一种制备Ni3Al合金复杂大型薄壁铸件的方法技术

一种制备Ni3Al合金复杂大型薄壁铸件的方法，属于铸造技术领域，按以下步骤进行：（1）制备蜡模；（2）涂覆料浆后挂砂，再干燥制成型壳面层，在面层上依次制成第二层到第九层的型壳层；涂覆料浆后干燥制成型壳；（4）去除蜡模，在真空条件下预热；（5）向型壳内浇注满Ni3Al合金液，控制浇注时间为5~7s；（6）随炉冷却至650±10℃，置于保温容器中自然降温，去除表面的型壳后切除浇注体的浇道部分。本发明专利技术的方法制备的铸件冶金缺陷明显减少，并成功解决了筋条裂纹的问题，质量有大幅提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于铸造
，特别涉及一种制备M3Al合金复杂大型薄壁铸件的方法。
技术介绍
Ni3Al合金具有比重轻、在高温强度高、抗氧化性强以及高温条件下组织稳定等一系列优点，能够较好的满足矢量喷管调节片高温承力和抗烧蚀的特殊要求，用途日益广泛； 但由于该合金在浇注过程中糊状区大、疏松倾向严重等特性，应用于矢量喷口的复杂大型薄壁铸件的生产时，存在薄壁铸件成型困难、易产生裂纹、欠铸、疏松等缺陷，铸造工艺难度大；通过对该合金在浇注时采用现有的各种工艺进行浇注，底板上的裂纹和疏松问题很难解决。复杂大型薄壁铸件上的纵向筋条附近是裂纹出现较多的地方，底板上纵向筋条和横向筋条之间的部分，以及凸台之间容易出现点状和聚集状疏松，且具有一定深度，采用抛光打磨的方法难以彻底清除，且该材料目前还无法补焊。目前采用熔模精密铸造制备型壳， 通常是用刚玉砂粉料和硅溶胶制备成浆料涂覆在蜡模表面，该方法在制备M3Al合金复杂大型薄壁铸件时出现上述问题的情况较多，合格率很低，给生产造成很大浪费。
技术实现思路
针对现有M3Al合金复杂大型薄壁铸件在制备上存在的合格率低的问题，本专利技术提供一种制备M3Al合金复杂大型薄壁铸件的方法，采用熔模精密铸造法，制备型壳时通过调整粘结剂的配比和涂覆方式，浇注时设计相应的浇注方案，提高浇注M3Al合金复杂大型薄壁铸件的产品合格率。本专利技术的方法按以下步骤进行1、先制备复杂大型薄壁铸件的带有浇注系统部分和零件部分的蜡模；2、将粘结剂与粉料混合制成料浆，涂覆在蜡模表面，然后挂砂，再经干燥制成型壳面层，在面层上依次经涂覆料浆、挂砂和干燥制成第二层到第九层的型壳层；其中面层采用的粘结剂为硅溶胶，采用的粉料为铝酸钴粉和刚玉粉的混合物，要求料浆的粘度为3(Γ3^，挂砂材料为80 Γ 00#刚玉砂，干燥时间为3、h ；第二层采用的粘结剂为硅酸乙酯水解液，采用的粉料为刚玉粉或铝矾土粉，要求料浆的密度为1. 85 2. 4g/cm3，挂砂材料为80 Γ 00# 刚玉砂，干燥时间为0. 5^1h ；第三层采用的粘结剂为硅溶胶，采用的粉料为刚玉粉或铝矾土粉，要求料浆的粘度为15 20s，挂砂材料为46 Γ60#刚玉砂，干燥时间为至少池；第四层采用的粘结剂为硅酸乙酯水解液，采用的粉料为刚玉粉或铝矾土粉，要求料浆的密度为 1. 85 2. 4g/cm3，挂砂材料为46旷60#刚玉砂，干燥时间为0. 5 Ih ；第五层采用的粘结剂为硅溶胶，采用的粉料为刚玉粉或铝矾土粉，要求料浆的粘度为15 20s，挂砂材料为46 Γ60# 刚玉砂，干燥时间至少池；第六层、第七层、第八层和第九层采用的粘结剂为硅溶胶，采用的粉料为刚玉粉或铝矾土粉，要求料浆的粘度为15 20s，挂砂材料为16 Γ24#煤矸石砂，各层干燥时间至少池；3、采用硅酸乙酯水解液作为粘结剂与粉料配制成密度为2.(Γ2. 4g/cm3的料浆，或者采用硅溶胶与粉料配制成粘度为15 20s的料浆；将料浆涂覆在第九层型壳层表面，再经至少 24h干燥，在蜡模外制成带有浇注系统部分和零件部分的型壳；所述的粉料为刚玉粉或铝矾土粉；4、将型壳内的蜡模熔化去除，然后将型壳置于真空炉中，在真空度<6.67Pa条件下加热至1000士 10°C，保温至少Ih ；5、将在1560士10°C精炼完成的Ni3Al合金液在温度1460士 10°C真空度彡6. 67Pa条件下向型壳内浇注满，控制浇注时间为5 7s ；6、浇注完成后随炉冷却至650士10°C，在型壳内形成带有浇注系统部分和零件部分的铸件组，将型壳和铸件组置于保温容器中，自然降温，控制浇注体的温度降至常温的时间为 12^24h,再将型壳和铸件组取出，去除表面的型壳，然后切除浇注体的浇道部分，制成Ni3Al 合金复杂大型薄壁铸件；所述的Ni3Al合金复杂大型薄壁铸件的底板长度40(T510mm，宽度10(Tl20mm，厚度 0. 8^1. 5mm，底板设有与底板垂直的网格状分布的至少3个纵向筋条和至少13个横向筋条。上述的M3Al合金复杂大型薄壁铸件的纵向筋条长度为底板长度的8(Γ100%，横向筋条为底板宽度的6(Γ100%，横向筋条和纵向筋条高度在13 30mm，横向筋条和纵向筋条厚度与底板相同，所述的M3Al合金复杂大型薄壁铸件的底板上还设有至少8个凸台，凸台的高度为15 30_，长度为14 20_，厚度为6 10_。上述方法中，当第五层型壳层制成后，将其置于硅酸乙酯强化剂中浸泡15 30s，然后再进行第六层型壳层的制作。上述的铝酸钴粉和刚玉粉的混合物中刚玉粉的重量百分比为75%，铝酸钴粉的重量百分比为25%。上述的铝酸钴粉、刚玉粉和铝矾土粉分别为320#铝酸钴粉、320#刚玉粉和320#铝矾土粉。上述方法中的硅酸乙酯水解液的制备方法为将乙醇和水搅拌均勻，然后加入盐酸和醋酸再搅拌均勻，然后在搅拌条件下加入硅酸乙酯，并控制全部溶液的温度< 50°c ；硅酸乙酯加入完成后持续搅拌至少30min，再密封保存至少Mh，获得硅酸乙酯水解液，粘度为3X10_6飞X10_6m2/s ；其中乙醇、水、盐酸、醋酸与硅酸乙酯的用量比分别为乙醇658ml/ kg硅酸乙酯、水146ml/kg硅酸乙酯、盐酸11. 6ml/kg硅酸乙酯、醋酸圹5m/kg硅酸乙酯。上述方法中的硅酸乙酯强化剂的制备方法为将水与盐酸混合均勻制成酸化水； 将全部乙醇总体积的15%与总体积1/3的硅酸乙酯混合搅拌均勻，然后加入1/3体积的酸化水，搅拌均勻后获得一次溶液，加入过程中控制溶液的温度< 50°C ；将总体积1/3的硅酸乙酯加入到一次溶液中搅拌均勻，再加入1/3体积的酸化水搅拌均勻获得二次溶液，加入过程中控制溶液的温度< 50°C ；将总体积1/3的硅酸乙酯加入到二次溶液中搅拌均勻，再加入1/3体积的酸化水搅拌均勻获得三次溶液，加入过程中控制溶液的温度< 50°C ；将三次溶液搅拌3(T60min，然后将剩余的85%乙醇加入到三次溶液中，再搅拌3(T60min，然后密封保存至少48h，获得硅酸乙酯强化剂，粘度为3X10_6 4.5X10_6m2/s ；其中乙醇、水、盐酸与硅酸乙酯的用量比分别为乙醇14(Tl50ml/1000ml硅酸乙酯、水6(T70ml/1000ml硅酸乙4酯、盐酸13 16ml/1000ml硅酸乙酯。本专利技术的方法在制备型壳时采用铝酸钴粉和刚玉粉作为粉料制备面层，然后再采用硅酸乙酯和硅溶胶交替作为粘结剂制备型壳的前五层，在浇注过程中缩短浇注时间，在浇注后使铸件随炉冷却，制备的铸件冶金缺陷明显减少，并成功解决了筋条裂纹的问题，成型率100%，疏松缺陷控制在25%以下，与该技术使用前的95%的裂纹废品率相比，质量有大幅提高；本专利技术的方法能够极大提高同类型铸件的合格率，对于其他类型的产品消除冶金缺陷也有重要的指导作用。具体实施例方式本专利技术实施例中采用的硅溶胶为GRJ46硅溶胶，为沈阳市新光脱模剂厂产品。本专利技术实施例中采用的硅酸乙酯为市购产品。本专利技术实施例中制备硅酸乙酯水解液的方法为将乙醇和水搅拌均勻，然后加入盐酸和醋酸再搅拌均勻，然后在搅拌条件下加入硅酸乙酯，并控制全部溶液的温度< 50°C ； 硅酸乙酯加入完成后持续搅拌至少30mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种制备Ｎｉ３Ａｌ合金复杂大型薄壁铸件的方法，其特征在于按以下步骤进行：（１）先制备复杂大型薄壁铸件的带有浇注系统部分和零件部分的蜡模；（２）将粘结剂与粉料混合制成料浆，涂覆在蜡模表面，然后挂砂，再经干燥制成型壳面层，在面层上依次经涂覆料浆、挂砂和干燥制成第二层到第九层的型壳层；其中面层采用的粘结剂为硅溶胶，采用的粉料为铝酸钴粉和刚玉粉的混合物，要求料浆的粘度为３０～３５ｓ，挂砂材料为８０＃～１００＃刚玉砂，干燥时间为３～５ｈ；第二层采用的粘结剂为硅酸乙酯水解液，采用的粉料为刚玉粉或铝矾土粉，要求料浆的密度为１．８５～２．４ｇ／ｃｍ３，挂砂材料为８０＃～１００＃刚玉砂，干燥时间为０．５～１ｈ；第三层采用的粘结剂为硅溶胶，采用的粉料为刚玉粉或铝矾土粉，要求料浆的粘度为１５～２０ｓ，挂砂材料为４６＃～６０＃刚玉砂，干燥时间为至少２ｈ；第四层采用的粘结剂为硅酸乙酯水解液，采用的粉料为刚玉粉或铝矾土粉，要求料浆的密度为１．８５～２．４ｇ／ｃｍ３，挂砂材料为４６＃～６０＃刚玉砂，干燥时间为０．５～１ｈ；第五层采用的粘结剂为硅溶胶，采用的粉料为刚玉粉或铝矾土粉，要求料浆的粘度为１５～２０ｓ，挂砂材料为４６＃～６０＃刚玉砂，干燥时间至少２ｈ；第六层、第七层、第八层和第九层采用的粘结剂为硅溶胶，采用的粉料为刚玉粉或铝矾土粉，要求料浆的粘度为１５～２０ｓ，挂砂材料为１６＃～２４＃煤矸石砂，各层干燥时间至少３ｈ；（３）采用硅酸乙酯水解液作为粘结剂与粉料配制成密度为２．０～２．４ｇ／ｃｍ３的料浆，或者采用硅溶胶与粉料配制成粘度为１５～２０ｓ的料浆；将料浆涂覆在第九层型壳层表面，再经至少２４ｈ干燥，在蜡模外制成带有浇注系统部分和零件部分的型壳；所述的粉料为刚玉粉或铝矾土粉；（４）将型壳内的蜡模熔化去除，然后将型壳置于真空炉中，在真空度≤６．６７Ｐａ条件下加热至１０００±１０℃，保温至少１ｈ；（５）将在１５６０±１０℃精炼完成的Ｎｉ３Ａｌ合金液在温度１４６０±１０℃真空度≤６．６７Ｐａ条件下向型壳内浇注满，控制浇注时间为５～７ｓ；（６）浇注完成后随炉冷却至６５０±１０℃，在型壳内形成带有浇注系统部分和零件部分的铸件组，将型壳和铸件组置于保温容器中，自然降温，控制浇注体的温度降至常温的时间为１２～２４ｈ，再将型壳和铸件组取出，去除表面的型壳，然后切除浇注体的浇道部分，制成Ｎｉ３Ａｌ合金复杂大型薄壁铸件；所述的Ｎｉ３Ａｌ合金复杂大型薄壁铸件的底板长度４００～５１０ｍｍ，宽度１００～１２０ｍｍ，厚度０．８～１．５ｍｍ，底板设有与底板垂直的网格状分布的至少３个纵向筋条和至少１３个横向筋条。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高成薇，韩宏，王铁军，倪伟，贾石，
申请(专利权)人：沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：89