[发明专利]降低高温合金单晶铸件再结晶倾向性的复合模壳制备方法

说明书

本发明属于铸造领域，涉及一种降低高温合金单晶铸件再结晶倾向性的复合模壳制备方法，适用于熔模铸造用熔模精铸高温合金铸件的型壳制备。该制备方法包括压制蜡模，配制面层涂料、过渡层涂料、中间层涂料以及背层涂料，将蜡模依次浸入上述涂料并撒相应的砂子干燥后制成型壳模型，型壳模型脱蜡和焙烧等五个步骤。该技术解决现有型壳的退让性和溃散性差的缺点，采用其作为熔模精铸的模壳后，高温合金单晶铸件收缩受阻区的铸造残余应力显著减小，从而消除后续热处理所引起的铸件再结晶缺陷，保证铸件毛坯的单晶完整性，显著提高铸件合格率。

技术领域

本发明属于铸造领域，涉及一种降低高温合金单晶铸件再结晶倾向性的复合模壳制备方法，适用于熔模铸造用熔模精铸高温合金铸件的型壳制备。

背景技术

自上个世纪90年代以来，几乎所有先进航空发动机都采用单晶高温合金铸件，如：推重比为10的发动机F119、F120、GE90、EJ200、M88-2、P2000等。高强度是定向凝固用硅溶胶型壳的重要特点，这往往导致型壳的退让性和溃散性差。此外，由于铸造合金的热膨胀系数要远远大于陶瓷型壳，铸件的凝固收缩必然被陶瓷型壳阻碍，这导致铸件的应力集中区域产生塑性变形，贮存一定的内应力。带有塑性变形的铸件在高温热处理过程中会发生回复和再结晶。由于单晶合金不含或少量含有晶界强化元素，再结晶层成为性能薄弱的区域，这种区域往往对铸件的高温力学性能产生一些不利的影响。

为解决这一难题，人们通常从以下方面入手：

(1)在高温热处理之前减少或完全消除材料的塑性变形；

(2)采用合适的热处理制度释放材料的塑性变形储存能，减少再结晶驱动力；

(3)在铸件表面涂敷涂层，增加再结晶界面能；

(4)调整合金成分，在合金中生成第二相粒子，对再结晶晶界形成钉扎，阻碍再结晶进行。

为此采用的具体工艺方法有：

(1)通过腐蚀方法来去除表面变形层；

(2)对铸件进行预回复热处理；

(3)对铸件表面进行渗碳；

(4)铸件表面施加渗层

上述方法的应用都一定程度上减少铸件再结晶，但是目前为止真正解决该问题还需要更进一步的工作，主要原因在于铸造残余应力的消除十分困难。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种降低高温合金单晶铸件再结晶倾向性的复合模壳制备方法，通过提高型壳退让性使熔模铸造过程中铸件残余应力降低，从而抑制热处理时的局部再结晶，提高铸件的单晶完整性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种降低高温合金单晶铸件再结晶倾向性的复合模壳制备方法，包括以下步骤：

第1步，进行蜡模压制；

第2步，分别配制面层涂料、过渡层涂料、中间层涂料和背层涂料；

第3步，将第1步中制成的蜡模依次浸入第2步制得的面层涂料、过渡层涂料、中间层涂料和背层涂料中并撒砂，制成型壳模型；

第4步，对第3步中制成的型壳模型进行蒸气脱蜡处理；

第5步，将第4步中经过脱蜡处理的型壳在高温炉中进行焙烧后即得到所需要的复合型壳。

所述的降低高温合金单晶铸件再结晶倾向性的复合模壳制备方法，在制备过程中，涂料采用的耐火原料为熔融石英粉或电熔刚玉粉，熔融石英粉或电熔刚玉粉的粒度为320目；撒砂采用的耐火原料为熔融石英砂或电熔刚玉砂，熔融石英砂或电熔刚玉砂的粒度为16～100目。