[发明专利]一种叶片陶瓷型芯精铸工装的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种叶片陶瓷型芯工装的制备方法。

背景技术

在航空领域，随着飞机的更新换代，新一代发动机也随之发展，其中作为发动机部件的叶片，由于采用先进的冷却技术，通过涡轮叶片内许多精细而复杂的冷却通道(孔、槽等)对叶片进行对流、冲击和局部气膜冷却，叶片陶瓷型芯工装是为了获取带有流道、冷却通道的复杂涡轮叶片的重要手段，其结构复杂，制造难度不断加大。目前，该类工装采用40Cr、45、锻铝等材质，主要采用的热处理工艺为精铣前淬火，然而此种方法所制备的工装在使用中存在工作表面磨损严重，工装返修率和报废率高等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种叶片陶瓷型芯精铸工装的制备方法，该方法通过对工装表面处理的改进，提高了工装表面硬度，减少了工装表面磨损，降低了工装的返修率和报废率，从而延长工装的使用寿命。

本发明具体提供了一种叶片陶瓷型芯精铸工装的制备方法，所述工装的制备步骤为：普通刨、车、平磨、荒铣、淬火(HRC29～33)、平磨、数控精加工、钳工修研、抛光、钳工抛光全部，其特征在于：所述工装的盆模和背模采用H13材料，在淬火时的回火温度为570℃～600℃，在抛光后钳工抛光全部前增加表面氮化处理工艺(HRC59.5～63)，叶片陶瓷型芯的公差在0.06mm，所以表面氮化层的深度不能太浅，氮化层厚需在0.2～0.45mm之间，经过实验，0.3mm为最佳氮化层厚度，同时从氨气的消耗、硬度的实现、保温时间的长短考虑，0.3mm被视为最合理、经济的氮化层厚度。

现有陶瓷型芯精铸工装的制备常采用40Cr、45、锻铝等材质，在精加工前多采用淬火工艺，然而所得工装其表面硬度低。本发明发明人首次采用原材料不变而增加表面氮化工艺处理，但试用效果不理想，对于具有复杂结构的叶片陶瓷型芯，筋槽、凸台多且尺寸小，如图1所示。为了保证成品零件这些形状的清晰，必须保证其结合面3部位的尖边，同时保证背模1、盆模2的轮廓线密合，如图2所示。为了保证工装在陶瓷粉末下工作时结合面3(特别是盆背模内部筋槽、凸台结合面)的尖边状态，需要有效保证其工作部位表面的硬度及模具内部的合理硬度，经过实验及分析，最终此类工装的重要部件(盆模和背模)改用H13材料，并实施现有的工艺制备路线。其中“淬火(HRC29～33)”工序保证了工装内部的硬度，同时要求570℃～600℃的回火温度，是为了保证后续“渗氮(氮化处理)”工序的完成，降低了尖角部位的磨损。渗氮后的工装如图3所示。

本发明提供的叶片陶瓷型芯精铸工装的制备方法，其特征在于：所述表面氮化处理工艺分两个阶段完成，第一阶段升温到520℃保温20～30小时，氨的分解率为20％～25％；第二阶段升温到545℃保温30～35小时，氨的分解率为25％～40％，该工艺能够有效保证氮化层的均匀性和厚度范围。

本发明所提供的叶片陶瓷型芯精铸工装的制备方法，相比于现有技术(采用40Cr、45、锻铝等材质，在精加工前采用淬火工艺制备工装)，在工件正常消除应力后，工件的变形微乎其微，有效地保证了工件的精度。

叶片陶瓷型芯精铸工装的型面复杂，装配要求严，采用本发明所述方法制备，能够有效提高工装表面的硬度、耐磨性、抗咬合性、抗腐蚀性能和抗疲劳性能。从而降低了工装的返修率和报废率，延长工装的使用寿命1倍左右，节约成本。

附图说明

图1叶片型芯盆模；

图2盆、背模结合面示意图；

图3渗氮后叶片型芯盆模示意图。

具体实施方式

本发明所述工装的制备步骤：1、普通刨；2、车；3、平磨；4、荒铣；5、淬火(HRC29～33)；6、平磨；7、数控精加工；8、钳工修研、抛光；9、氮化处理(HRC HRC59.5～63)；10、钳工抛光全部。

实施例1

0.2mm氮化层厚度：

淬火工艺：淬火温度1030℃，并保温20分钟，然后油冷。随后进行回火处理，温度控制在570℃，硬度控制在HRC28～30。

氮化工艺：将钳工修研、抛光后的背模1、盆模2分别放入氮化炉内，首先在不通氨气的情况下升温到200±5℃；然后持续通氨气升温到520℃，保温28小时；随后在持续通氨气的情况下，降温到200±5℃；最后在不通氨气的情况下降温到室温。有效氮化层厚度达到了0.2mm。

效果：0.2mm的表面氮化层，使叶片模具的表面硬度提高到了HRC59.5，降低了型面磨损；使叶片型芯模具的返修率降低了一半，寿命提高了1/3。

实施例2