基于温度场控制的高温合金航空熔模铸件及其浇铸方法与流程

本发明涉及航空熔模精密铸造领域，公开了基于温度场控制的高温合金航空熔模铸件及其浇铸方法。

背景技术：

1、在航空技术领域，航空发动机精铸件毛坯部件的工作环境恶劣，发动机各零部件均在高温下长期工作，因此对使用的零件性能有苛刻的要求。

2、铸件的高温持久性能是衡量铸件质量的重要指标。持久试验是衡量材料在高温和应力长时间作用下的断裂抗力，用于高温条件下工作的铸件。因此需要合理的控制浇注过程中的温度场，从而保证合金的持久性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于温度场控制的高温合金航空熔模铸件及其浇铸方法，通过控制焙烧时陶瓷型壳的温度场以及浇注后冷却过程陶瓷型壳的温度场，让合金液在凝固过程中得到充分补缩，使铸件组织致密，获得持久性能优异的精铸件。

2、为了实现上述技术效果，本发明采用的技术方案是：

3、基于温度场控制的高温合金航空熔模铸件的浇铸方法，包括：

4、在1020～1060℃下对用于浇铸航空发动机用毛坯铸件的陶瓷型壳焙烧至少4小时；所述陶瓷型壳底部设置第一保温层，所述陶瓷型壳的浇口杯位置周向设置有第二保温层，所述陶瓷型壳的侧壁设置有包裹整个陶瓷型壳第三保温层；

5、对用于浇铸所述毛坯铸件的k403镍基合金材料进行真空熔炼，使镍基合金材料完全融化形成合金液；

6、将合金液在真空感应熔炼炉中维持在预设的浇铸温度，并将焙烧温度下的陶瓷型壳转移至真空感应熔炼炉中，在真空状态下将浇铸温度的合金液浇注进入焙烧温度下的所述陶瓷型壳；

7、将浇铸有合金液的陶瓷型壳移出真空感应熔炼炉，在浇铸完成后1min内将第三保温层整体扒除，使陶瓷型壳浇口杯在第二保温层包裹下冷却，其余的陶瓷型壳侧面暴露空气中冷却，获得所述毛坯铸件。

8、进一步地，在镍基合金材料完全融化后，且在维持浇铸温度前，在不超过1580℃的高温下进行合金液进行精炼。

9、进一步地，合金液浇铸时间为2～4s，浇铸温度范围在1500±20℃。

10、进一步地，所述第一保温层包括两层厚度为10mm的硅酸铝保温棉，所述第二保温层包括一层厚度为10mm的硅酸铝保温棉，所述第三保温层包括两层厚度为10mm的硅酸铝保温棉。

11、进一步地，所述第一保温棉、第二保温棉以及第三保温棉均采用耐火水泥作为粘接剂粘接固定在所述陶瓷型壳对应的部位。

12、进一步地，所述陶瓷型壳包括面层、背层，以及位于面层和背层之间的过渡层；所述面层、所述背层以及所述过渡层均采用粘浆挂砂的方法制作而得，其中陶瓷型壳面层浆料采用硅溶胶和刚玉粉配制，砂料采用刚玉砂，过渡层和背层浆料采用硅溶胶和煤矸石粉配制，砂料采用煤矸石砂。

13、为实现上述技术效果，本发明还提供了基于温度场控制的高温合金航空熔模铸件，所述高温合金航空熔模铸件是由所述的基于温度场控制的高温合金航空熔模铸件的浇铸方法制备而得。

14、进一步地，所述高温合金航空熔模铸件在975℃、195mpa条件下的高温持久试验断裂时间为71h。

15、与现有技术相比，本发明所具备的有益效果是：本发明通过对浇注前的陶瓷型壳焙烧温度进行控制，确保型壳烧透且不过烧；此外陶瓷型壳底部设置有第一保温层，陶瓷型壳浇口杯位置设置有第二保温层，陶瓷型壳的侧壁设置有包裹整个陶瓷型壳第三保温层，能减少浇铸过程中陶瓷型壳的冷却，进一步保证陶瓷型壳温度场与合金液浇注流场相匹配；在浇注完成后，通过立即拔除外层整体的第三保温层，保留内层第一保温层和第二保温层，能够加快底部和浇口杯位置以外的其他陶瓷型壳部位冷却速率，同时保留的第一保温层和第二保温层能够使浇口杯和底部温度较高，能够营造合金液补缩温度梯度，温度高的部位可以对温度低的部位进行补缩，确保合金液在凝固过程中得到充分补缩，使铸件组织致密，从而获得持久性能优异的精铸件。

技术特征：

1.基于温度场控制的高温合金航空熔模铸件的浇铸方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于温度场控制的高温合金航空熔模铸件的浇铸方法，其特征在于，在镍基合金材料完全融化后，且在维持浇铸温度前，在不超过1580℃的高温下进行合金液进行精炼。

3.根据权利要求1所述的基于温度场控制的高温合金航空熔模铸件的浇铸方法，其特征在于，合金液浇铸时间为2～4s，浇铸温度范围在1500±20℃。

4.根据权利要求1所述的基于温度场控制的高温合金航空熔模铸件的浇铸方法，其特征在于，所述第一保温层包括两层厚度为10mm的硅酸铝保温棉，所述第二保温层包括一层厚度为10mm的硅酸铝保温棉，所述第三保温层包括两层厚度为10mm的硅酸铝保温棉。

5.根据权利要求4所述的基于温度场控制的高温合金航空熔模铸件的浇铸方法，其特征在于，所述第一保温棉、第二保温棉以及第三保温棉均采用耐火水泥作为粘接剂粘接固定在所述陶瓷型壳对应的部位。

6.根据权利要求1所述的基于温度场控制的高温合金航空熔模铸件的浇铸方法，其特征在于，所述陶瓷型壳包括面层、背层，以及位于面层和背层之间的过渡层；所述面层、所述背层以及所述过渡层均采用粘浆挂砂的方法制作而得，其中陶瓷型壳面层浆料采用硅溶胶和刚玉粉配制，砂料采用刚玉砂，过渡层和背层浆料采用硅溶胶和煤矸石粉配制，砂料采用煤矸石砂。

7.基于温度场控制的高温合金航空熔模铸件，其特征在于，所述高温合金航空熔模铸件是由权利要求1-6中任意一项所述的基于温度场控制的高温合金航空熔模铸件的浇铸方法制备而得。

8.根据权利要求7所述的基于温度场控制的高温合金航空熔模铸件，其特征在于，所述高温合金航空熔模铸件在975℃、195mpa条件下的高温持久试验断裂时间为71h。

技术总结本发明涉及航空熔模精密铸造领域，公开了基于温度场控制的高温合金航空熔模铸件及其浇铸方法，通过在陶瓷型壳底部设置有第一保温层，陶瓷型壳浇口杯位置设置有第二保温层，陶瓷型壳的侧壁设置有包裹整个陶瓷型壳第三保温层，能减少浇铸过程中陶瓷型壳的冷却，保证陶瓷型壳温度场与合金液浇注流场相匹配；在浇注完成后，通过立即拔除外层整体的第三保温层，能够加快底部和浇口杯位置以外的其他陶瓷型壳部位冷却速率，同时保留的第一保温层和第二保温层能够使浇口杯和底部温度较高，能够营造合金液补缩温度梯度，温度高的部位可以对温度低的部位进行补缩，确保合金液在凝固过程中得到充分补缩，使铸件组织致密，从而获得持久性能优异的精铸件。技术研发人员：唐瑶,罗伟明,黄懿,刘婉月受保护的技术使用者：中国航发航空科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/27