CN115519080A - 一种高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法。所述熔模精密铸造方法包括步骤：制作模壳；对所述模壳进行预焙烧；在所述模壳外包裹保温层；对包裹有保温层的模壳进行预热；以及采用包裹有保温层的模壳进行铸锭浇注；其中，所述模壳包括浇口杯部分和远离所述浇口杯部分的本体部分，所述保温层包裹所述浇口杯部分的外侧和所述本体部分，以在铸锭凝固过程中能够建立起沿着从所述模壳的所述浇口杯部分至远离所述浇口杯部分的所述本体部分的方向逐渐减小的温度梯度。本发明的熔模精密铸造方法能够使铸锭材料的缩孔集中到浇口杯位置，提高铸锭材料收得率。
Description
技术领域
本发明属于精密铸造技术领域，特别涉及一种高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法。
背景技术
对于部分非标准牌号或新研制的高温合金材料，可以使用熔模精密铸造的方法制作母合金铸锭。合金在凝固过程中，由于体积收缩，在铸锭材料的最后凝结部位会形成缩孔。缩孔区域容易产生应力集中，发生溶质偏析，对合金的性能产生不利影响，因此需要将带有缩孔的铸锭部分切除。
缩孔位置会影响铸锭的材料收得率，缩孔位置越靠上，材料的收得率越高。但是，由于合金浇注后铸锭模壳各部位的散热条件基本一致，且顶端金属液可直接通过辐射向外散热，散热条件更好，如果不加入干预，缩孔会在铸锭材料中间靠上的部分形成，减少铸锭材料收得率。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法，其能够使铸锭缩孔集中到浇口杯位置，提高铸锭材料收得率。
根据本发明的实施例，提供一种高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法，包括步骤：制作模壳；对所述模壳进行预焙烧；在所述模壳外包裹保温层；对包裹有保温层的模壳进行预热；以及采用包裹有保温层的模壳进行铸锭浇注；其中，所述模壳包括浇口杯部分和远离所述浇口杯部分的本体部分，所述保温层包裹所述浇口杯部分的外侧和所述本体部分，以在铸锭凝固过程中能够建立起沿着从所述模壳的所述浇口杯部分至远离所述浇口杯部分的所述本体部分的方向逐渐减小的温度梯度。
可选地，所述保温层的厚度沿着从所述模壳的所述浇口杯部分至远离所述浇口杯部分的所述本体部分的方向逐渐减小。
可选地，沿着从所述模壳的所述浇口杯部分至远离所述浇口杯部分的所述本体部分的方向，所述保温层通过层数变化实现厚度逐渐减小。
可选地，所述模壳的所述本体部分至少分为两段，沿着从所述模壳的所述浇口杯部分至所述远离浇口杯部分的所述本体部分的方向，所述浇口杯部分和不同段的所述本体部分包裹的保温层的层数逐渐减小。
可选地，每层保温层的厚度为9mm～15mm。
可选地，所述保温层由耐高温陶瓷棉或耐高温陶瓷纤维制成。
可选地，所述制作模壳的步骤包括压制蜡模，其中压力为0.5MPa～2MPa，蜡料保温温度为55℃～70℃。
可选地，在对所述模壳进行预焙烧的步骤中，预焙烧温度为650℃～1150℃，时间为1～2小时。
可选地，在对包裹有保温层的模壳进行预热的步骤中，预热温度为900℃～1150℃，时间为2～4小时。
可选地，在进行铸锭浇注的步骤中，浇注温度为1500℃～1600℃。
可选地，在铸锭浇注完成后，所述熔模精密铸造方法还包括在所述浇口杯部分的顶部覆盖顶部保温层。
可选地，在所述浇口杯部分的顶部覆盖的顶部保温层的厚度大于包裹所述浇口杯部分的外侧的保温层的厚度。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
根据本发明的实施例，所述模壳外包裹的保温层保证在所述铸锭凝固过程中能够建立起从所述浇口杯部分至远离所述浇口杯部分的所述本体部分的方向逐渐减小的温度梯度，使得铸锭材料下部的散热条件更好，从而使铸锭材料实现从下至上的顺序凝固，最后凝固位置靠上，形成的宏观缩孔靠上，从而提高铸锭材料收得率。
进一步，所述保温层的厚度沿着从所述模壳的所述浇口杯部分至远离所述浇口杯部分的所述本体部分的方向逐渐减小。进一步，沿着从所述模壳的所述浇口杯部分至远离所述浇口杯部分的所述本体部分的方向，所述保温层通过层数变化实现厚度逐渐减小。通过按照从上至下依次递减层数来包裹保温层，越能使铸锭材料形成定向凝固的温度场条件，从而提高铸锭材料收得率。
附图说明
本发明的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的可选实施方式更好地理解，附图中相同的标记表示相同或相似的部件，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法的流程图；
图2示出了根据本发明的实施例的制作模壳的流程图；以及
图3示出了根据本发明的实施例的熔模精密铸造高温合金铸锭材料的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。在附图中，相同或相似的标号表示相同或相似的元件或具有相同或相似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
如背景技术中所述，缩孔位置会影响铸锭的材料收得率，缩孔位置越靠上，材料的收得率越高。但是，由于合金浇注后铸锭模壳各部位的散热条件基本一致，且顶端金属液可直接通过辐射向外散热，散热条件更好，如果不加入干预，缩孔会在铸锭材料中间靠上的部分形成，减少铸锭材料收得率。
为此，本发明的实施例提供了一种高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法，包括步骤：制作模壳；对所述模壳进行预焙烧；在所述模壳外包裹保温层；对包裹有保温层的模壳进行预热；以及采用包裹有保温层的模壳进行铸锭浇注；其中，所述模壳包括浇口杯部分和远离所述浇口杯部分的本体部分，所述保温层包裹所述浇口杯部分的外侧和所述本体部分，以在铸锭凝固过程中能够建立起沿着从所述模壳的所述浇口杯部分至远离所述浇口杯部分的所述本体部分的方向逐渐减小的温度梯度。
通过本发明的实施例的方法，使得铸锭材料下部的散热条件更好，从而使铸锭材料实现从下至上的顺序凝固，最后凝固位置靠上，形成的宏观缩孔靠上，从而提高铸锭材料收得率。
根据发明的实施例，所述熔模精密铸造方法适用于高温合金铸锭材料，所述高温合金铸锭材料可以是镍基高温合金材料。例如，所述高温合金铸锭材料的直径为60～120mm，长度为200～800mm。
如图1中所示，所述熔模精密铸造方法包括步骤：
S10、制作模壳；
S21、对所述模壳进行预焙烧；
S23、在所述模壳外包裹保温层；
S25、对包裹有保温层的模壳进行预热；
S27、采用包裹有保温层的模壳进行铸锭浇注。
在一些实施例中，还包括步骤：
S29、在所述模壳的浇口杯部分的顶部覆盖顶部保温层。
如图2中所示，所述制作模壳的步骤S10包括：
S11、压制蜡模；
S13、多次沾浆和挂砂形成模壳；
S15、脱蜡。
压制蜡模时，可以采用铸锭蜡模模具和压蜡机，其中压力为0.5～2MPa压力，蜡料选用浇道蜡，粘度小，脱蜡易脱除，蜡料保温温度为55～70℃，压蜡时间、保压时间、冷却时间需要根据铸锭蜡模的大小进行调整，本发明的实施例对此不作限制。
制作模壳时，可以采用本领域技术人员已知的工艺方法。例如，通过多次沾浆和挂砂制成厚度约8～20mm的模壳。
其中，对所述模壳进行预焙烧的步骤中，模壳预焙烧一般在箱式加热炉内进行，预焙烧温度为650℃～1150℃，时间为1～2小时，然后冷却到室温。模壳预焙烧的主要目的是去除模壳内的胶。
接着，在所述模壳外包裹保温层。然后，对包裹有保温层的模壳进行预热，预热温度为900℃～1150℃，保温时间为2～4小时。随后，采用包裹有保温层的模壳进行铸锭浇注。
其中，所述模壳包括浇口杯部分和远离所述浇口杯部分的本体部分，所述模壳外包裹的保温层保证所述铸锭凝固过程中能够建立起从所述浇口杯部分至远离所述浇口杯部分的所述本体部分的方向逐渐减小的温度梯度。
在一些实施例中，所述保温层的厚度沿着从所述模壳的所述浇口杯部分至所述本体部分的方向逐渐减小。
在一些实施例中，沿着所述模壳的所述浇口杯部分至所述本体部分的方向，所述保温层通过层数变化实现厚度逐渐减小。
在一些实施例中，所述模壳的所述本体部分至少分为两段，沿着从所述模壳的所述浇口杯部分至所述本体部分的方向，所述浇口杯部分和不同段的所述本体部分包裹的保温层的层数逐渐减小。
在一些实施例中，每层保温层的厚度为9mm～15mm。
在一些实施例中，所述保温层由耐高温陶瓷棉或耐高温陶瓷纤维制成。在其他的实施例中，其他可在高温环境下使用的柔性隔热材料也可达到相同的目的。
在一些实施例中，所述本体部分至少包括位于所述浇口杯部分下方的第一本体部分和位于所述第一本体部分下方的第二本体部分，所述浇口杯部分包裹的保温层的层数大于所述第一本体部分包裹的保温层的层数，所述第一本体部分包裹的保温层的层数大于所述第二本体部分包裹的保温层的层数，所述第一本体部分和所述第二本体部分可具有相同的长度。每层保温层的厚度相同，例如每层保温层的厚度为9mm～15mm。通过这样布置，使得所述模壳外包裹的保温层的厚度沿着从上到下(从所述浇口杯部分到所述本体部分)的方向逐渐减小。
在一些实施例中，所述本体部分还包括位于所述第二本体部分下方的第三本体部分，所述第二本体部分包裹的保温层的层数大于所述第三本体部分包裹的保温层的层数。在其他的实施例中，所述本体部分还可以包括第四本体部分、第五本体部分等等，第三本体部分、第四本体部分、第五本体部分包裹的保温层的层数逐渐减小。这些本体部分可具有相同的长度。
结合图3中所示，用于浇注高温合金铸锭的陶瓷模壳100自上至下可分为浇口杯部分10和本体部分20，本体部分20自上至下可分为第一本体部分或铸锭上部21、第二本体部分或铸锭中部22和第三本体部分或铸锭下部23，铸锭上部21、铸锭中部22、铸锭下部23可具有相同的长度。按照图示方式采用9～15mm的耐高温陶瓷棉对陶瓷模壳100进行包裹，其中，浇口杯部分10、铸锭上部21、铸锭中部22和铸锭下部23分别包裹4层、3层、2层和1层耐高温陶瓷棉200。
在其他的实施例中，可以将模壳100的本体部分20分成2部分、4部分等等，这和模壳100的本体部分的直径和长度有关，理论上将本体部分划分的数目越多，然后按照从上至下依次递减层数来包裹耐高温陶瓷棉200，越能使本体部分形成定向凝固的温度场条件。
在图3所示的实施例中，本体部分20换分为3段，这是遵守简便易行，简单有效的原则。如果划分的数目过少，不能起到效果；如果划分的数目过多，会给实际生产带来不便。在实际应用中，对于直径在80mm以下、长度在300mm以下的铸锭材料，可以将本体部分划分为2部分；对于直径在100mm以上、长度在500mm以上，可以将本体部分划分为4部分；对于直径大于80mm且小于100mm、长度大于300mm且小于500mm的铸锭材料，可以将本体部分划分为3部分。在实际应用中，本体部分的长度对应于铸锭材料的长度。
在铸锭浇注的步骤中，将模壳装入三室真空炉模壳室进行浇注，完成浇注后尽快打开模壳室，并快速使用5层9～15mm的耐高温陶瓷棉覆盖到浇口杯顶部。其中，浇注温度为1500℃～1600℃，浇注温度因铸锭材料的合金成分而异。
考虑到浇注过程是将金属在高温下融化，然后将金属液浇到模壳当中，而后凝固形成铸锭。浇口杯部分相当于一个漏斗，起到引导金属液流进模壳的作用，所以浇注过程中浇口杯部分上方必须是敞开的，金属液才能进入模壳。浇注后浇口杯部分上方敞开会发生辐射散热，会破坏自上向下温度减小的温度场，所以需要在上方覆盖保温层。另外，由于浇口杯部分上方不具有模壳，在所述浇口杯部分的顶部覆盖的保温层的厚度大于包裹所述浇口杯部分的外侧的保温层的厚度，所以在图示的实施例中，使用5层9～15mm的耐高温陶瓷棉覆盖到浇口杯顶部。
耐热陶瓷棉能起到隔热的作用，从上到下使用不同层数的耐热陶瓷棉可以使铸锭下部的散热条件更好，从而使铸锭部分按照从下至上的顺序凝固，最后凝固位置靠上，形成的宏观缩孔靠上，从而提高铸锭材料收得率。
以上所述，仅为为了说明本发明的原理而采用的示例性实施例，并非用于限定本发明的保护范围。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也在本发明的保护范围内。
Claims (12)
1.一种高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法，其特征在于，包括步骤：
制作模壳；
对所述模壳进行预焙烧；
在所述模壳外包裹保温层；
对包裹有保温层的模壳进行预热；以及
采用包裹有保温层的模壳进行铸锭浇注；
其中，所述模壳包括浇口杯部分和远离所述浇口杯部分的本体部分，所述保温层包裹所述浇口杯部分的外侧和所述本体部分，以在铸锭凝固过程中能够建立起沿着从所述模壳的所述浇口杯部分至远离所述浇口杯部分的所述本体部分的方向逐渐减小的温度梯度。
2.根据权利要求1所述的高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法，其特征在于，所述保温层的厚度沿着从所述模壳的所述浇口杯部分至远离所述浇口杯部分的所述本体部分的方向逐渐减小。
3.根据权利要求2所述的高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法，其特征在于，沿着从所述模壳的所述浇口杯部分至远离所述浇口杯部分的所述本体部分的方向，所述保温层通过层数变化实现厚度逐渐减小。
4.根据权利要求3所述的高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法，其特征在于，所述模壳的所述本体部分至少分为两段，沿着从所述模壳的所述浇口杯部分至所述远离浇口杯部分的所述本体部分的方向，所述浇口杯部分和不同段的所述本体部分包裹的保温层的层数逐渐减小。
5.根据权利要求4所述的高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法，其特征在于，每层保温层的厚度为9mm～15mm。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法，其特征在于，所述保温层由耐高温陶瓷棉或耐高温陶瓷纤维制成。
7.根据权利要求1到5中任一项所述的高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法，其特征在于，所述制作模壳的步骤包括压制蜡模，其中压力为0.5MPa～2MPa，蜡料保温温度为55℃～70℃。
8.根据权利要求1到5中任一项所述的高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法，其特征在于，在对所述模壳进行预焙烧的步骤中，预焙烧温度为650℃～1150℃，时间为1～2小时。
9.根据权利要求1到5中任一项所述的高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法，其特征在于，在对包裹有保温层的模壳进行预热的步骤中，预热温度为900℃～1150℃，时间为2～4小时。
10.根据权利要求1到5中任一项所述的高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法，其特征在于，在进行铸锭浇注的步骤中，浇注温度为1500℃～1600℃。
11.根据权利要求1到5中任一项所述的高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法，其特征在于，在铸锭浇注完成后，所述熔模精密铸造方法还包括在所述浇口杯部分的顶部覆盖顶部保温层。
12.根据权利要求11所述的高温合金铸锭材料的熔模精密铸造方法，其特征在于，在所述浇口杯部分的顶部覆盖的顶部保温层的厚度大于包裹所述浇口杯部分的外侧的保温层的厚度。
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| CN118950939A (zh) * | 2024-08-05 | 2024-11-15 | 辽宁红银金属有限公司 | 一种高w镍基高温合金铸件的疏松控制方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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