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CN104801667A - 一种防止高温合金模具铸造裂纹产生的方法 - Google Patents

一种防止高温合金模具铸造裂纹产生的方法 Download PDF

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CN104801667A CN201310754362.5A CN201310754362A CN104801667A CN 104801667 A CN104801667 A CN 104801667A CN 201310754362 A CN201310754362 A CN 201310754362A CN 104801667 A CN104801667 A CN 104801667A
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景绿路
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Shenyang Aircraft Design and Research Institute Aviation Industry of China AVIC
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明属于高温合金的铸造领域，涉及一种防止高温合金模具铸造裂纹产生的方法的改进。其特征在于，第一，制作砂型：在砂箱的底部铺好型砂后放入木模，在木模的周围覆盖干型粘土砂作为面砂，厚度为30-80mm；型芯面砂采用干型粘土砂、心部采用中空或填入树脂砂，厚度为60-100mm；第二，烘干砂型：在砂型表面刷2～3遍铸造型面涂料以固化砂型，20～50℃进炉，以10～30℃/h的速度随炉升温，升至320-450℃，保温20～40h，随炉冷却；第三，浇铸：在真空感应炉内进行浇铸，真空度10～100Pa，浇铸温度在1460～1510℃，浇铸完毕后，在真空室内冷却不少于1.5h。本发明优点：在不增加发气量的情况下，通过改善铸型和型芯的退让性有效地解决了大型高温合金模具的铸造裂纹问题。

Description

一种防止高温合金模具铸造裂纹产生的方法
技术领域
本发明属于高温合金的铸造领域，特别涉及一种防止高温合金模具铸造裂纹产生的方法的改进。
背景技术
等温锻造及热模锻造常被用作锻造难变形金属，锻造象变形高温合金、钛合金这样的难变形合金模具常加热到850～1000℃，模具钢无法满足这样的使用条件；作为模具材料的钼基合金，如TZM、TZC，在1220℃下仍有很高的强度，但易于氧化挥发，须在真空或惰性气体环境下使用，这大大增加了锻造的复杂性和成本。发展在大气环境下使用的能耐受高温的模具材料可大幅度降低锻造成本。
K403(相当于俄罗斯的)和In100(相当于我国的K417)属用途较广的铸造镍基高温合金，是制作燃气涡轮叶片和其它高温零件的重要原料，由于在大气环境下具有良好的高温强度和抗氧化性能，在美、俄、中、日等国常被用作等温锻造模具材料。K403和IN100的熔化/凝固温度范围在1260～1340℃之间，因它们的合金元素种类多、含量高，为改善铸造时的流动性，一般浇铸温度设为1460～1520℃，由于浇铸温度和凝固温度存在约200的温差，所以液态收缩和凝固收缩较为严重，如补缩不当，很容易造成缩孔、疏松等铸造缺陷。熔模铸造比较利于金属液的充型，而且熔模铸件尺寸精度高、表面粗糙度低，所以适合铸造高温合金这样难机加工的材料，但由于熔模和型壳强度的限制，不适于铸造重达几百公斤甚至数吨的高温合金模具。
与熔模铸造比较，砂型铸造具有工序少、生产周期短、可以铸造大型高温合金模块等优点。砂型铸造所用型砂分为树脂砂、水玻璃砂、粘土砂等；树脂砂制成的砂型成型性好、尺寸准确、溃散性好、能源消耗少，但高温合金模具一般在真空感应炉的真空室内进行铸造，树脂砂过多的发气量将对真空室构成伤害。水玻璃砂具有流动性好、透气性好和强度高等优点，但拔模斜度大增加了机加工量，铸件易黏砂，砂型吸湿易使铸件产生气孔缺陷，要求不高的高温合金铸件也采纳这种型砂。粘土砂分湿型砂和干型砂，湿型砂砂型未经烘干，含水量较高，所以铸件容易产生气孔、夹砂、粘砂、砂眼、涨砂等缺陷；干型砂砂型需要烘干，砂型强度高、透气性好，不容易产生冲砂、粘砂、气孔等缺陷，适于浇铸大中型高温合金铸件。
大中型高温合金模具铸造时常常出现铸造裂纹，铸造裂纹与铸造应力有关。铸造应力分为热应力和收缩应力，热应力是在冷却和凝固过程中，铸件各部位收缩不均衡而引起的应力，如果铸件壁厚差别大、材料线收缩率大、材料塑性差，在热应力作用下很容易变形和开裂；收缩应力是在铸件凝固后继续冷却的过程中，固态收缩时收到型芯、铸型、浇冒口等的阻碍而产生的应力，因收缩应力主要表现为拉应力，到达一定程度，铸件也会产生变形和开裂。铸造高温合金的线收缩率比铸钢略大，是铸铁的两倍多，而且其塑性很差，K403、IN100的延伸率分别不到普通铸钢的1/4及1/2(见图1)，所以，与铸钢相比，铸造高温合金更容易出现铸造裂纹。采用砂型铸造大型高温合金模具，并未见诸于国内外文献，在国内，随着锻件越做越大，相应地模具也越来越大，铸造裂纹出现得越来越频繁，给生产带来了巨大损失，所以，解决好铸造高温合金模具的铸造裂纹问题势在必需。
发明内容
本发明的目的是：针对上述背景技术中存在的问题，提出一种防止高温合金模具铸造裂纹产生的方法。
本发明的技术方案是：一种防止高温合金模具铸造裂纹产生的方法，其特征在于步骤如下：
第一，制作砂型：在砂箱的底部铺好型砂后放入木模，在木模的周围覆盖干型粘土砂作为面砂，厚度为30-80mm；型芯面砂采用干型粘土砂、心部采用中空或填入树脂砂，厚度为60-100mm；
第二，烘干砂型：在砂型表面刷2～3遍铸造型面涂料以固化砂型，20～50℃进炉，以10～30℃/h的速度随炉升温，升至320-450℃，保温20～40h，随炉冷却；
第三，浇铸：在真空感应炉内进行浇铸，真空度10～100Pa，浇铸温度在1460～1510℃，浇铸完毕后，在真空室内冷却不少于1.5h。
本发明的优点是：是在不增加发气量的情况下，通过改善铸型和型芯的退让性有效地解决了大型高温合金模具的铸造裂纹问题。
附图说明
图1是本发明的铸型示意图
1-砂箱；2-背砂；3-面砂；4-型腔
图2是本发明的型芯示意图
其中，左图型芯心部中空，右图型芯心部填以退让性好的背砂
1-面砂；2-背砂；3-中空：
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
一种防止高温合金模具铸造裂纹产生的方法，其特征在于步骤如下：
第一，制作砂型：在砂箱的底部铺好型砂后放入木模，在木模的周围覆盖干型粘土砂作为面砂，厚度为H1；型芯面砂采用干型粘土砂、心部采用中空或填入树脂砂，厚度为H2；
第二，烘干砂型：在砂型表面刷2～3遍铸造型面涂料以固化砂型，温度T1进炉，随炉升温，速度为a，升至温度T2，保温时间为t1，随炉冷却至室温；
第三，浇铸：在真空感应炉内进行浇铸，真空度为V，浇铸温度T3，浇铸完毕后，在真空室内冷却时间为t2。
实施实例见表1。
表1具体实例
实例 H1，mm H2，mm T1，℃ T2，℃ T3，℃ a，℃/h t1，h t2，h V，Pa
实例1 50 70 20 350 1500 20 25 2 100
实例2 80 100 50 450 1460 30 40 2.5 70
实例3 30 60 25 320 1510 10 20 1.5 10

Claims (1)

1.一种防止高温合金模具铸造裂纹产生的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一，制作砂型：在砂箱的底部铺好型砂后放入木模，在木模的周围覆盖干型粘土砂作为面砂，厚度为30-80mm；型芯面砂采用干型粘土砂、心部采用中空或填入树脂砂，厚度为60-100mm；
第二，烘干砂型：在砂型表面刷2～3遍铸造型面涂料以固化砂型，20～50℃进炉，以10～30℃/h的速度随炉升温，升至320-450℃，保温20～40h，随炉冷却；
第三，浇铸：在真空感应炉内进行浇铸，真空度10～100Pa，浇铸温度在1460～1510℃，浇铸完毕后，在真空室内冷却不少于1.5h。
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