[发明专利]用于镍基合金铸造性能评价的复杂薄壁熔模铸件及方法

说明书

技术领域

本发明涉及镍基高温合金领域，具体地，涉及的是一种用于镍基合金铸造性能评价的大型复杂薄壁熔模铸件，以及将该大型复杂薄壁熔模铸件用于镍基高温合金铸造性能评价的方法。

背景技术

镍基高温合金因其具有优良的综合性能，经过几十年的发展，已经广泛的应用于航空、航天、能源和化工等领域，是衡量一个国家材料科学发展水平的重要标志之一，而熔模精密铸造技术生产的铸件因其品质好，尺寸精确已成为飞行器关键零部件制造技术中的一种重要方法。近年来，随着科学技术的进步和节能环保理念的要求，飞行器部件设计的越来越大，越来越复杂，因此要求铸件性能好，重量轻。熔模精密铸件的制造水平已经成为一个国家工业水平的重要标志之一，大力发展大型复杂薄壁铸件受到广泛的重视。然而，传统上在评价铸造性能方面，通常独立研究合金在铸件生产过程中表现出的流动性，收缩性等，如研究大面积薄壁充型能力，变截面热裂倾向等，这种方法费时费力，而且不能反映合金的综合铸造性能，尤其是镍基高温合金在生产大型复杂薄壁熔模铸件过程中的整体铸造性能。

经对现有技术的文献检索发现：申请号为201210141407.7的中国发明专利涉及到一种铸造充型过程可视化评价方法。该专利技术方案是使用计算机对铸件的充型过程进行数值模拟，然后使用高温摄像头对铸件充型过程进行拍摄，利用拍摄结果对模拟结果进行校正，然后基于校正后的模拟结果，可以分析铸造浇不足和冷隔等缺陷，改进铸造工艺，提高铸件质量。但该专利仅能评价合金的充型能力，甚至没有给出实施例，对于充型温度在1500℃以上的镍基高温合金熔模铸造该发明的效果未知。

李剑等在《铸造》（2012年，第61卷，第3期，第304-307页）上发表了“铝合金薄壁件真空吸铸充型能力的研究”，该文中提出了采用不同厚度薄壁铸件研究合金的充型能力，具体方法为：设计了厚度为1mm、2mm、3mm和4mm，宽度为30mm，长度为200mm的一系列薄壁铸件，并通过内浇道连接到同一浇口上，研究了低压铸造和真空吸铸两种铸造条件下，铝合金薄壁铸件的充型能力。其不足在于该方法也仅能评价合金的充型能力，无法评价合金的变截面热裂倾向；因此，该方法无法评价镍基高温合金在生产大型复杂薄壁熔模铸件过程中的整体铸造性能。

王恒林等在《大连理工大学学报》(1998年，第38卷，第2期，第194-197页)上发表了“热裂预测的等效应变判据”，该文中提到根据凝固过程中温度场和应力场、应变场的数值模拟结果，提出了热裂形成的等效应变判据；具体方法为：通过分析铸件的热压力与热应变，得到铸件的等效应变场分布，等效应变最大值处即为热裂处。其不足在于该方法仅能对铸件热裂倾向进行预测，没有涉及到合金大面积薄壁充型能力的评价，故该方法也无法综合评价大型复杂薄壁镍基高温合金铸件的整体铸造性能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于镍基合金铸造性能评价的大型复杂薄壁熔模铸件及方法，以达到优化铸件结构设计，有效解决大型复杂薄壁铸件成型困难的问题，同时降低研发成本，缩短研发周期。

根据本发明的一个方面，提供一种用于镍基合金铸造性能评价的复杂薄壁熔模铸件，所述铸件结构为环套环结构，采用底注式浇注。

所述环套环结构包括内环和外环，所述内环和外环为同心圆，经过圆心设有连接内环和外环的十字形横浇道，该横浇道将内环和外环等分为四个大扇形区域，所述十字形横浇道连接外环的端部均为丫字形结构，四个所述丫字形结构与外环之间构成四个小扇形区域，所述小扇形区域位于上述两个大扇形区域的相邻处，各所述丫字形结构的上部两开口边上设有多个小支柱，其中：

为了考察大面积薄壁充型能力的薄板设计，在所述小支柱之间设有一系列不同长度和厚度的薄板即不同面厚比的大面积薄板，两个所述小支柱之间为一大面积薄板；

为考察热裂倾向的变截面设计，在外环上设计不同厚度变化的台阶；

为考察补缩距离的薄板设计，在所述内环和外环上设有大支柱，所述大支柱上设有厚度、长度变化的补缩薄板；

为考察远距离充型能力的底注式薄板设计，在外环一侧设有不同厚度、不同长度的大面积环形薄板。

优选地，所述小支柱在同一丫字形的上边开口两边成对布置，在同一丫字形结构的同一条边上的所述小支柱之间通过小圆柱连接加固，在两丫字形结构的相邻边上的所述小支柱之间设置所述不同面厚比的大面积薄板。

优选的，所述不同厚度变化的台阶设置于外环上且位于所述外环与所述丫字形结构之间形成的小扇形区域中。更进一步的，每种厚度的台阶设计两组。