一種熔模精鑄高溫合金鑄件的氣體保護方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鑄造領域，涉及一種熔模鑄造澆注過程中熔模精鑄高溫合金鑄件的氣體保護方法。
【背景技術】
[0002]隨著熔模鑄造技術的發展及其優越性的充分體現，人們對該工藝應用于高溫合金鑄件生產中的需求越來越迫切。因為高溫合金中含有鋁、鈦和碳等還原性物質，在澆注過程中又處于高溫活性狀態，使得型殼面層的氧化鋁和氧化硅容易被還原。
[0003]熔模鑄造生產表面光潔的高溫合金定向/單晶鑄件，其主要的工藝難點在于:高溫高真空條件下澆注時，高溫金屬液體與型殼的接觸時間長達30?60分鐘，在此過程中容易發生界面反應，導致鑄件的粘砂嚴重并伴隨著大量的皮下氣孔缺陷，嚴重降低鑄件的質量。
[0004]為解決這一難題，人們通常從以下方面入手:
[0005]1.提尚型殼面層的穩定性；
[0006]2.優化鑄件制備工藝。
[0007]為此采用的具體工藝方法有:
[0008]1.選用惰性更高的耐火材料制備型殼面層，提高型殼面層的穩定性；
[0009]2.優化型殼的焙燒工藝，降低型殼的雜質含量，提高型殼面層的穩定性；
[0010]3.降低鑄件澆注溫度，減少鑄件制備時間。
[0011]上述方法的應用都一定程度上減少了型殼對金屬鑄件的污染，提高了鑄件質量，但是目前為止真正解決該問題還需要更進一步的工作，主要原因在于在真空條件下合金液中含有的活性元素極其容易與氧化物面層材料發生化合、置換等反應，其產物可能包括:低熔點的玻璃相、氣體等。
【發明內容】
[0012]針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種可以使熔模鑄造過程中面層耐火材料與金屬液反應減少的熔模精鑄高溫合金鑄件的氣體保護方法，提高了鑄件的表面質量。
[0013]為了實現上述目的，本發明的技術方案是:
[0014]—種熔模精鑄高溫合金鑄件的氣體保護方法，在澆注過程中采用一氧化碳進行氣體保護。
[0015]所述的熔模精鑄高溫合金鑄件的氣體保護方法，在真空熔煉室和澆注室內一氧化碳氣體的壓力控制在12?8 X 10 4Pa之間。
[0016]所述的熔模精鑄高溫合金鑄件的氣體保護方法，優選的，在真空熔煉室和澆注室內一氧化碳氣體的壓力控制在5 X 12?5 X 10 4Pa之間。
[0017]所述的熔模精鑄高溫合金鑄件的氣體保護方法，在充入保護氣體前鑄型室的真空度為10 3?10 1Pa0
[0018]所述的熔模精鑄高溫合金鑄件的氣體保護方法，定向凝固高溫合金鑄件采用如下步驟:
[0019](I)加熱型殼，并對鑄型室和熔煉室抽真空
[0020]將型殼加熱到1500?1600°C，保持鑄型室和熔煉室的真空度10 3?10 1Pa ；
[0021](2)向鑄型室和熔煉室內充入氣體
[0022]將一氧化碳氣體注入鑄型室和熔煉室內，時間為6秒以上，氣體流量為30L/min ;
[0023](3)合金熔化和澆注
[0024]在熔煉室內將合金熔化，靜置后，將合金液注入型殼中；
[0025](4)拉制晶體
[0026]以2?10mm/min的速度向下移動鑄型室直到完成拉晶；
[0027](5)除氣和破真空
[0028]啟動真空栗，抽去鑄型室的一氧化碳氣體；打開閥門，向鑄型室注入空氣。
[0029]本發明的優點及有益效果是:
[0030]采用了在澆注和凝固過程中進行氣體保護的技術，其保護氣體選用一氧化碳，一氧化碳含量為在10 3?10 1Pa真空度下充入3L?400L的氣體。采用該方法后，模殼對金屬鑄件污染的問題得到了徹底解決。
【附圖說明】
[0031]圖1為采用非氣體保護或氣體保護的金相分析圖。其中，(a)圖為非氣體保護下的鑄件；(b)圖為本發明實施例1氣體保護下的鑄件。
[0032]圖2為本發明實施例1鑄件的表面圖。
【具體實施方式】
[0033]本發明采用了在熔模鑄造澆注過程中進行氣體保護的技術，其保護氣體選用一氧化碳，其設計思想和原理是:
[0034]通過預先在型殼內表面形成一氧化碳的氣氛，來抑制合金中的活性元素碳對型殼中的氧化硅和氧化鋁等耐火材料的真空碳熱還原反應。與氬氣、氮氣等其他保護氣體不同，本發明所選擇的一氧化碳恰恰是合金熔體與型殼反應的重要產物。因此，如果從外部充入一氧化碳的分壓足夠高，就可以抑制界面反應的進行。
[0035]下面結合具體實例說明定向凝固高溫合金鑄件保護澆注的【具體實施方式】，但定向凝固高溫合金鑄件保護澆注的【具體實施方式】不局限于下述的實施例。
[0036]實施例
[0037]本實施例中，定向凝固高溫合金鑄件保護澆注的方法采用下述依次的步驟:
[0038](I)加熱型殼，并對鑄型室和熔煉室抽真空
[0039]將型殼加熱到1530°C，保持鑄型室和熔煉室的真空度在10 1WT (本實施例為10 2Pa)；
[0040](2)向鑄型室和熔煉室內充入氣體
[0041 ] 將一氧化碳氣體注入鑄型室和恪煉室內，時間為6秒以上(本實施例為30秒)即可，氣體流量為30L/min ；
[0042](3)合金熔化和澆注
[0043]在熔煉室內將合金熔化，溫度為1530°C ;靜置兩分鐘后，將合金液注入型殼中；
[0044](4)拉制晶體
[0045]以5mm/min的速度向下移動鑄型室直到完成拉晶；
[0046](5)除氣和破真空
[0047]啟動真空栗，抽去鑄型室的一氧化碳氣體；打開閥門，向鑄型室注入空氣。
[0048]試驗結果表明，采用一氧化碳氣體保護方法澆注的鑄件，粘砂明顯減少(圖2)。如圖1(a)所示，金相分析表明，非氣體保護下的鑄件近表面存在約200微米厚的反應層，在反應層內氣孔數量超過鑄件技術條件的要求，導致鑄件的報廢；如圖1(b)所示，一氧化碳氣體保護下的鑄件近表面無明顯的反應層，皮下氣孔的數量顯著減少，符合鑄件技術條件的要求。
【主權項】
1.一種熔模精鑄高溫合金鑄件的氣體保護方法，其特征是，在澆注過程中采用一氧化碳進行氣體保護。2.根據權利要求1所述的熔模精鑄高溫合金鑄件的氣體保護方法，其特征是，在真空熔煉室和澆注室內一氧化碳氣體的壓力控制在12?8 X 10 4Pa之間。3.根據權利要求1所述的熔模精鑄高溫合金鑄件的氣體保護方法，其特征是，優選的，在真空熔煉室和澆注室內一氧化碳氣體的壓力控制在5 X 12?5 X 10 4Pa之間。4.根據權利要求1或2或3所述的熔模精鑄高溫合金鑄件的氣體保護方法，其特征是，在充入保護氣體前鑄型室的真空度為10 3?10 1Pa05.根據權利要求1所述的熔模精鑄高溫合金鑄件的氣體保護方法，其特征是，定向凝固高溫合金鑄件采用如下步驟: (1)加熱型殼，并對鑄型室和熔煉室抽真空 將型殼加熱到1500?1600°C，保持鑄型室和熔煉室的真空度10 3?10 1Pa ; (2)向鑄型室和熔煉室內充入氣體 將一氧化碳氣體注入鑄型室和熔煉室內，時間為6秒以上，氣體流量為30L/min ; (3)合金熔化和澆注 在熔煉室內將合金熔化，靜置后，將合金液注入型殼中； (4)拉制晶體 以2?10mm/min的速度向下移動鑄型室直到完成拉晶； (5)除氣和破真空 啟動真空栗，抽去鑄型室的一氧化碳氣體；打開閥門，向鑄型室注入空氣。
【專利摘要】本發明屬于鑄造領域，涉及一種熔模鑄造澆注過程中熔模精鑄高溫合金鑄件的氣體保護方法。采用在澆注和凝固過程中進行氣體保護的技術，其保護氣體選用一氧化碳，一氧化碳含量為在10-3～10-1Pa真空度下充入3L～400L的氣體，在真空熔煉室和澆注室內一氧化碳氣體的壓力控制在102～8×104Pa之間。該方法是可以使鑄造過程中界面反應產物對金屬污染減小的有效方法，采用該方法使熔模鑄造過程中面層耐火材料與金屬液反應減少，使模殼對金屬鑄件污染的問題得到徹底解決，提高鑄件的表面質量。
【IPC分類】B22C9/04
【公開號】CN105710301
【申請號】CN201510591629
【發明人】張炫, 趙效忠, 林泉洪, 李金國, 周亦胄, 金濤
【申請人】中國科學院金屬研究所