一种船用可倒车涡轮叶片的铸造方法技术

本发明专利技术涉及铸造领域，具体涉及一种船用可倒车涡轮叶片的铸造方法。所述的铸造方法，包括以下步骤：(1)陶瓷型芯制备：其表面设有一层氧化铪涂层，涂层的厚度为2

【技术实现步骤摘要】
一种船用可倒车涡轮叶片的铸造方法


[0001]本专利技术涉及铸造领域，具体涉及一种船用可倒车涡轮叶片的铸造方法。

技术介绍

[0002]为了实现大型舰船快速倒车，即燃气轮机涡轮叶片能够反转，现设计出一种可倒车涡轮叶片。该叶片构造为双通道一带二动叶结构叶片，包括正车叶片、两个倒车叶片及叶冠，正车叶片通过叶片延伸连接结构与两个倒车叶片连接，倒车叶片顶部设有叶冠，正车叶片底部设有榫根；叶片延伸连接结构的倒车叶片延伸部分与正车叶片延伸部分呈交叉状，且延伸部分设有三角形缺口；叶片延伸连接结构为镂空设计。所述结构具体见中国专利CN105715305A中的记载，该种结构由中国船舶重工集团公司第七〇三研究所研发，由山东瑞泰新材料科技有限公司负责制造。
[0003]为了保证可倒车涡轮叶片在海洋环境具有良好的服役性能，浇注叶片用合金需要具有良好的抗热腐蚀性和良好的高温强度，故所需要的合金材料中含有大量的金属钨、钼、铌等元素以提高合金的高温强度，同时，含有铝、钛、铪和铬等活泼性元素以提高合金的抗热腐蚀性能。在浇注大尺寸叶片铸件时，由于合金中含有大量大原子半径的钨、钼、铌等活泼元素，钢液的流动性较差，需要提高浇注温度来使金属液获得良好的流动性，但是浇注钢液温度过高，会对陶瓷型芯产生危害，即合金中活泼元素会与陶瓷型芯发生化学反应，形成金属氧化物或者产生气体，使铸件型腔内表面产生氧化物夹杂和气泡缺陷，造成可倒车涡轮叶片型腔内部粗糙度增大，不利于提高铸件质量，从而降低铸件的使用寿命。
[0004]并且，可倒车涡轮叶片叶身长度500mm，叶身较长，且存在厚薄不均匀的问题。在浇注可倒车叶片过程中，由于大叶片采用实心设计，两个倒车叶片采用镂空设计，且大叶片与小叶片连接处存在突出平台部分，冷却过程中，由于热胀冷缩的缘故，模壳与叶片均发生一定的收缩，但是，由于金属材料晶胞配位数和致密度发生变化较大，模壳对叶片突出部分的收缩存在阻碍性，导致大小叶片连接处易形成裂纹，叶片浇注的成功率低。
[0005]如何解决以上问题，提高叶片浇注的成功率是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种船用可倒车涡轮叶片的铸造方法，减少叶片裂纹的产生，提高浇注叶片的成品率和使用寿命，该制造方法科学合理、简单易行。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0008]所述的船用可倒车涡轮叶片的铸造方法，包括以下步骤：
[0009](1)陶瓷型芯制备：
[0010]所述的陶瓷型芯包括氧化硅陶瓷型芯，其表面设有一层氧化铪涂层，涂层的厚度为2-15μm；其中，氧化硅陶瓷型芯由熔融二氧化硅粉陶瓷浆料、半精炼石蜡、硬脂酸和
ɑ-氧化铝粉矿化剂混合烧结而成；
[0011](2)陶瓷模壳的制备：
[0012]包括蜡模制备、浆料制备、沾浆、撒砂、干燥、脱蜡和焙烧步骤；
[0013]所述的蜡模制备步骤为：将步骤(1)制备的陶瓷型芯固定到压蜡模具中，采用压蜡机将蜡模模料注入可倒车涡轮叶片压蜡模具中，压制成蜡模，起模后，取出备用；
[0014]所述的浆料由如下重量份数的原料制成：
[0015][0016]表面活性剂为聚异丙二醇醚或十二醇环氧乙烷缩合物；
[0017]消泡剂为正辛醇；
[0018]所述的浆料的制备方法如下：
[0019]将碳纳米纤维分散在二甲苯中，将硅溶胶、锆英粉、表面活性剂和消泡剂混合均匀；
[0020](3)原料选择：
[0021]选用K444D镍基高温合金、K452镍基高温合金、K446镍基高温合金或K648镍基高温合金中的一种；
[0022]其中，K444D镍基高温合金，具体成分如下：
[0023]C≤0.06％、Co 10.0-11.0％、Cr 15.5-16.0％、Mo 1.70-2.0％、W 4.90-5.70％、Al 3.4-4.5％、Ti 5.2-6.0％、Nb 0.2-0.4％、Mn 0.3-1.0％、Si 0.3-0.8％、Hf 0.2-0.4％、B 0.02-0.06％、Y≤0.01％、Ce≤0.005％，余量为Ni和不可避免的杂质；
[0024](4)真空熔炼：
[0025]真空熔炼分为熔化期、精炼期和浇注期，具体条件如下所示：
[0026]熔化期：真空度≤5Pa，送电70-75kW；
[0027]精炼期：精炼温度为1580-1600℃，真空度≤1Pa，精炼时间5-10min；
[0028]浇注期：浇注温度为1550-1580℃，浇注时间6-10s；
[0029]期间，将步骤(2)制备的陶瓷模壳放入砂箱中，砂箱周围填充玻璃棉，采用马弗炉对砂箱进行保温，温度为900-910℃，保温时间为2.5-3.0h，真空熔炼之前取出，放入真空感应炉内，待钢液熔化后进行浇注；
[0030](5)保温处理：
[0031]分为一次保温和二次保温，具体如下：
[0032]一次真空保温处理，砂箱在真空感应炉中停留时间为10-15min，炉内真空度≤1Pa；
[0033]二次保温处理，将砂箱由真空感应炉中取出，放入细砂中进行第二次保温处理，时间为5-9h，然后将模壳取出破碎，获得叶片。
[0034]其中，优选的技术方案如下：
[0035]步骤(1)中，所述的氧化铪涂层的厚度为3-5μm。
[0036]步骤(1)中，所述的氧化硅陶瓷型芯由熔融二氧化硅粉陶瓷浆料、半精炼石蜡、硬脂酸和
ɑ-氧化铝粉矿化剂混合烧结而成；
[0037]型芯的制备：按照本领域的常规方法，将熔融二氧化硅粉陶瓷浆料、半精炼石蜡、硬脂酸和
ɑ-氧化铝粉矿化剂混合烧结制备成陶瓷型芯；
[0038]其中，所述的熔融二氧化硅粉陶瓷浆料：增塑剂(半精炼石蜡、硬脂酸)：
ɑ-氧化铝粉矿化剂的质量比为(73-80)：(15-17)：(5-10)。
[0039]所述陶瓷浆料由100目、200目和325目的熔融二氧化硅粉按1：3：6混合而成。所述的增塑剂按质量比由半精炼石蜡：硬脂酸＝(85-90)：(10-15)构成。所述的矿化剂由300-400目的
ɑ-氧化铝粉体构成。
[0040]陶瓷型芯烧结工艺：600℃保温30-35min，由600℃升至980℃，保温120-130min，炉冷到室温，制得陶瓷型芯。
[0041]步骤(1)中，所述的陶瓷型芯制备步骤，具体包括以下步骤：
[0042]1)预清洗
[0043]将氧化硅陶瓷型芯进行预清洗，去除表面的油渍或固体颗粒，烘干；
[0044]2)喷涂
[0045]在烘干后的氧化硅陶瓷型芯表面喷涂粒度为50-55nm碳化铪粉末，采用高速氧燃料火焰喷涂工艺；
[0046]3)热处理
[0047]将喷涂好碳化铪涂层的氧化硅陶瓷型芯放入真空气氛炉进行热处理，随炉冷却，得表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船用可倒车涡轮叶片的铸造方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)陶瓷型芯制备：所述的陶瓷型芯包括氧化硅陶瓷型芯，其表面设有一层氧化铪涂层，涂层的厚度为2-15μm；其中，氧化硅陶瓷型芯由熔融二氧化硅粉陶瓷浆料、半精炼石蜡、硬脂酸和
ɑ-氧化铝粉矿化剂混合烧结而成；(2)陶瓷模壳的制备：包括蜡模制备、浆料制备、沾浆、撒砂、干燥、脱蜡和焙烧步骤；所述的蜡模制备步骤为：将步骤(1)制备的陶瓷型芯固定到压蜡模具中，采用压蜡机将蜡模模料注入可倒车涡轮叶片压蜡模具中，压制成蜡模，起模后，取出备用；所述的浆料由如下重量份数的原料制成：表面活性剂为聚异丙二醇醚或十二醇环氧乙烷缩合物；消泡剂为正辛醇；所述的浆料的制备方法如下：将碳纳米纤维分散在二甲苯中，将硅溶胶、锆英粉、表面活性剂和消泡剂混合均匀；(3)原料选择：选用K444D镍基高温合金、K452镍基高温合金、K446镍基高温合金或K648镍基高温合金中的一种；其中，K444D镍基高温合金，具体成分如下：C≤0.06％、Co 10.0-11.0％、Cr 15.5-16.0％、Mo 1.70-2.0％、W 4.90-5.70％、Al 3.4-4.5％、Ti 5.2-6.0％、Nb 0.2-0.4％、Mn 0.3-1.0％、Si 0.3-0.8％、Hf 0.2-0.4％、B 0.02-0.06％、Y≤0.01％、Ce≤0.005％，余量为Ni和不可避免的杂质；(4)真空熔炼：真空熔炼分为熔化期、精炼期和浇注期，具体条件如下所示：熔化期：真空度≤5Pa，送电70-75kW；精炼期：精炼温度为1580-1600℃，真空度≤1Pa，精炼时间5-10min；浇注期：浇注温度为1550-1580℃，浇注时间6-10s；期间，将步骤(2)制备的陶瓷模壳放入砂箱中，砂箱周围填充玻璃棉，采用马弗炉对砂箱进行保温，温度为900-910℃，保温时间为2.5-3.0h，真空熔炼之前取出，放入真空感应炉内，待钢液熔化后进行浇注；(5)保温处理：分为一次保温和二次保温，具体如下：一次真空保温处理，砂箱在真空感应炉中停留时间为10-15min，炉内真空度≤1Pa；
二次保温处理，将砂箱由真空感应炉中取出，放入细砂中进行第二次保温处理，时间为5-9h，然后将模壳取出破碎，获得叶片。2.根据权利要求1所述的船用...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道乾，马中钢，王雷，刘玉廷，逯红果，闻雪友，袁超，殷凤仕，
申请(专利权)人：山东瑞泰新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：