[发明专利]一种双联整铸定向凝固涡轮导向叶片的熔模铸造方法

说明书

本发明是一种双联整铸定向凝固涡轮导向叶片的熔模铸造方法，该方法的步骤包括制备陶瓷型芯，再将其放入外形模具中压制叶片蜡模，经组模后涂制型壳并脱蜡焙烧，然后熔炼浇注、脱壳、脱芯、切除浇道多余部分，本发明方法工艺简单易行，可有效降低叶片的夹杂、疏松、晶体取向偏离等冶金缺陷报废率，并提高铸件尺寸精度，进而大幅提高产品合格率，减少经济损失，可满足大规模生产需求。

技术领域

本发明是一种双联整铸定向凝固涡轮导向叶片的熔模铸造方法，属于熔模精密铸造高温合金技术领域。

背景技术

涡轮前温度的提升对发动机推重比的提升至关重要，而高压涡轮导向叶片直接承受高温燃气的冲击，对其承温能力与可靠性提出了极高的要求。承温能力的提升一方面来源于合金成分与显微组织的优化，相比于传统等轴晶叶片，柱状晶消除了易产生裂纹的横向晶界，使叶片疲劳性能得到了极大程度的提高；另一方面则来源于结构设计的优化，包括空心内腔的气膜冷却方式，以及对于通道点与喉道面积实现精确控制的多联整铸结构。

某高压涡轮导向叶片属双联整铸结构的定向凝固柱状晶叶片，其外形由叶身(双联)、内缘板、外缘板组成。传统的制备工艺主要采取缘板引晶方式，对叶身晶粒生长的控制能力有限，当凝固过程受外界因素波动影响时，易产生进气边横向晶界、排气边露头晶、杂晶、晶体取向偏离等冶金缺陷。此外，传统缘板引晶方式的引晶条数量较多且间距过近，导致型壳局部干燥情况较差，易造成叶片的夹杂报废。因此，研究一种双联整铸空心导向叶片的制备工艺，以提升叶片铸件合格率，是目前熔模精密铸造技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的双联整铸空心涡轮导向叶片的制备工艺存在的夹杂、疏松、杂晶、横向晶界、露头晶、晶体取向偏离等冶金缺陷，以及壁厚超差等尺寸问题，提供一种双联整铸定向凝固涡轮导向叶片的熔模铸造方法，其目的是提高叶片合格率及生产效率，缩短叶片研制生产周期。

本发明的技术解决方案是：

该种双联整铸定向凝固涡轮导向叶片的熔模铸造方法，该方法的步骤包括制备陶瓷型芯，再将其放入外形模具中压制叶片蜡模，经组模后涂制型壳并脱蜡焙烧，然后熔炼浇注、脱壳、脱芯、切除浇道多余部分，其特征在于：

a、在制备陶瓷型芯时，先压制并烧结一个与陶瓷型芯外形一致、周向尺寸比陶瓷型芯的设计尺寸小的冷芯，然后在冷芯的外面覆盖并烧结一层外壳，形成完整的陶瓷型芯；

b、组模包括浇口杯1、横浇道2、叶片蜡模、引晶段3、圆盘4、补缩长方条5、补缩弯片6、补缩片连接浇道7及排气边蜡片8，其中，叶片蜡模包含叶身9、内缘板10及外缘板11；所述浇口杯1下平面连接横浇道2，横浇道2通过补缩长方条5与叶片蜡模内缘板10安装边连通，位于底部的圆盘4通过引晶段3将型芯芯头包裹后与叶片蜡模外缘板11相接，然后在型芯芯头盆侧及背侧各挖一个边长2mm～5mm的方形或直径2mm～5mm的圆形定位端，所述补缩弯片6与叶身9弯扭形状相同，并将其置于两联叶身9之间与下方的外缘板11连接，补缩弯片6两端通过补缩片连接浇道7与内缘板10安装边连通，所述排气边蜡片8在双联叶片各自排气边对应位置连接内缘板10及外缘板11安装边。

进一步，冷芯的周向尺寸比陶瓷型芯设计尺寸小0.5～2mm。

进一步，冷芯的材料与制备陶瓷型芯外壳所采用的陶瓷浆料相同。

进一步，引晶段3包裹型芯芯头的厚度为0.5～2mm。

进一步，补缩弯片6的厚度为1～5mm，高度为5～20mm，长度为10～50mm。

进一步，排气边蜡片8的宽度3～20mm，厚度1～5mm。

进一步，叶片蜡模中的叶身9、内缘板10及外缘板11采用一体注射成型，注射温度63～70℃，注射压力为6～10bar，注射时间为10～30s，保压时间20～60s。