[发明专利]一种采用机械震荡法铸造整体等轴细晶叶盘的方法

说明书

本发明公开了一种采用机械震荡法铸造整体等轴细晶叶盘的方法，属于铸造高温合金整体叶盘精密铸造领域。该方法在真空下模壳进行正反向旋转，并能紧急制动，快速换向，利用旋转并快速紧急制动力来破碎已凝固的枝晶组织，在未凝固的钢液中促进形核，达到整体细晶的目的，利用该方法制备的整体细晶叶盘盘体平均晶粒小于2mm以下，晶粒均匀，盘体解剖测试性能，性能均匀稳定波动小。本发明设备能够用于生产航空、航天、燃机等发动机机匣类细晶结构件以及盘片一体化细晶铸造的涡轮，以及其它用于细晶铸造的精密铸件。

技术领域

本发明涉及铸造高温合金整体叶盘精铸技术领域，具体涉及一种采用机械震荡法铸造整体等轴细晶叶盘的方法。

背景技术

铸造高温合金整体精铸技术是航空、航天铸造行业的一个重大发展，应用越来越广，从整体的涡轮转子、导向器叶轮、喷嘴环到结构复杂的扩压机匣、扩散机匣、燃烧室机匣、涡轮壳及风扇框架等都均可通过精密铸造成型。越来越多的整体精密铸件用于代替锻件、锻铸组合件及机械加工组合件，不仅可以改善部件的使用性能，有效减少发动机的重量，提高发动机的使用性能和可靠性，而且可以大大提高生产效率，降低制造成本，带来十分明显的经济效益。

从上世纪八十年代，国外有关高温合金整体精铸技术的发展和应用极为迅速，相继出现了镍基、钴基等高温合金的整体叶片铸造技术，但在真空下自然凝固所形成的盘体晶粒粗大，使得合金的性能不均匀，波动较大，且容易产生铸造疏松，

为细化高温合金晶粒，国外先后开发了热控法、化学法和动力学法(机械法)等细化方法。热控法的特点是降低精炼温度和时间，保留碳化物，同时降低浇注温度，加速冷却，限制晶粒生长；化学法是向熔体中加入固体形核剂，形成大量非均质晶核；动力学法则是通过旋转铸型、机械振动来搅拌熔体，细化晶粒。但是上述工艺方法在应用上都存在着一定的局限性和缺陷，如热控法其缺点是不易排除气泡和夹杂，使铸件纯净度降低，铸造大件困难，由于极低的过热温度和严格的温度控制限制了它的应用。机械法应用中，利用机械力难以使熔体运动均匀而且受部件形状限制。化学法缺点是难于控制化学成份，且形核剂易形成氧化物造成疲劳源。总体来说，上述方法获得的细晶对合金性能提升效果不佳。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不能依靠动力学法制备整体铸造细晶叶片的难题，本发明的目的在于提供一种采用机械震荡法铸造整体等轴细晶叶盘的方法，该方法在真空下采用感应熔炼、浇注、旋转振荡、快速形核、快速冷却凝固制备多种精密细晶铸件。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种采用机械震荡法铸造整体等轴细晶叶盘的方法，该方法是采用机械旋转震荡细晶铸造炉及细晶铸造工艺制备整体等轴细晶叶盘，铸造过程中，在真空条件下通过模壳的正反向旋转并能紧急制动来破碎已凝固的枝晶组织，在未凝固的钢液中促进形核，达到整体细晶的目的，从而制备出整体等轴细晶叶盘。

所述机械旋转震荡细晶铸造炉包括可旋转水冷底盘，型壳固定于所述可旋转水冷底盘上方，通过水冷底盘的旋转和制动带动型壳的动作。

所述型壳在底座的下表面设有空腔凸起，该空腔凸起与所述水冷底盘上的凹槽相适应，并通过螺栓将所述型壳的底座固定到水冷底盘上。

所述型壳的制备方法为：在蜡模上制备第一层面层和之后的各加固层，型壳面层是由200目Al₂O₃粉和铝酸钴细化剂按照85：15的重量比例混合而成；加固层为80目Al₂O₃粉撒砂，每层砂之间采用硅溶胶沾浆，涂至十一层后，再采用硅溶胶沾浆，烘干脱蜡，所得型壳备用。

所述细晶铸造工艺包括如下步骤：

(1)将型壳固定在旋转水冷底盘上，关闭炉门，将保温炉下降完全罩住型壳，炉内抽真空至3Pa以下，保温炉升温至1240℃，型壳保温2小时；