[发明专利]可消除变截面零件铸造热裂缺陷的陶瓷模壳及其成型方法

说明书

本发明公开了一种可消除变截面零件铸造热裂缺陷的陶瓷模壳及其成型方法。其中，所述陶瓷模壳具有匹配变截面零件设计结构的浇铸型腔，根据铸造过程中钢水在所述浇铸型腔内的凝固特性，所述浇铸型腔内具有对应的热节区域，所述陶瓷模壳外表面对应热节区域处具有内凹型槽，所述内凹型槽的宽度和长度与浇铸型腔内的热节区域相对应。本发明的陶瓷模壳在确保结构强度的同时，使陶瓷模壳的厚度实现有效、可靠地差异化控制，即本发明很好的消除了热节位置的收缩应力，避免热裂缺陷的产生。

技术领域

本发明涉及精密铸造工艺的熔模技术，具体是一种在精密铸造工艺中，可消除变截面零件的铸造热裂缺陷的陶瓷模壳，以及该陶瓷模壳的成型方法。

背景技术

无余量熔模精密铸造工艺是高温合金零件（例如航空发动机叶片或工业燃气轮机叶片等）成型的最常用技术，其所成型的高温合金零件具有良好的高温力学性能，在服役条件苛刻的工业设备（例如航空发动机或工业燃气轮机等）中得到了广泛应用。

然而，无余量熔模精密铸造工艺在高温合金零件的成型过程中，经常会使铸件毛坯上出现一些铸造缺陷，这尤其是以设计结构为变截面的零件在精密铸造中最为凸显。

变截面零件在无余量熔模精密铸造工艺中，最常见的铸造缺陷为热裂缺陷。造成这一铸造缺陷的主要原因是：陶瓷模壳内合金凝固时补缩不足以及凝固收缩产生的应力。具体来说，匹配变截面零件设计结构的陶瓷模壳的浇铸型腔内应当具有对应的热节区域，由于浇铸型腔内的热节区域对应的是变截面零件的截面突变部位，从而使陶瓷模壳内的凝固铸件在凝固收缩时，便会受到陶瓷模壳的阻碍而产生热应力，且凝固时容易补缩不足，从而在热节区域处极易产生热裂缺陷；以高温合金叶片举例来说，铸造热裂缺陷最常出现的部位便是叶冠（或缘板）与叶身或者榫根与叶身的连接段。

变截面零件在精密铸造过程中所产生的热裂缺陷，不仅严重影响着其成型质量，而且还会降低变截面零件毛坯的合格率，甚至还会带来安全隐患。因而，热裂缺陷长期以来是变截面零件在精密铸造过程中需要重点解决的技术难题。

有鉴于此，行业内一直在积极探索如何有效、可靠地消除变截面零件在精密铸造过程中的热裂缺陷。目前，行业内关于变截面零件在精密铸造过程中的热裂缺陷的消除，一般的研究重点在于精密铸造的合金成分选择、以及合金熔液的浇注工艺等技术方面，并未考虑陶瓷模壳结构和成型工艺对热裂缺陷的影响研究。

发明内容

本发明的技术目的在于：针对上述变截面零件的特殊性和现有技术的现状及不足，提供一种在保证结构强度的同时，能够对变截面零件的精密铸造陶瓷模壳的厚度实现差异化控制，从而能够可靠、有效地消除变截面零件铸造热裂缺陷的陶瓷模壳，以及该陶瓷模壳的成型方法。

本发明实现其技术目的所采用的技术方案是，一种可消除变截面零件铸造热裂缺陷的陶瓷模壳，所述陶瓷模壳具有匹配变截面零件设计结构的浇铸型腔，根据铸造过程中钢水在所述浇铸型腔内的凝固特性，所述浇铸型腔内具有对应的热节区域，所述陶瓷模壳外表面对应热节区域处具有内凹型槽，所述内凹型槽的宽度和长度与浇铸型腔内的热节区域相对应。

作为优选方案，所述陶瓷模壳外表面的内凹型槽的宽度为1～10mm、深度为1～10mm，所述内凹型槽处的陶瓷模壳的壁厚厚度为4～20mm。进一步的，所述陶瓷模壳用于高温合金叶片的铸造成型。

一种上述可消除变截面零件铸造热裂缺陷的陶瓷模壳成型方法，包括下列步骤：

步骤1. 根据设计结构的变截面零件，制作蜡模及沾浆淋沙进行陶瓷型壳初品制备；

步骤2. 在陶瓷型壳初品的外表面对应热节区域处，固定与热节区域面积相对应的蜡条；

步骤3. 在带蜡条的陶瓷型壳初品外表面继续沾浆淋沙进行后续制壳，至要求厚度，确保蜡条的外表面在陶瓷型壳的外表面裸露可见；