CN114192744A - 一种涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的解决方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的解决方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，在真空条件下，将轴流涡流器型壳在1200‑1250℃下进行保温处理；将高温合金在1530‑1550℃下进行熔化，得到融化后液态的高温合金；步骤2，将融化后液态的高温合金浇注到保温后的轴流涡流器型壳中，之后将所得的轴流涡流器型壳在室温环境下空冷，得到轴流涡流器精铸件。本发明解决了铸件通道内部和叶片因金属冷却过快所造成的补缩不足而引起的欠铸、疏松和裂纹问题，极大的提高了铸件合格率和生产效率，降低了生产成本，同时对其它类似结构涡流器精铸件具有重要的借鉴意义。

Description

一种涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的解决方法

技术领域

本发明涉及熔模精密铸造生产技术领域，具体为一种涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的解决方法。

背景技术

工程实践表明：航空发动机燃烧室中的双级轴流涡流器关系到燃烧室的可靠点火和稳定燃烧，直接影响到燃烧室的燃烧效率、出口温度分布以及熄火边界等性能指标。双级轴流涡流器主要是为适应高温升、高热负荷燃烧室的设计。双级轴流涡流器既能保证火焰筒头部合适的空气流量又具有良好的气动雾化性能。双级轴流涡流器一般由内、中、外三层异型环壁组成，每两层环壁之间沿周向均匀分布有叶片。

双级轴流涡流器尺寸小，结构复杂，环壁之间沿周向均匀分布的叶片比较小且薄，而且内环、外环的叶片旋向相反，金属流动不畅，受其结构特点的影响，无论是在蜡模制造成型，还是在金属液充型方面都会受到影响。

目前采用硅酸乙酯水解液制壳并采用真空三室炉浇注铸造双级轴流涡流器，采用这种铸件浇注方式存在两个不足：第一，采用硅酸乙酯水解液制壳，为保证型壳有一定的强度，涂料制壳的层数一般为7层以上，型壳较厚，散热性不好；第二，由于铸件结构比较复杂，金属液浇注时间较长，在型壳中的流动时间较长，在金属液最后流到的部位，由于金属液温度下降，流动性降低，导致铸件不能有效填充，容易产生欠铸和疏松缺陷，而且由于型壳温降较快，浇注温度和型壳温度之间的温差较大，在应力集中区域容易产生裂纹缺陷，使得该类铸件合格率较低，造成较大经济损失。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的解决方法，解决了现有涡流器类精铸件存在的欠铸、疏松和裂纹问题，提高该类精铸件的合格率。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的解决方法，包括如下步骤：

步骤1，在真空条件下，将轴流涡流器型壳在1200-1250℃下进行保温处理；

将高温合金在1530-1550℃下进行熔化，得到融化后液态的高温合金；

步骤2，将融化后液态的高温合金浇注到保温后的轴流涡流器型壳中，之后将所得的轴流涡流器型壳在室温环境下空冷，得到轴流涡流器精铸件。

优选的，步骤1中轴流涡流器型壳的保温和高温合金的熔化均在三室真空炉中同步进行。

进一步，轴流涡流器型壳在所述温度下保温30-60min。

再进一步，步骤1在三室真空炉的底盘上放置型壳隔热盖，之后将轴流涡流器型壳在型壳隔热盖上进行固定，在对轴流涡流器型壳进行保温时，将三室真空炉的底盘上升至三室真空炉的双驱中进行。

进一步，步骤2将融化后液态的高温合金浇注到保温后的轴流涡流器型壳中后，先在3-5min将三室真空炉的底盘抽拉至三室真空炉的底部，再将所得的轴流涡流器型壳空冷。

优选的，步骤1采用10-20kW的功率熔化高温合金。

优选的，步骤1中所述真空的真空度小于或等于1.33Pa。

优选的，步骤1所述的轴流涡流器型壳按如下过程得到：

先将轴流涡流器精铸件蜡模组装在蜡模模组树上，然后采用全硅溶胶制壳，之后进行脱蜡，得到轴流涡流器模组型壳，紧接着将轴流涡流器模组型壳进行预焙烧和清洗，得到轴流涡流器型壳。

进一步，所述的轴流涡流器模组型壳在735-765℃下预焙烧1-1.5h。

优选的，步骤2在3s内将融化后液态的高温合金浇注到保温后的轴流涡流器型壳中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的解决方法，通过缩小轴流涡流器型壳温度与高温合金熔化温度之间的温度差，增加了合金液的流动性，可达到快速充型的目的，浇注后再室温冷却，以得到较高的冷却速度，这种铸造方法能有效减少双层涡流器类精铸件欠铸、疏松、裂纹缺陷，提高铸件的合格率。本发明使合金熔体充型能力显著提高，解决了铸件通道内部和叶片因金属冷却过快所造成的补缩不足而引起的欠铸、疏松和裂纹问题，极大的提高了铸件合格率和生产效率，降低了生产成本，同时对其它类似结构涡流器精铸件具有重要的借鉴意义。

进一步的，采用三室真空熔炉进行浇注，使轴流涡流器型壳达到比现有技术更高的温度，可将轴流涡流器型壳温度保持在稳定的温度范围，保证轴流涡流器型壳所需的恒定高温，增加合金液的流动性，提高合金的充型能力，很好地解决铸件欠铸和疏松缺陷，并且由于缩小了轴流涡流器型壳温度和高温合金熔化温度之间的温差，轴流涡流器型壳在浇注前温降很小，使得铸件应力集中区域裂纹问题得到较好解决，铸件合格率大幅度提升，避免了现有技术的缺点，即：轴流涡流器型壳焙烧温度的局限性和轴流涡流器型壳从焙烧炉中取出再转移至真空熔炉铸型室所引起的快速温降。

附图说明

图1为本发明所述方法中步骤2)中的轴流涡流器蜡模模组树主视图。

图2为本发明所述方法中步骤2)中的轴流涡流器蜡模模组树俯视图。

图3为本发明所述方法中步骤6)中的轴流涡流器模组型壳示意图。

图中：1为轴流涡流器精铸件蜡模；2为横浇道；3为直浇道；4为第一内浇口；5为第二内浇口；6为浇口杯；7为型壳隔热盖。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种轴流涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的解决方法，适用于双级轴流涡流器和单级轴流涡流器，具体采用以下步骤：

1)根据轴流涡流器精铸件的形状，采用压蜡机压制轴流涡流器精铸件蜡模；

2)将轴流涡流器精铸件蜡模1与横浇道2、直浇道3和浇口杯6进行组装，形成蜡模模组树；如图1和图2所示，蜡模模组树分上、下两层，错开45度排列，直浇道3和第一内浇口4连通设置在浇口杯6的出口端，图2只是示意性地在横浇道2上画了一个轴流涡流器蜡模1，其中展示了第一内浇口4和第二内浇口5；

3)对步骤2)蜡模模组树上的蜡模模组进行制壳，采用全硅溶胶制壳，之后进行脱蜡，得到轴流涡流器模组型壳；

4)将轴流涡流器模组型壳放入高温箱式炉进行预焙烧，预焙烧温度750℃±15℃，保温1-1.5小时，以烧除双级轴流涡流器模组型壳中残留的蜡料，得到轴流涡流器型壳。

5)采用酒精对轴流涡流器型壳进行清洗，并检查是否存在渗漏情况，如存在则进行修补，不存在渗漏则进行后续浇注工序。

6)采用三室真空炉进行浇注，选用该种设备浇注方式主要利用其双驱的加热保温作用，保证轴流涡流器型壳所需的高温及高温温度的恒定，在三室真空炉的底盘上放置一个平整的型壳隔热盖7，见图3，型壳隔热盖7的高度为6-9mm，防止局部激冷造成的欠铸。

具体地，将轴流涡流器型壳放置在型壳隔热盖7上并装夹稳固，放置时需将浇口杯6朝上，轴流涡流器型壳、型壳隔热盖7和底盘形成一体结构，之后将该一体结构上升至三室真空炉的双驱中，真空真空度为不大于1.33Pa，加热至1200℃-1250℃，并保温30-60分钟，使轴流涡流器型壳温度均匀化。

7)与步骤6)同步地在三室真空炉的熔炼室中进行高温合金，如K536合金的熔化，采用10-20KW功率的小功率化料，可避免K536合金飞溅，待轴流涡流器模组型壳加热至1200℃-1250℃保温30-60min的时间达到后，将K536合金熔化至1540℃±10℃，此时达到可浇注的熔型壳融态，然后快速浇注(控制在3S内)至轴流涡流器型壳中。

8)将一体结构快速抽拉至三室真空炉的底部，保证在3-5分钟内完成。

9)破除三室真空炉的真空，从一体结构中取出浇注后的轴流涡流器型壳即轴流涡流器铸型，放置在大气室温环境下空冷，保证其较高的冷却速率，得到轴流涡流器精铸件。

10)后续进行轴流涡流器精铸件的脱壳、切割、打磨和吹砂工序并进行外观检测、荧光检测、射线检测，以检测铸件质量。

实施例1:

某机双级轴流涡流器，其外径的叶片壁外径最大为Φ48.1mm，高为34mm,每两层环壁之间沿周向均匀分布有12片小叶片，叶片及环壁的厚度均只有1.2mm。

铸造方法按照以下步骤进行：

1)根据双级轴流涡流器精铸件的形状，采用压蜡机压制双级轴流涡流器精铸件蜡模；

2)将双级轴流涡流器精铸件蜡模与横浇道2、直浇道3和浇口杯6进行组装，形成蜡模模组树；

3)对步骤2)蜡模模组树上的蜡模组合进行制壳，采用全硅溶胶制壳，之后进行脱蜡，得到双级轴流涡流器模组型壳；

4)将双级轴流涡流器模组型壳放入高温箱式炉进行预焙烧，预焙烧温度750℃，保温1小时，烧除双级轴流涡流器模组型壳中残留的蜡料，得到双级轴流涡流器型壳。

5)采用酒精对双级轴流涡流器型壳进行清洗，并检查是否存在渗漏情况，如存在则进行修补，不存在渗漏则进行后续浇注工序。

6)采用三室真空炉进行浇注，在三室真空炉的底盘上放置一个平整的型壳隔热盖7，型壳隔热盖7厚度为6mm。

具体地，将双级轴流涡流器型壳放置在型壳隔热盖7上并装夹稳固，放置时需将浇口杯6朝上，双级轴流涡流器型壳、型壳隔热盖7和底盘形成一体结构，之后将该一体结构上升至三室真空炉的双驱中进行加热，真空真空度为1.33Pa，加热至1250℃并保温30分钟，使双级轴流涡流器型壳的温度均匀化。

7)与步骤6)同步地在三室真空炉的熔炼室中进行K536合金的熔化，采用10KW功率化料，避免K536合金飞溅。待双级轴流涡流器型壳在1250℃下保温30min的时间达到后，将K536合金熔化至1530℃，然后在3S内快速浇注至双级轴流涡流器型壳。

8)浇注后的一体结构快速抽拉至三室真空炉的底部，保证在3分钟内完成。

9)破除三室真空炉的真空，从一体结构中取出浇注后的双级轴流涡流器型壳即铸型，放置在大气室温环境下空冷，保证其较高的冷却速率，得到双级轴流涡流器精铸件。

10)后续进行双级轴流涡流器精铸件的脱壳、切割、打磨和吹砂工序并进行外观检测、荧光检测、射线检测，以检测铸件质量。

经上述检测，双级轴流涡流器精铸件无欠铸和裂纹，疏松符合ASTM E192标准中1/8'′底片4要求。

实施例2:

某机双级轴流涡流器，其外径的叶片壁外径最大为Φ47.3mm，高为31.5mm,每两层环壁之间沿周向均匀分布有12片小叶片，内环叶片厚度为2.1mm,外环叶片厚度为1.5mm,环壁厚度只有1.25mm。

铸造方法按照以下步骤进行：

1)根据双级轴流涡流器精铸件的形状，采用压蜡机压制双级轴流涡流器精铸件蜡模；

2)将双级轴流涡流器精铸件蜡模与横浇道2、直浇道3和浇口杯6进行组装，形成蜡模模组树；

3)对步骤2)蜡模模组树上的蜡模组合进行制壳，采用全硅溶胶制壳，之后进行脱蜡，得到双级轴流涡流器模组型壳；

4)将双级轴流涡流器模组型壳放入高温箱式炉进行预焙烧，预焙烧温度735℃，保温1.5小时，烧除双级轴流涡流器模组型壳中残留的蜡料，得到双级轴流涡流器型壳。

5)采用酒精对双级轴流涡流器型壳进行清洗，并检查是否存在渗漏情况，如存在则进行修补，不存在渗漏则进行后续浇注工序。

6)采用三室真空炉进行浇注，在三室真空炉的底盘上放置一个平整的型壳隔热盖7，型壳隔热盖厚度7为7mm。

具体地，将双级轴流涡流器型壳放置在型壳隔热盖7上并装夹稳固，放置时需将浇口杯6朝上，双级轴流涡流器型壳、型壳隔热盖7和底盘形成一体结构，之后将该一体结构上升至三室真空炉的双驱中进行加热，真空真空度为1.33Pa，加热至1240℃并保温40分钟，使双级轴流涡流器型壳的温度均匀化。

7)与步骤6)同步地在三室真空炉的熔炼室中进行K536合金的熔化，采用15KW功率化料，避免K536合金飞溅。待双级轴流涡流器型壳在1240℃下保温40min的时间达到后，将K536合金熔化至1550℃，然后在3S内快速浇注至双级轴流涡流器型壳。

8)浇注后的一体结构快速抽拉至三室真空炉的底部，保证在3分钟内完成。

9)破除三室真空炉的真空，从一体结构中取出浇注后的双级轴流涡流器型壳即铸型，放置在大气室温环境下空冷，保证其较高的冷却速率，得到双级轴流涡流器精铸件。

10)后续进行双级轴流涡流器精铸件的脱壳、切割、打磨和吹砂工序并进行外观检测、荧光检测、射线检测，以检测铸件质量。

经上述检测，双级轴流涡流器精铸件无欠铸和裂纹，疏松符合ASTM E192标准中1/8'′底片4要求。

实施例3:

某机双级轴流涡流器，其外径的叶片壁外径最大为Φ50.3mm，高为35.5mm,每两层环壁之间沿周向均匀分布有16片小叶片，内环叶片厚度为1.0mm,外环叶片厚度为1.5mm,环壁厚度只有1.25mm。

铸造方法按照以下步骤进行：

1)根据双级轴流涡流器精铸件的形状，采用压蜡机压制双级轴流涡流器精铸件蜡模；

2)将双级轴流涡流器精铸件蜡模与横浇道2、直浇道3和浇口杯6进行组装，形成蜡模模组树；

3)对步骤2)蜡模模组树上的蜡模组合进行制壳，采用全硅溶胶制壳，之后进行脱蜡，得到双级轴流涡流器模组型壳；

4)将双级轴流涡流器模组型壳放入高温箱式炉进行预焙烧，预焙烧温度760℃，保温1小时，烧除双级轴流涡流器模组型壳中残留的蜡料，得到双级轴流涡流器型壳。

5)采用酒精对双级轴流涡流器型壳进行清洗，并检查是否存在渗漏情况，如存在则进行修补，不存在渗漏则进行后续浇注工序。

6)采用三室真空炉进行浇注，在三室真空炉的底盘上放置一个平整的型壳隔热盖7，型壳隔热盖7高度为9mm。

具体地，将双级轴流涡流器型壳放置在型壳隔热盖7上并装夹稳固，放置时需将浇口杯6朝上，双级轴流涡流器型壳、型壳隔热盖7和底盘形成一体结构，之后将该一体结构上升至三室真空炉的双驱中进行加热，真空真空度为1.33Pa，加热至1200℃并保温60分钟，使双级轴流涡流器型壳的温度均匀化。

7)与步骤6)同步地在三室真空炉的熔炼室中进行K536合金的熔化，采用20KW功率化料，避免K536合金飞溅。待双级轴流涡流器型壳在1200℃下型壳保温60min的时间达到后，将K536合金熔化至1530℃，然后在3S内快速浇注至双级轴流涡流器型壳。

8)浇注后的一体结构快速抽拉至三室真空炉的底部，保证在3分钟内完成。

9)破除三室真空炉的真空，从一体结构中取出浇注后的双级轴流涡流器型壳即铸型，放置在大气室温环境下空冷，保证其较高的冷却速率，得到双级轴流涡流器精铸件。

10)、后续进行双级轴流涡流器精铸件的脱壳、切割、打磨和吹砂工序并进行外观检测、荧光检测、射线检测，以检测铸件质量。

经上述检测，双级轴流涡流器精铸件无欠铸和裂纹，疏松符合ASTM E192标准中1/8'′底片4要求。

Claims (10)

1.一种涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的解决方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在真空条件下，将轴流涡流器型壳在1200-1250℃下进行保温处理；

将高温合金在1530-1550℃下进行熔化，得到融化后液态的高温合金；

步骤2，将融化后液态的高温合金浇注到保温后的轴流涡流器型壳中，之后将所得的轴流涡流器型壳在室温环境下空冷，得到轴流涡流器精铸件。

2.根据权利要求1所述的减少涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的铸造方法，其特征在于，步骤1中轴流涡流器型壳的保温和高温合金的熔化均在三室真空炉中同步进行。

3.根据权利要求2所述的减少涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的铸造方法，其特征在于，轴流涡流器型壳在所述温度下保温30-60min。

4.根据权利要求2所述的减少涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的铸造方法，其特征在于，步骤1在三室真空炉的底盘上放置型壳隔热盖，之后将轴流涡流器型壳在型壳隔热盖上进行固定，在对轴流涡流器型壳进行保温时，将三室真空炉的底盘上升至三室真空炉的双驱中进行。

5.根据权利要求4所述的减少涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的铸造方法，其特征在于，步骤2将融化后液态的高温合金浇注到保温后的轴流涡流器型壳中后，先在3-5min将三室真空炉的底盘抽拉至三室真空炉的底部，再将所得的轴流涡流器型壳空冷。

6.根据权利要求1所述的减少涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的铸造方法，其特征在于，步骤1采用10-20kW的功率熔化高温合金。

7.根据权利要求1所述的减少涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的铸造方法，其特征在于，步骤1中所述真空的真空度小于或等于1.33Pa。

8.根据权利要求1所述的减少涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的铸造方法，其特征在于，步骤1所述的轴流涡流器型壳按如下过程得到：

先将轴流涡流器精铸件蜡模组装在蜡模模组树上，然后采用全硅溶胶制壳，之后进行脱蜡，得到轴流涡流器模组型壳，紧接着将轴流涡流器模组型壳进行预焙烧和清洗，得到轴流涡流器型壳。

9.根据权利要求8所述的减少涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的铸造方法，其特征在于，所述的轴流涡流器模组型壳在735-765℃下预焙烧1-1.5h。

10.根据权利要求1所述的减少涡流器精铸件欠铸、疏松和裂纹的铸造方法，其特征在于，步骤2在3s内将融化后液态的高温合金浇注到保温后的轴流涡流器型壳中。

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