[发明专利]大型复杂薄壁高温合金铸件多点热控补缩方法及装置

说明书

本发明提供一种大型复杂薄壁高温合金铸件多点热控补缩方法及装置，其中：首先，对所有热节进行分级分类，整体上形成自下而上顺序的凝固热节部位；其次，基于分级分类的热节，采用长条形蜡棒制备带有复杂多点热控流道的大型复杂薄壁铸件型壳；最后，熔炼高温合金母合金，浇入上述大型复杂薄壁铸件型壳中；在一个或多个等级中，热节对应的长条形蜡棒形成的热控管路接入温控部，形成从同一等级中不同高度水平热节之间的温度梯度，从而按照每个等级中的热节部位自下而上顺序进行凝固。本发明对所有热节进行了分级热控管理，能够孤立的改变每个等级热节的热控强度，不但能够减少缩孔缩松形成倾向，而且能够调节铸件每个部位的晶粒度。

技术领域

本发明涉及高温合金精密铸造技术领域，具体地，涉及一种大型复杂薄壁高温合金铸件多点热控补缩方法及装置。

背景技术

航空发动机和高超声速飞行器是国之重器，是衡量一个国家综合科技水平、工业基础和能力的重要标志。先进航空发动机和高性能高超飞行器的发展促使高温合金铸件选用承温能力更高的合金材料，其耐热强化相含量甚至超过60％，易形成疏松元素含量高，开裂倾向大，材料的铸造工艺性能和可焊性极差，成型过程极易出现疏松缺陷和开裂现象，且无法通过后期补焊修复。同时，结构设计上迈向大型化、复杂化和薄壁化，铸件的离散热节多，铸件以及浇冒系统中的热节干涉成为普遍现象，加之外部工艺环境的扰动，导致因热节而生的疏松表现出“动态行为”。如何实现极端耐温高温合金成型尺寸大型化，内部“零疏松”是大型复杂薄壁铸件一体化整体精密成型的关键技术难题。

经对现有技术的文献检索发现：申请号为201811636648.2的中国发明专利，高温合金液在惰性气体压力下通过升液管上升至预热的铸型内并充满型腔；加热器以一定速度向下运动脱离铸型；高温合金液在惰性气体压力和顺序凝固条件下逐渐结晶补缩得到致密的组织。在一定程度上，具有单一热控补缩的特点，该方法虽然能够较好的解决简单结构铸件缺陷控制问题，但是航空航天关键铸件往往存在复杂结构特征，存在多个分散热节，单一的热控补缩难以实现大型复杂薄壁高温铸件内部冶金缺陷控制。

发明内容

根据本发明的研究，解决疏松控制的关键在于在所有热节处形成顺序凝固模式，而发展面向多热节的热控补缩技术，是解决航空航天高温合金关键铸件冶金缺陷控制难题的有效途径之一。

针对现有单一热控补缩技术设计方面的不足，本发明提供一种面向大型复杂薄壁高温合金铸件冶金缺陷控制的多点热控补缩方法及装置。

本发明第一方面，提供一种大型复杂薄壁铸件控制凝固热节分类确定方法，包括：

S101，基于设计的高温合金大型复杂薄壁铸件浇冒系统，计算待浇注合金的热物理性能，将其导入铸造模拟软件，进行充型与凝固模拟，提取出缩孔缩松形成倾向大的热节部位；

S102，将提取出的所有热节按照从大到小分成N个等级，按照热节从高温合金大型复杂薄壁铸件浇冒系统最顶端的冒口到铸件底部分成n个高度水平；对所有热节依据等级和高度水平分别进行标注，从而将整个铸件的所有热节分成了N*n大类，每大类有x个热节，整体上形成了自下而上顺序的凝固热节部位。

在本发明一种可能的实施方式中：S101中，所述基于设计的高温合金大型复杂薄壁铸件浇冒系统，是指采用随形设计原则设计高温合金大型复杂薄壁铸件浇冒系统。

在本发明一种可能的实施方式中：对所有热节依据等级和高度水平分别进行标注，包括：

采用三位编码来表示每个热节，其中：

第一位编码，表示每个热节所在的等级N；

第二位编码，表示每个热节所在的高度水平n；

第三位编码，表示每个等级中不同高度水平热节的数量x；

通过以上方法，将整个铸件所有热节分成N*n大类，每大类有x个热节。其中三个编码可以是数字，也可以是字母，或者数字和字母任意组合。