[发明专利]高温合金复杂薄壁铸件精密铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种高温合金复杂薄壁铸件的精密铸造方法，特别是一种利用调压工艺进行高温合金薄壁铸件熔模精密铸造的新方法，属于铸造专业领域。

背景技术

随着精密铸造技术的不断发展，航天、航空、电力及核能领域使用的关键热端部件的结构也发生了巨大的变化，不仅朝着整体、薄壁空心方向发展，而且正逐步向结构承载与气体导流的结构功能一体化方向发展，这些都要求构件在具有更高承载能力的同时，必须具有更高的尺寸精度、更好的尺寸稳定性、更优异的疲劳性能和使用寿命。无疑，这些新需求对镍基高温合金熔模精密铸造体系提出了更高的要求。国外在上世纪前半叶就开始研究航空发动机用镍基高温合金的真空熔炼、精密铸造技术，并于上世纪七八十年代在合金设计与熔模铸造工艺技术方面获得了突破性进展，一系列的高性能镍基高温合金铸件产品迅速获得产业化应用。英国AE公司在新型航天飞行器上应用了一系列复杂薄壁精铸件，这些精铸件的外形尺寸一般在300～600mm，最小壁厚达到0.8～1.5mm，而且可以对晶粒尺寸进行控制，辅以热等静压技术，使铸件的疲劳寿命大幅度改善。美国Hitchiner公司、PCC公司和Howmet公司为美国GE发动机铸造了一系列的大型薄壁整体铸件，其中最小壁厚远低于国内同类铸件。全英熔模铸造贸易协会的Anon指出，反重力铸造工艺用于航天航空铸件的生产，可以提高生产效率和降低生产成本，是一个值得推广的技术。美国爱荷华州的一家航天研究机构在进行美国航天局（NASA）资助的课题研究中，利用三种不同的Hitchiner反重力铸造工艺还进行了复杂薄壁网格状In718合金铸件的研究。研究人员使用了Hitchiner反重力铸造工艺，但在具体实施时，由于采取了三组不同的铸造工艺参数，得到了完整性差别很大的三组铸件。铸件由近千个网格状单元体经纬编织而成，得到的铸件尺寸显示，组成这些单个网格的高温合金细丝的直径范围为1.62mm-1.523mm，平均值为1.58mm，标准偏差仅为0.045mm，有着非常高的铸造精度，但在NASA公开的报告里面，未提及任何铸造参数和所使用的铸造工艺方法。

因此，从国外高温合金铸造的研究现状来看，在大型复杂结构件的精密成型技术和装备方面有着一定的基础，并形成了大量的成型工艺设计数据库，但始终对中国实行严格的技术封锁，相应的技术资料很少公开报道，所以自主创新是我国发展大型铸件精密铸造技术的必由之路。而且随着航空发动机推重比的提高，国外也在航空航天飞行器轻量化上开展大量研究，大量的复杂薄壁铸件在航空航天领域的应用会更加广泛。

从国内研究现状来看，复杂薄壁铸件的调压铸造工艺方法作为一种用于铝镁合金复杂薄壁铸件生产的反重力铸造工艺，在解决薄壁铸件成型方面具有明显的优势。因此，随着高温合金薄壁铸件的需求增加，探索该方法在高温合金铸造上的应用是十分必要的。

经对现有技术的文献检索发现：申请号为88106919.1的中国发明专利涉及到一种调压铸造方法。该专利提到：调压铸造的重要应用领域是航空、航天、航海、电子和兵器等国防工业中大型、复杂、高精度的铝铸件的生产，并没有对高温合金的精密铸造提出工艺方案。并且，在该专利中，加热方式为电阻加热，所用铸型为石膏型。加热方式和铸型材质均不能适应高温合金熔模精密铸造的要求。

申请号为01209399.8的中国发明专利涉及到一种真空和保护气体循环加压铸造装置，该装置基于镁合金铸造，克服了氧化的问题、夹渣和气孔等问题。装置的设计思路仍然是基于申请号88106919.1专利提出的，加热方式和结构设计也无法满足高温合金熔模精密铸造的要求。

专利号为200820232358.7的实用新型专利涉及到一种准调压铸造机，该专利提到所设计的调压铸造装置成本较低，适用于铝合金薄壁件的铸造。但该专利在充型和凝固中的压力控制不能在瞬间达到所要的压差，未能实现真正意义上的压力瞬时调节，因此命名为准调压铸造。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高温合金复杂薄壁铸件调压铸造方法，以满足高温合金熔模精密铸造的要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明利用中频感应加热电源熔化合金，调压炉中采用中隔板隔开上下两个罐体；上罐体内安装铸型和升液管，升液管穿过中隔板进入下罐体的坩埚内；在安装铸型和升液管时，利用电葫芦提升上罐，安装完毕，利用与上下两个罐体连接的气路控制管路、真空系统和气体罐实现调压炉内的真空度和压力调节。

本发明所述高温合金复杂薄壁铸件调压铸造方法，具体步骤如下：