[发明专利]一种控制精铸涡轮叶片晶粒度的方法

说明书

技术领域

本发明属于燃气轮机发动机叶片精密铸造技术领域，具体涉及一种控制精铸涡轮叶片晶粒度的方法。

背景技术

采用精密铸造工艺制得的等轴晶涡轮叶片，在浇注过程中易产生表面晶粒粗大、柱状晶长度超标等表面晶粒缺陷。其中，晶粒过大、超出标准要求的柱状晶会使叶片表层的抗疲劳性能降低。因此，在涡轮叶片生产中，如何对其晶粒度进行有效控制，对于改善涡轮叶片质量、避免缺陷、提高产品合格率具有十分重要的意义。一般细化晶粒有三种方法：热控法、机械法和化学法。因机械法和化学法受设备和适用范围限制，应用空间小，且具有针对性；而热控法是工业上比较简单实用的晶粒细化方法，是通过严格控制型壳温度和浇注温度，调整合金凝固过程中的温度梯度、合金的过冷度和细化剂中细化颗粒的非均匀形核数，达到限制晶粒长大的目的，从而获得细晶铸件。因此法需要较低的浇注温度，对厚大叶片而言，不存在欠铸问题，但对于燃气轮机发动机动力涡轮工作叶片而言，使得铸件在排气边处易存在柱状晶，温度过低会带来疏松缺陷且不能完全解决排气边柱状晶问题，为获得较细的晶粒，用较低的温度浇注叶片，致使铸件合格率极低，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种改善铸型温度场，进而解决铸件排气边柱状晶的控制精铸涡轮叶片晶粒度的方法，该方法在适当的浇注温度下，消除叶片叶身厚大、排气边薄、叶片晶粒度超差的目的。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案包括以下步骤：

1)根据铸件的形状采用压蜡机压制铸件蜡模，将铸件蜡模进行组合；

2)在组合后的铸件蜡模的排气边搭接干扰筋，干扰筋与叶片排气边之间留有间隙；

3)将步骤2)处理后的铸件蜡模浸入到面层涂料中，使铸件蜡模的表面与面层涂料充分接触，然后取出铸件蜡模并通过撒砂机均匀的向铸件蜡模的表面撒砂；

4)将步骤3)处理后的铸件蜡模浸入到背层涂料中，使铸件蜡模的表面与背层涂料充分接触，然后取出铸件蜡模并通过撒砂机均匀的向铸件蜡模的表面撒砂；

5)重复步骤4)使砂砾充满叶片排气边与干扰筋之间的间隙；

6)脱蜡，制得铸件型壳；

7)对铸件型壳进行焙烧，去除残留的蜡，降至室温后用水清洗，晾干；

8)将铸件型壳放入保温桶中并升温至950～1050℃后进行浇注。

所述的步骤2)中，干扰筋长度为叶身长度的一半，干扰筋的方向平行于叶片排气边。

所述叶片的干扰筋长200mm，宽10mm，厚10mm，距离叶片排气边10mm。

所述的步骤3)中，面层涂料为含有铝酸钴的硅溶胶-锆英粉细化料浆。

所述的步骤4)中，背层涂料作为加固层，采用硅酸乙酯水解液-上店土料浆。

所述的步骤8)中，浇注是在真空环境下进行的。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明操作步骤简单，在蜡模组合阶段搭接干扰筋就达到了控制该型叶片晶粒度的目的，不需要增加额外成本和能源消耗，操作方便安全且无污染。本发明利用高温合金板材制作与铸件型壳高度一致的保温桶，将型壳放置在保温桶中进行焙烧，由于桶吸热的保温作用以及阻止了型壳与空气的直接对流传热，使得型壳在出型及抽真空过程中的温度降低减小，保证了铸件型壳与浇注温度之间的温度差，有利于铸件晶粒度的改善。浇注后所获得的晶粒尺寸如下：叶片进、排气边10mm范围内晶粒度级别小于4级，且不不存在柱状晶，除进、排气边以外的区域晶粒度级别小于5级，符合技术条件要求。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明：

本发明包括以下步骤：

1)根据铸件的形状采用压蜡机压制铸件蜡模，将铸件蜡模进行组合；

2)在组合后的铸件蜡模的排气边搭接干扰筋，干扰筋与叶片排气边之间留有间隙；干扰筋长度为叶身长度的一半，干扰筋的方向平行于叶片排气边。叶片的干扰筋长200mm，宽10mm，厚10mm，距离叶片排气边10mm。

3)将步骤2)处理后的铸件蜡模浸入到面层涂料中，使铸件蜡模的表面与面层涂料充分接触，然后取出铸件蜡模并通过撒砂机均匀的向铸件蜡模的表面撒砂；面层涂料为含有铝酸钴的硅溶胶-锆英粉细化料浆。

4)将步骤3)处理后的铸件蜡模浸入到背层涂料中，使铸件蜡模的表面与背层涂料充分接触，然后取出铸件蜡模并通过撒砂机均匀的向铸件蜡模的表面撒砂；背层涂料作为加固层，采用硅酸乙酯水解液-上店土料浆。

5)重复步骤4)使砂砾充满叶片排气边与干扰筋之间的间隙；