[发明专利]一种降低单晶叶片用陶瓷型壳局部强度的方法

说明书

本发明的目的在于提供一种降低单晶叶片用陶瓷型壳局部强度的方法，其特征在于：在制备陶瓷型壳时，在型壳的细砂层和中号砂层间和/或中号砂层与粗砂层间需降低强度的部位涂制一层或多层石英玻璃粉浆料，待石英玻璃粉浆料涂层干燥后，继续进行型壳其它层次的涂制。本发明首次采用局部涂制溃散层的方法降低陶瓷型壳强度，使其退散性得到提高，从而避免叶片局部再结晶的发生。

技术领域

本发明涉及航空发动机高温合金单晶叶片的精密铸造技术领域，特别提供一种降低单晶叶片用陶瓷型壳局部强度的方法。

背景技术

在单晶铸造叶片的制造过程中，陶瓷型壳的制作是一道关键的重要工序。随着单晶制造技术的不断发展，对陶瓷型壳的质量提出了更高的要求。陶瓷型壳不但要在长时间高温热应力下具有足够的强度和抗变形能力，确保定向凝固过程中型壳不漏钢、铸件不变形；型壳也要有足够的退让性，确保单晶叶片定向凝固过程中不因型壳退让性差而造成再结晶。

以某型号发动机单晶双联导向叶片为例，该叶片尺寸较大，熔铸过程中陶瓷型壳要在1500℃的高温合金液中浸泡至少1h，因此需要型壳具有一定的厚度来抵抗高温热变形。同时，双联叶片间叶身转接过度处由于结构特点导致型壳较厚，在凝固冷却过程中，该处型壳残余强度过高而退让性差，铸件收缩时所受到的阻力大，叶片出现再结晶。保证浇注过程中型壳的完整性和抗变形性，同时降低型壳局部的退让性，是确保该类单晶叶片铸件合格率的关键技术，然而，目前兼顾单晶叶片用陶瓷型壳的强度、退让性的方案未见报道。

发明内容

针对现有制壳工艺的不足，本发明提出一种降低单晶叶片用陶瓷型壳局部强度的方法，首次采用局部涂制溃散层的方法降低陶瓷型壳强度，使其退散性得到提高，同时石英玻璃浆料与基体材料结合力弱，进一步降低型壳局部强度，提高型壳退让性，进而减少因型壳局部强度过高引起的单晶叶片再结晶，提高了叶片的合格率。

本发明技术方案如下：

一种降低单晶叶片用陶瓷型壳局部强度的方法，其特征在于：在制备陶瓷型壳时，在型壳的细砂层和中号砂层间(优选在第三层后)和/或中号砂层与粗砂层间需降低强度的部位涂制一层或多层石英玻璃粉浆料，待石英玻璃粉浆料涂层干燥后，继续进行型壳其它层次的涂制。

作为优选的技术方案：

所述石英玻璃粉浆料由有机短切纤维、硅酸乙酯水解液与石英玻璃粉制备而成。

所述有机短切纤维为PET纤维(聚酯纤维)、PP纤维(聚丙烯纤维)、木质纤维之一种或多种；其中PET纤维和PP纤维当量直径在10～25微米，长度6±2mm，PET纤维和PP纤维混料前需经除油处理；木质纤维长度为400-1000μm，直接进行混料。

所述石英玻璃粉浆料的制备方法为：硅酸乙酯水解液与石英玻璃粉的重量比为1：3.5～4.5，按比例称取硅酸乙酯水解液倒入料桶中，打开剪切型搅拌器，加入石英玻璃粉，搅拌0.5h后，加入石英玻璃粉重量的5-20wt％的有机短切纤维，高速搅拌至少15min，浆料搅拌均匀即得。

在壳层干燥后涂制石英玻璃粉浆料，涂层采用画笔或毛刷均匀涂制在指定区域，涂层的尺寸应覆盖住需降低型壳强度的区域，确保浆料均匀每一处都有有机纤维覆盖。

需降低强度的部位为缘板与叶身转接R处，分别向叶身和缘板各延伸至少5mm。

本发明所述石英玻璃粉浆料涂层厚度δ的范围应在0.8mm≥δ≥0.2mm。

本发明所述方法可用于防止单晶多联导向叶片局部再结晶。

本发明的有益效果为：

由于单晶多联导向叶片结构的特殊性，采用现有方法制备叶片时，其缘板与叶身转接R处再结晶率高达40％-60％，而本发明所述方法可减小局部再结晶的发生率，目前该方法已应用于实际生产当中，制备得到的单晶多联导向叶片缘板与叶身转接R处再结晶率小于5％。