一种熔模精密铸造单晶高温合金薄壁试样的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106001513A(43)申请公布日2016.10.12(21)申请号201610245308.1(22)申请日2016.04.19(71)申请人中国航空工业集团公司北京航空材料研究院地址100095北京市海淀区北京81信箱(72)发明人杨亮李嘉荣韩梅刘世忠赵金乾(74)专利代理机构中国航空专利中心11008代理人李建英(51)Int.Cl.B22D27/04(2006.01)B22C9/04(2006.01)C30B11/00(2006.01)C30B29/52(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种熔模精密铸造单晶高温合金薄壁试样的制备方法(57)摘要本发明涉及一种熔模精密铸造单晶高温合金薄壁试样的制备方法。在蜡模制备过程中，将板形陶瓷型芯放入模具中，用陶瓷型芯做蜡料的支撑，合上模具，向模具中注射蜡料，蜡料注射压力5bar～8bar、蜡料温度60℃～80℃、保压时间60s～120s，在板形陶瓷型芯两侧形成一定厚度的蜡模，使蜡模紧密贴附在陶瓷型芯表面。根据设计薄壁试样的厚度，对陶瓷型芯两侧的蜡模进行减薄，控制主轴转速500r/min～6000r/min、进给速度30mm/min～450mm/min、轴向切削深度0.03mm～0.5mm，制备出薄壁试样蜡模，将薄壁试样蜡模组成模组后涂壳制备型壳，在真空感应单晶炉内完成定向凝固浇注，由此制备出单晶高温合金精铸薄壁试样。本发明可完全避免蜡模在取模、修整过程中变形及定向凝固过程中浇不足、欠铸的问题。CN106001513ACN106001513A权利要求书1/1页1.一种熔模精密铸造单晶高温合金薄壁试样的制备方法，其特征在于：在蜡模制备过程中，将板形陶瓷型芯放入模具中，用陶瓷型芯做蜡料的支撑，合上模具，向模具中注射蜡料，蜡料注射压力5bar～8bar、蜡料温度60℃～80℃、保压时间60s～120s，在板形陶瓷型芯两侧形成一定厚度的蜡模，使蜡模紧密贴附在陶瓷型芯表面。根据设计薄壁试样的厚度，对陶瓷型芯两侧的蜡模进行机加工减薄，制备出薄壁试样蜡模，将薄壁试样蜡模组成模组后涂壳制备型壳，在真空感应单晶炉内完成定向凝固浇注，由此制备出单晶高温合金精铸薄壁试样。2.根据权利要求1所述的熔模精密铸造单晶高温合金薄壁试样的制备方法，其特征在于：所述对陶瓷型芯两侧的蜡模进行机加工减薄时，采用数控机床进行铣削加工的方法，控制主轴转速500r/min～6000r/min、进给速度30mm/min～450mm/min、轴向切削深度0.03mm～0.5mm。3.根据权利要求1所述的熔模精密铸造单晶高温合金薄壁试样的制备方法，其特征在于：所述的定向凝固过程中，控制上加热器温度1540℃～1560℃、下加热器温度1560℃～1580℃、型壳保温时间10min～20min、浇注温度1540℃～1580℃、抽拉速度2mm/min～6mm/min。4.根据权利要求1所述的熔模精密铸造单晶高温合金薄壁试样的制备方法，其特征在于：所述的涂壳制备型壳过程中，涂壳的层数控制在3层～5层。2CN106001513A说明书1/4页一种熔模精密铸造单晶高温合金薄壁试样的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种熔模精密铸造单晶高温合金薄壁试样的制备方法。背景技术[0002]随着航空燃气涡轮发动机推重比(功重比)的不断提升，涡轮前温度愈来愈高，促使单晶高温合金气冷涡轮叶片的内腔结构设计更加复杂，叶片壁厚越来越薄，并采用薄尾缘结构以减少气动损失。在薄壁结构条件下单晶高温合金的性能是否会发生变化，能否达到标准试样的性能，即单晶高温合金是否具有薄壁效应，这对于单晶高温合金涡轮叶片的可靠性设计和长寿命使用都极为重要。[0003]国内外对单晶高温合金薄壁效应的研究工作，均采用对较厚的大块金属进行机加工的方法制备薄壁试样，然后进行力学性能测试，未见更接近单晶高温合金气冷涡轮叶片表面状态的精密铸造薄壁试样。实际涡轮叶片薄壁位置的表面大多不经机加工，其中涡轮叶片外表面经吹砂处理，内腔表面为铸态表面。因此，研究单晶高温合金的薄壁效应首要的问题是制备出熔模精密铸造薄壁试样，要求熔模精密铸造薄壁试样中间的工作端部位(有效承受载荷区域)应尽量避免机加工，保证工作端的表面状态与实际涡轮叶片薄壁位置的表面状态一致。[0004]单晶高温合金精铸薄壁试样的制备采用熔模精密铸造工艺与定向凝固技术，整个工艺过程主要包括陶瓷型芯制备、蜡模制备、型壳制备、定向凝固等工序。在蜡模制备过程中，当压制蜡模的厚度小于1mm时，蜡模强度低，若无型芯支撑，蜡模在从模具中取出、修整以及型壳涂壳过程中极易发生变形，导致最终制备出的单晶高温合金精铸薄壁试样变形量大、甚至弯曲和翘曲