籽晶法制备空心大尺寸双联整铸单晶导向叶片的铸造方法技术

本发明专利技术涉及籽晶法制备空心大尺寸双联整铸单晶导向叶片的铸造方法，属于高温合金精密铸造技术领域。所述方法包括以下步骤，包括S1，籽晶的制备：检测单晶试棒的晶体取向，用线切割机在单晶试棒上切取Z轴平行于<001>取向的籽晶，要求籽晶<001>方向偏离Z轴方向的角度小于2

【技术实现步骤摘要】
籽晶法制备空心大尺寸双联整铸单晶导向叶片的铸造方法


[0001]本专利技术属于高温合金精密铸造
，具体涉及籽晶法制备空心双联整铸单晶导向叶片的铸造方法。

技术介绍

[0002]随着对发动机性能以及推重比要求的不断提高，发动机的涡轮前进口温度也越来越高，甚至超过了1600℃，这对涡轮叶片的承温能力提出越来越高的要求，因此，在进行新型发动机涡轮导向叶片设计时，考虑到导向叶片由高温引起的热变形以及刚度要求，通常将其设计为双联结构。目前，我国单晶导向叶片主要采用单联铸造、组合焊接的方法制造，但组焊叶片因存在焊缝强度不足、焊缝再结晶等问题，影响了叶片的结构强度和发动机性能的提升，因此，对双联整铸单晶导向叶片精密铸造技术的需求日趋强烈。
[0003]然而，由于双联整铸单晶导向叶片结构复杂，整体尺寸大，叶身与缘板转接处截面尺寸突变严重，给叶片的单晶完整性控制、晶体取向控制、疏松缺陷控制带来巨大挑战，叶片铸造技术难度大，合格率极低，生产成本高，制约了该技术的工程化应用。空心大尺寸双联整铸单晶导向叶片精密铸造技术亟待突破。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决上述技术问题提供籽晶法制备空心双联整铸单晶导向叶片的铸造方法，可有效控制空心大尺寸双联单晶导向叶片的单晶完整性、晶体取向偏离、疏松缺陷，单晶完整性合格率达85％以上，晶体取向偏离控制在5
°
以内，疏松报废率在5％以内，显著提高叶片的使用性能和铸件合格率。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：本籽晶法制备空心双联整铸单晶导向叶片的铸造方法包括
[0006]S1，籽晶的制备：
[0007]检测单晶试棒的晶体取向，用线切割机在单晶试棒上切取Z轴平行于<001>取向的籽晶，要求籽晶<001>方向偏离Z轴方向的角度小于2
°
，然后对其宏观腐蚀和单晶完整性检验得到籽晶；
[0008]S2，压制蜡模：
[0009]压制浇口杯、上圆盘、中柱管、底板、第一内冒口、第二内冒口、叶片蜡模、引晶器蜡模以及籽晶器蜡模，所述叶片蜡模包括叶身、外缘板和内缘板；
[0010]S3，蜡模组合：
[0011]将叶片蜡模、引晶器蜡模和籽晶器蜡模组合成模组主体，然后将浇口杯、上圆盘、中柱管、底板自上而下依次连接形成模组框架，在将模组主体设置在底板上，将叶身上的外缘板和内缘板分别通过第一冒口和第二冒口与上圆盘连接，引晶器蜡模包括引晶杆a、引晶杆b、引晶杆c和引晶杆d，引晶杆a和引晶杆b的夹角为β，β角为40
‑
100
°
，引晶杆a和引晶杆b分别连接外缘板和内缘板的下部起始端，引晶杆c和引晶杆d设置在引晶杆a和引晶杆b之
间，引晶杆c和引晶杆d分别通过第一晶粒放大器e、第二晶粒放大器f连接叶身下部的进气边。第一晶粒放大器e和第二晶粒放大器f的角度为γ,γ角为30
‑
90
°
；
[0012]S4，模壳的制备：
[0013]涂料采用5
‑
7层壳型，料浆为白刚玉粉和硅溶胶，撒砂材料为刚玉砂，第一层、第二层砂料粒度为60
‑
100目，第三层为40
‑
80目，第四层至第六层为20
‑
40目，最后一层为固沙层，涂料封浆。然后脱蜡，脱蜡完成后进行焙烧得到模组模壳；
[0014]S5，熔炼浇注：
[0015]熔炼浇注设备为真空定向凝固炉，将熔炼的高温合金液浇注至模壳中，静置后，壳型以一定的拉晶速度向下移出加热器，在定向热流的作用下，籽晶中的枝晶外延生长，得到单晶取向与籽晶取向一致的双联导向叶片，然后冷却模壳后脱壳，最后经过切割浇道、脱芯碱煮、热处理、腐蚀检查单晶完整性、打磨抛修、荧光检测、X射线检测工序得到双联单晶叶片铸件。
[0016]有益效果：可有效控制空心大尺寸双联单晶导向叶片的单晶完整性、晶体取向偏离、疏松缺陷，单晶完整性合格率达85％以上，晶体取向偏离控制在5
°
以内，疏松报废率在5％以内，显著提高叶片的使用性能和铸件合格率。
[0017]进一步，步骤S1中，所述宏观腐蚀为化学腐蚀，腐蚀液由40％三氯化铁溶液和40％浓盐酸混合而成，腐蚀时间为8
‑
10min；腐蚀后将籽晶放置在5％NaHCO3室温溶液中浸泡，浸泡时间为2
‑
4min，再进行超声波清洗，超声波频率为15
‑
30Hz，水温40
‑
60℃，清洗时间3
‑
6min，最后烘干。
[0018]采用上述进一步方案的有益效果是：检测原始籽晶的单晶完整性，避免后续制备的叶片因籽晶杂晶造成报废。
[0019]进一步，步骤S2中，所述压注压力为3
‑
30bar，保压时间为5
‑
100s，蜡料温度为50
‑
70℃。
[0020]采用上述进一步方案的有益效果是：蜡模表面质量好、尺寸稳定。
[0021]进一步，步骤S3中，所述叶片蜡模、所述引晶器蜡模和所述籽晶器蜡模通过石蜡连接。
[0022]采用上述进一步方案的有益效果是：操作方便，连接稳固。
[0023]进一步，步骤S3中，所述引晶杆a、所述引晶杆b、所述引晶杆c和所述引晶杆d的直径均为3
‑
10mm。
[0024]采用上述进一步方案的有益效果是：结构简单，使晶粒分支引入叶片的外缘板、内缘板和两叶身上，避免形成杂晶，提高铸件单晶完整性。
[0025]进一步，步骤S4中，涂覆的厚度为3
‑
10mm；脱蜡的压力为0.3
‑
1Mpa，温度为100
‑
200℃；焙烧的温度为600
‑
950℃，时间2
‑
10h。
[0026]采用上述进一步方案的有益效果是：成本低，制造方便，干燥后能达到承受高温合金液的强度。
[0027]进一步，步骤S5中，浇注采用1500
‑
1540℃高温合金液，静置的时间为2
‑
10min，拉晶速度为3
‑
8mm/min，冷却时间为5
‑
7h。
[0028]采用上述进一步方案的有益效果是：尺寸精度高、单晶完整性良好。
附图说明
[0029]图1是本专利技术双联整铸单晶导向叶片用<001>取向高温合金籽晶示意图；
[0030]图2是本专利技术双联整铸单晶导向叶片蜡模组合夹具示意图；
[0031]图3是图2中正视图；
[0032]图4是籽晶法制备空心大尺寸双联整铸单晶导向叶片蜡模模组示意图；
[0033]图5是图4中I的放大图；
[0034]图6是本专利技术制备的空心大尺寸双联整铸单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种籽晶法制备空心大尺寸双联整铸单晶导向叶片的铸造方法，其特征在于，包括：S1，籽晶的制备：检测单晶试棒的晶体取向，在单晶试棒上切取Z轴平行于<001>取向的籽晶，要求籽晶<001>方向偏离Z轴方向的角度小于2
°
，然后对其宏观腐蚀和单晶完整性检验得到籽晶；S2，压制蜡模：压制浇口杯(4)、上圆盘(5)、中柱管(6)、底板(7)、第一内冒口(8)、第二内冒口(9)、、叶片蜡模(1)、引晶器蜡模(2)以及籽晶器蜡模(3)，所述；叶片蜡模(1)包括叶身(10)、外缘板(11)和内缘板(12)；S3，蜡模组合：将叶片蜡模(1)、引晶器蜡模(2)和籽晶器蜡模(3)组合成模组主体，然后将浇口杯(4)、上圆盘(5)、中柱管(6)、底板(7)自上而下依次连接形成模组框架，在将模组主体设置在底板(7)上，将叶身(10)上的外缘板(11)和内缘板(12)分别通过第一冒口(8)和第二冒口(9)与上圆盘(5)连接，引晶器蜡模(2)包括引晶杆a、引晶杆b、引晶杆c和引晶杆d，引晶杆a和引晶杆b的夹角为β，β角为40
‑
100
°
，引晶杆a和引晶杆b分别连接外缘板(11)和内缘板(12)的下部起始端，引晶杆c和引晶杆d设置在引晶杆a和引晶杆b之间，引晶杆c和引晶杆d分别通过第一晶粒放大器e、第二晶粒放大器f连接叶身(10)下部的进气边；第一晶粒放大器e和第二晶粒放大器f的角度为γ,γ角为30
‑
90
°
；S4，模壳的制备：涂料采用5
‑
7层壳型，料浆为白刚玉粉和硅溶胶，撒砂材料为刚玉砂，第一层、第二层砂料粒度为60
‑
100目，第三层为40
‑
80目，第四层至第六层为20
‑
40目，最后一层为固沙层，涂料封浆，然后脱蜡，脱蜡完成后进行焙烧得到模组模壳；S5，熔炼熔注：熔炼浇注设备为真空定向凝固炉，将熔炼的高温合金液浇注至模壳中，静置后，壳型以一定的拉晶速度向下移出加热器，在定向热流的作用下，籽晶中的枝晶外延生长，得到单晶取向与籽晶取向一致的双联导向叶片，然后冷却模壳后脱壳，最后经过切...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾敬惠，吴建颢，王君武，孔小青，聎刚，付秋伟，马俊强，李俊，姜序珍，张海潮，杨震，程文领，张吉阳，李远兵，胡琪，张家添，
申请(专利权)人：贵阳航发精密铸造有限公司，
类型：发明
国别省市：