一种检测金属工件中的夹杂物的方法、该工件的制造方法及所用铸造型壳技术

使用熔模铸造型壳铸造金属或金属合金工件，其中的型壳面层和可能的一层或多层型壳加固层包括基本上均匀分布的、数量足够显像夹杂物的显像剂。显像剂，一般是金属氧化物或盐，包括选自这样一组物质的材料，这组物质包括硼、钕、钐、铕、钆、镝、钬、铒、钇、镥、铱及其物理混合物和化学混合物。优选面层包括耐火材料和显像剂的均匀混合物。面层也可包括多种型壳形成材料和／或多种显像剂。然后利用Ｎ－射线分析金属或金属合金工件中的夹杂物。本方法也可以包括利用Ｘ－射线分析金属或金属合金的步骤。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及制造熔模铸造型壳的方法，其中所述型壳包括至少存在于型壳的面层中的显像剂；和在使用上述型壳制造的金属或金属合金铸件中显像夹杂物的方法。
技术介绍
熔模铸造是在具有工件形状内腔的型壳中凝固熔融金属或合金而成型金属或金属合金工件(也称为铸件)的工艺过程。型壳是通过依次向具有所要求工件形状的蜡模上涂挂型壳形成材料层而制成的。在铸造过程中，涂挂到模型上的第一层(称为面层)与被铸造的金属或合金接触。用于形成型壳的面层和可能的其它“加固”层的材料，会在铸造过程中从型壳上脱落下来而嵌入到熔融金属或合金中。结果，金属或合金工件中会包含不希望成为工件一部分的材料，这类材料称为“夹杂物”。许多工业部门，尤其是航天工业，对可容许的夹杂物含量和/或大小具有严格的技术标准。夹杂物在铸件中的位置难于检测，并且在本专利技术出现前，在某些情况下不可能检测夹杂物在铸件中的位置。如果将某些夹杂物检测到，就可以将其从工件中除去；并且工件得到修复而不牺牲工件的结构完整性。钛被熔模铸造工业主要用于铸造具有较小截面的铸件。可是，现在熔模铸造正被考虑用于制造具有比以前铸件明显大的截面的航空器结构组件。在相对较薄工件中的特定夹杂物可利用X-射线分析来检测。例如，钍氧化物和钨用作制造熔模铸造型壳的耐火材料。在钛铸件中可以通过X射线分析检测一些钍氧化物和钨夹杂物，这是因为在钍氧化物及钨的密度与钛的密度之间存在足够大的差别，从而允许源于钍氧化物或钨的夹杂物成像。证明这种方法对于使用具有氧化钇面层的型壳铸造成的、截面相对较小的铸件的情况也是适用的。在氧化钇和钛之间的密度差别足够对相对较薄的铸件如发动机零件中检测。但是在熔模铸造的工件的厚度增大到超过一定的临界厚度时，不能使用X射线在钛或钛合金工件中显像氧化钇夹杂物。其中，上述临界厚度由多种因素决定，主要是铸造部分的厚度、铸造金属或合金类型、夹杂物的大小和形成型壳的材料。如果面层材料和铸造金属的密度差别不够大或夹杂物尺寸很小，也不能用X射线来检测夹杂物。在本专利技术之前，在铸造工业中已经使用热中子照相术(N-射线)显像剂。例如，ASTM(美国测试与材料学会)出版物No.E748-95指出“造影剂能帮助显示材料如熔模铸造涡轮叶片中的陶瓷残余物”，ASTM E748-95的第五页，大约从第46行开始。这个文献是指用中子射线(N-射线)来检测具有内腔的工件中的陶瓷残余物，其中这个工件内腔是通过围绕一个陶瓷芯部使金属凝固形成的。取出陶瓷芯部形成内腔，随后将硝酸钆溶液置于内腔中。硝酸钆溶液在内腔中保持足够长时间来浸润工件表面的陶瓷芯部残余物。然后残余物可利用N-射线来显像。然而，这种方法不适合用来显像夹杂物。本专利技术概述本专利技术致力于解决嵌在较厚的铸件中的夹杂物的显像问题。本专利技术方法的一个特征是在铸造前向熔模铸造型壳中掺入显像剂，尤其是在型壳的面层中添加，这样可将铸件中的夹杂物显像。本专利技术方法的一个实施方案首先涉及提供一种铸造金属或金属合金工件，其中所述工件是使用含有显像剂的铸造型壳制造的，所述显像剂的含量足以使工件中的夹杂物显像；然后利用N-射线分析确定工件是否含有夹杂物。提供铸造金属或金属合金工件的步骤可包括提供含有N-射线显像剂的铸造型壳，以及随后使用该铸造型壳铸造金属或金属合金工件。典型情况下，型壳面层和可能的一层或多层型壳加固层，包括在其中均匀分布的、其量足以显像夹杂物的显像剂。然后利用N-射线显像术分析工件中的夹杂物。本方法也可以包括利用X-射线显像术分析金属或金属合金的步骤。本方法尤其适合检测较厚的工件如钛或钛合金工件中的夹杂物，其中至少所述工件一部分的厚度大于约2英寸。“夹杂物”可以指铸件中不希望存在的材料如来源于型壳的面层的夹杂物。另外，“夹杂物”也可以指铸件中应该存在的材料如增强纤维，此种情况下纤维可被涂挂上显像剂或可以制成和使用纤维与显像剂的均匀混合物。检测到的有害夹杂物用已有手段除去。可以使用包括显像剂和型壳形成材料的简单二元混合物。本方法最好包括形成用于实施本专利技术的材料的均匀混合物如耐火材料的均匀混合物、显像剂的均匀混合物和/或显像剂与耐火材料的均匀混合物。可以用多种方式制造均匀混合物，但现在优选的方法是焙烧或熔化型壳形成材料如氧化钇和显像剂如氧化钆。工件的线性衰减系数与显像剂的线性衰减系数之间的差别应该足够大，以允许在整个工件内的夹杂物用N-射线成像。显像剂典型情况下包括含有金属的一类材料，这些金属选自由硼(如TiB2)、钕、钐、铕、钆、镝、钬、铒、钇、镥、铱、硼及其物理混合物和化学混合物构成的一组物质。含有这种金属的合适的显像剂例子包括金属氧化物、金属盐、金属间化合物和硼化物。氧化钆是目前用于显像钛或钛合金铸件中夹杂物的优选的显像剂。用于制造面层浆料的耐火材料典型情况下包括约0.5～100％重量比的显像剂，更典型情况下包括约1～100％重量比的显像剂，进一步更加典型情况下包括约1～65％重量比的显像剂，最典型情况下包括约2～25％重量比的显像剂。附图的描述附图说明图1A是具有三种模拟面层夹杂物的含夹杂物测试棒的中子射线(N-射线)影像；其中“aa”指氧化钇和2.58％重量比氧化钆的混合物，“ab”指氧化钇和25.97％重量比氧化钆的混合物，“3”是反映100％氧化钇的标准参照物。图1B是具有三种模拟面层夹杂物的含夹杂物测试棒的中子射线(N-射线)影像；其中，“ba”指氧化钇和13.11％重量比氧化钐的混合物“bb”指氧化钇和5.14％重量比氧化钆的混合物，“3”是反映100％氧化钇的标准参照物。图1C是具有三种模拟面层夹杂物的含夹杂物测试棒的中子射线(N-射线)影像；其中“ca”指氧化钇和56.03％重量比氧化钐的混合物，“cd”指氧化钇和30.8％重量比氧化钐的混合物，“3”是反映100％氧化钇的标准参照物。图1D是具有一种模拟面层夹杂物的含夹杂物测试棒的中子射线(N-射线)影像；其中该模拟面层夹杂物包括共同焙烧的氧化钇和45％重量比的氧化镝。图1E是具有一种模拟面层夹杂物的含夹杂物测试棒的中子射线(N-射线)影像；其中该模拟面层夹杂物包括共同焙烧的氧化钇和62％重量比的氧化镝。图1F是具有一种模拟面层夹杂物的含夹杂物测试棒的中子射线(N-射线)影像；其中该模拟面层夹杂物包括共同焙烧的氧化钇和1％重量比的氧化镝。图2G是具有一种模拟面层夹杂物的含夹杂物测试棒的中子射线(N-射线)影像；其中该模拟面层夹杂物包括共同焙烧的氧化钇和14％重量比的氧化钆。图2H是具有一种模拟面层夹杂物的含夹杂物测试棒的中子射线(N-射线)影像；其中该模拟面层夹杂物包括共同焙烧的氧化钇和60％重量比的氧化钆。图2I是具有一种模拟面层夹杂物的含夹杂物测试棒的中子射线(N-射线)影像；其中该模拟面层夹杂物包括共同焙烧的氧化钇和14％重量比的氧化钐。图2J是具有一种模拟面层夹杂物的含夹杂物测试棒的中子射线(N-射线)影像；其中该模拟面层夹杂物包括共同焙烧的氧化钇和27％重量比的氧化钐。图2K是具有一种模拟面层夹杂物的含夹杂物测试棒的中子射线(N-射线)影像；其中该模拟面层夹杂物包括共同焙烧的氧化钇和27％重量比的氧化钆。图2L是具有一种模拟面层夹杂物的含夹杂物测试棒的中子射线(N-射线)影像；其中该模拟面层夹杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测金属或金属合金工件中的夹杂物的方法，包括：提供一种铸造金属或金属合金工件，其中所述工件是使用含有其量足以将工件中的夹杂物显像的显像剂的铸造型壳制造的；和利用Ｎ－射线分析确定工件是否含有夹杂物。

【技术特征摘要】
US 1997-12-15 60/069,5971.一种检测金属或金属合金工件中的夹杂物的方法，包括提供一种铸造金属或金属合金工件，其中所述工件是使用含有其量足以将工件中的夹杂物显像的显像剂的铸造型壳制造的；和利用N-射线分析确定工件是否含有夹杂物。2.如权利要求1所述的方法，其中的铸造型壳是熔模铸造型壳。3.如权利要求2所述的方法，其中的熔模铸造型壳包括至少在面层中大体均匀分布的显像剂。4.如权利要求3所述的方法，其中的型壳还包括至少一个含有显像剂的加固层。5.一种制造铸件的方法，包括提供含有N-射线显像剂的铸造型壳；以及使用该铸造型壳铸造金属或金属合金。6.如权利要求5所述的方法，其中的铸造型壳是熔模铸造型壳。7.如权利要求5所述的方法，其中的铸造型壳是至少在其面层部分包含显像剂的熔模铸造型壳。8.如权利要求5所述的方法，还包括至少利用N-射线分析确定工件是否含有夹杂物的步骤。9.如权利要求8所述的方法，其中的确定步骤包括分析N-射线图像。10.如权利要求8所述的方法，其中的确定步骤包括利用N-射线分析来分析工件中的夹杂物。11.一种检测金属或金属合金工件中的夹杂物的方法，包括铸造一种金属或金属合金工件，其中所述工件是使用面层中含有其量足以将夹杂物显像的、在所述面层中大体上均匀分布的显像剂的铸造型壳铸造的；和利用N-射线分析来分析工件中的夹杂物。12.如权利要求11所述的方法，其中的铸造型壳是熔模铸造型壳，并且显像剂至少在面层中大体上均匀分布。13.如权利要求11所述的方法，其中的分析步骤还包括X-射线分析。14.如权利要求12所述的方法，其中的型壳还包括至少一个含有显像剂的加固层。15.如权利要求11所述的方法，其中的显像剂包括选自下列一组中的物质，该组由硼、钕、钐、铕、钆、镝、钬、铒、钇、镥、铱及其物理混合物和化学混合物组成。16.如权利要求15所述的方法，其中的显像剂是金属盐、金属氧化物、金属间化合物、硼化物或它们的混合物。17.如权利要求11所述的方法，其中的工件包括钛或钛合金，并且面层还包括耐火材料。18.如权利要求17所述的方法，其中的耐火材料是氧化钇、二氧化锆、三氧化二铝、氧化钙、二氧化硅、锆石、二氧化钛、钨、这些材料的物理混合物以及化学混合物。19.如权利要求17所述的方法，其中的耐火材料是氧化钇或二氧化锆。20.如权利要求19所述的方法，其中的显像剂是氧化钆。21.如权利要求11所述的方法，其中用于涂挂面层的面层浆料包括大约1～100wt％的显像剂。22.如权利要求11所述的方法，其中用于涂挂面层的面层浆料包括大约1～65wt％的显像剂。23.如权利要求11所述的方法，其中用于涂挂面层的面层浆料包括大约2～25wt％的显像剂。24.如权利要求11所述的方法，其中面层包括由耐火材料和显像剂构成的均匀混合物。25.如权利要求11所述的方法，其中面层包括均匀混合的显像剂。26.如权利要求11所述的方法，其中面层包括均匀混合的耐火材料。27.如权利要求11所述的方法，其中的工件包括钛或钛合金，并且面层包括与氧化钆一起焙烧的氧化钇。28.如权利要求11所述的方法，其中面层包括耐火材料和多种显像剂。29.如权利要求28所述的方法，其中的耐火材料是氧化钇，而多种显像剂中的一种是氧化钆。30.如权利要求1所述的方法，其中工件的线性衰减系数与显像剂的线性衰减系数之间的差别足够大，允许在整个工件内用N-射线来显像夹杂物。31.一种检测金属或金属合金工件中的夹杂物的方法，包括形成含有夹杂物显像剂的水性或非水性面层浆料；对模型涂挂面层浆料而形成型壳面层，所述面层含有在其中大体均匀分布的、其量足以将夹杂物显像的显像剂；依次在模型上涂挂多个加固层，来形成用于熔模铸造的型壳；使用上述型壳浇注金属工件；和利用N-射线分析来分析工件中的夹杂物。32.如权利要求31所述的方法，其中的分析步骤还包括X-射线分析。33.如权利要求31所述的方法，其中至少有一个加固层中含有显像剂。34.如权利要求31所述的方法，其中的显像剂包括选自下列一组中的物质，该组由硼、钕、钐、铕、钆、镝、钬、铒、钇、镥、铱及其物理混合物和化学混合物组成。35.如权利要求34所述的方法，其中的显像剂是金属盐、金属氧化物、金属间化合物、硼化物和它们的混合物。36.如权利要求31所述的方法，其中的工件包括钛或钛合金，并且面层还包括耐火材料。37.如权利要求36所述的方法，其中的耐火材料是氧化钇。38.如权利要求31所述的方法，其中用于涂挂面层的面层浆料包括大约1～100wt％的显像剂。39.如权利要求31所述的方法，其中用于涂挂面层的面层浆料包括大约1～65wt％的显像剂。40.如权利要求31所述的方法，其中用于涂挂面层的面层浆料包...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克E斯普林盖特，戴维霍华德斯特吉斯，詹姆斯R巴雷特，梅达德亚斯雷比，道格拉斯G尼古拉斯，
申请(专利权)人：PCC结构公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]