[发明专利]叶片铸造方法

说明书

本发明公开了一种叶片的铸造方法，采用精密铸造的方法铸造叶片，其步骤包括模具设计、模具制造，原料熔炼，下料准备，离心铸造，第一次冷却，第二次成型，第二次冷却，切边和喷砂，热等静压等。通过上述工序保证了发动机叶片表面和内部缺陷的良好的消除率且内部微观组织更加均匀。

技术领域

本发明涉及铸造领域，具体涉及发动机叶片的精密铸造方法。

背景技术

钛合金密度小，比强度高，耐腐蚀，由于该一系列优异的特性，被广泛地应用于航空航天工业、能源工业、海上运输工业等方面。欧洲航天局也曾启动了航空研究计划，就是旨在掌握钛铝基合金航空发动机叶片和燃气轮机叶片。飞机发动机推重比是评价现代飞机发动机的主要指标之一，它对飞机性能有着决定性的作用。当前应用于发动机叶片的时候，较为常见的成型方法为精密铸造方法。采用熔模精密铸造工艺制备TiAl基合金构件，特别是形状复杂的构件，可得到无余量或近无余量的精密复杂构件，大幅度减少金属损耗，提高材料的利用率，减少大量机加工工时，大幅度降低生产成本。

目前使用较多的钛合金精密铸造用型壳，大致可分为：石墨型壳、钨面层陶瓷型壳、氧化物陶瓷型壳等。但是由于模具形成方式的不足以及铸造过程的参数设计不合理，导致成型后的零件表面和内部缺陷均比较多。

发明内容

本发明的目的在于提出一种叶片的铸造方法；为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种叶片的铸造方法，包括模具设计、模具制造，原料熔炼，下料准备，离心铸造，第一次冷却，第二次成型，第二次冷却，切边和喷砂，热等静压步骤；所述叶片为发动机叶片，其材质为钛铝铌合金，所述钛铝铌合金的组成按重量百分比为45～48％的铝、5～6.8％的铌、3.1～4.2％的镁、V：1.2～1.5％，Ta：0.002～0.008％、0.10～0.28％的碳，余量为钛和不可避免的杂质；

所述模具设计的步骤为，采用水溶性型芯，采用现有CAD系统设计得到发动机叶片的CAD模型，采用现有快速成型工艺进行快速成型，激光烧结逐层烧结直径小于0.1mm的聚苯乙烯粉，再浸蜡后制得熔模，然后对熔模进行表面与内部的清洗；

所述模具制造的步骤为，将熔模浸入到面层涂料中沾浆30～45s后取出，然后进行面层的撒砂、干燥，得到模壳，将模壳放入加热炉中，在温度为380～500℃中保温2.5～3h，然后继续升温为820～870℃，保温2.5～3h，继续升温为1050～1150℃，保温2.5～3h，然后随炉冷却到室温，得到模具；

所述原料熔炼的步骤为，将待熔炼的原材料放入坩埚中，将坩埚置于真空感应炉的坩埚熔炼室内，先采用惰性气体对坩埚熔炼室进行4～8次的冲洗，最终保持坩埚熔炼室的真空度为10^-5～10^-3mbar进行熔炼，熔炼完成后保温10～15min，使得原料中的各元素均匀；

所述下料准备的步骤为，用石棉包裹模具制造步骤得到的模具，进行预热后下料，所述预热的温度为400～610℃；

所述离心铸造的工艺参数为，离心转速为195rpm～385rpm，浇铸时间为6～8s；

所述第一次冷却的步骤为，出炉空冷，将型芯溶出后，清洗零件并烘干；所述第二次成型的步骤为，将第一次冷却后得到的铸件放入预热到910～990℃的模具中，然后在加热炉内加热到1050～1150℃，然后进行离心铸造，离心转速为195rpm～385rpm；所述第二次冷却的步骤为，出炉空冷；所述切边和喷砂的步骤为，采用机械方法清除型壳，将浇铸系统切除，用高压水切掉工艺边，进行喷砂处理；

所述热等静压的步骤为，热等静压的温度为为950～990℃，热等静压的压力100～180MPa，保压时间为3～6小时。

作为优选，所述坩埚为水冷铜坩埚。