本發(fā)明涉及鑄造領(lǐng)域，具體涉及發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的精密鑄造方法。

背景技術(shù)：

鈦合金密度小，比強(qiáng)度高，耐腐蝕，由于該一系列優(yōu)異的特性，被廣泛地應(yīng)用于航空航天工業(yè)、能源工業(yè)、海上運(yùn)輸工業(yè)等方面。歐洲航天局也曾啟動(dòng)了航空研究計(jì)劃，就是旨在掌握鈦鋁基合金航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和燃?xì)廨啓C(jī)葉片。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)推重比是評(píng)價(jià)現(xiàn)代飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要指標(biāo)之一，它對飛機(jī)性能有著決定性的作用。當(dāng)前應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的時(shí)候，較為常見的成型方法為精密鑄造方法。采用熔模精密鑄造工藝制備TiAl基合金構(gòu)件，特別是形狀復(fù)雜的構(gòu)件，可得到無余量或近無余量的精密復(fù)雜構(gòu)件，大幅度減少金屬損耗，提高材料的利用率，減少大量機(jī)加工工時(shí)，大幅度降低生產(chǎn)成本。

目前使用較多的鈦合金精密鑄造用型殼，大致可分為：石墨型殼、鎢面層陶瓷型殼、氧化物陶瓷型殼等。但是由于模具形成方式的不足以及鑄造過程的參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致成型后的零件表面和內(nèi)部缺陷均比較多。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種葉片的鑄造方法；為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種葉片的鑄造方法，包括模具設(shè)計(jì)、模具制造，原料熔煉，下料準(zhǔn)備，離心鑄造，第一次冷卻，第二次成型，第二次冷卻，切邊和噴砂，熱等靜壓步驟；所述葉片為發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，其材質(zhì)為鈦鋁鈮合金，所述鈦鋁鈮合金的組成按重量百分比為45～48％的鋁、5～6.8％的鈮、3.1～4.2％的鎂、V：1.2～1.5％，Ta：0.002～0.008％、0.10～0.28％的碳，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)；

所述模具設(shè)計(jì)的步驟為，采用水溶性型芯，采用現(xiàn)有CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)得到發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的CAD模型，采用現(xiàn)有快速成型工藝進(jìn)行快速成型，激光燒結(jié)逐層燒結(jié)直徑小于0.1mm的聚苯乙烯粉，再浸蠟后制得熔模，然后對熔模進(jìn)行表面與內(nèi)部的清洗；

所述模具制造的步驟為，將熔模浸入到面層涂料中沾漿30～45s后取出，然后進(jìn)行面層的撒砂、干燥，得到模殼，將模殼放入加熱爐中，在溫度為380～500℃中保溫2.5～3h，然后繼續(xù)升溫為820～870℃，保溫2.5～3h，繼續(xù)升溫為1050～1150℃，保溫2.5～3h，然后隨爐冷卻到室溫，得到模具；

所述原料熔煉的步驟為，將待熔煉的原材料放入坩堝中，將坩堝置于真空感應(yīng)爐的坩堝熔煉室內(nèi)，先采用惰性氣體對坩堝熔煉室進(jìn)行4～8次的沖洗，最終保持坩堝熔煉室的真空度為10^-5～10^-3mbar進(jìn)行熔煉，熔煉完成后保溫10～15min，使得原料中的各元素均勻；

所述下料準(zhǔn)備的步驟為，用石棉包裹模具制造步驟得到的模具，進(jìn)行預(yù)熱后下料，所述預(yù)熱的溫度為400～610℃；

所述離心鑄造的工藝參數(shù)為，離心轉(zhuǎn)速為195rpm～385rpm，澆鑄時(shí)間為6～8s；

所述第一次冷卻的步驟為，出爐空冷，將型芯溶出后，清洗零件并烘干；所述第二次成型的步驟為，將第一次冷卻后得到的鑄件放入預(yù)熱到910～990℃的模具中，然后在加熱爐內(nèi)加熱到1050～1150℃，然后進(jìn)行離心鑄造，離心轉(zhuǎn)速為195rpm～385rpm；所述第二次冷卻的步驟為，出爐空冷；所述切邊和噴砂的步驟為，采用機(jī)械方法清除型殼，將澆鑄系統(tǒng)切除，用高壓水切掉工藝邊，進(jìn)行噴砂處理；

所述熱等靜壓的步驟為，熱等靜壓的溫度為為950～990℃，熱等靜壓的壓力100～180MPa，保壓時(shí)間為3～6小時(shí)。

作為優(yōu)選，所述坩堝為水冷銅坩堝。

作為優(yōu)選，所述的惰性氣體對坩堝熔煉室進(jìn)行4～8次的沖洗為，先將坩堝熔煉室抽真空至10^-5～10^-3mbar，然后充入氬氣至10～14mbar，然后再抽真空至10^-5～10^-3mbar，如此反復(fù)共4～8次。

作為優(yōu)選，所述面層涂料為氧化鋯、二醋酸鋯、脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇通過攪拌、靜置而得到的。

作為優(yōu)選，所述面層涂料中氧化鋯、二醋酸鋯、脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇的重量份比例為3.8～4.2：1：0.0004～0.001：0.0006～0.0012。

作為優(yōu)選，所述待熔煉的原材料為純鋁、鈮化鋁、純碳、鎂鋁中間合金和海綿鈦。作為優(yōu)選，熱等靜壓之后還包括退火步驟，所述退火步驟為將熱等靜壓之后的葉片在退火爐中加熱到680～710℃，保溫60～180min后，出爐空冷直至室溫。

本發(fā)明的效果在于：通過特定的模具制造和設(shè)計(jì)過程，使得模具符合發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的特定需求；通過離心鑄造參數(shù)的設(shè)定，使得內(nèi)部缺陷得到很好的消除；通過二次成型和二次冷卻，使得內(nèi)部組織均勻穩(wěn)定且使得內(nèi)部缺陷得到非常好的消除，并且保證了表面缺陷的良好的消除率；熱等靜壓參數(shù)的設(shè)定使得內(nèi)部微觀組織更加均勻；通過特定溫度和時(shí)間的退火處理，使得發(fā)動(dòng)機(jī)葉片具有良好的強(qiáng)度和韌性。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

葉片的鑄造方法，包括模具設(shè)計(jì)、模具制造，原料熔煉，下料準(zhǔn)備，離心鑄造，第一次冷卻，第二次成型，第二次冷卻，切邊和噴砂，熱等靜壓步驟；

所述葉片為發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，其材質(zhì)為鈦鋁鈮合金，所述鈦鋁鈮合金的組成按重量百分比為46％的鋁、5.8％的鈮、3.8％的鎂、V：1.25％，Ta：0.0028％、0.18％的碳，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)；

所述模具設(shè)計(jì)的步驟為，采用水溶性型芯，采用現(xiàn)有CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)得到發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的CAD模型，采用現(xiàn)有快速成型工藝進(jìn)行快速成型，激光燒結(jié)逐層燒結(jié)平均直徑為0.08mm的聚苯乙烯粉，再浸蠟后制得熔模，然后對熔模進(jìn)行表面與內(nèi)部的清洗；

所述模具制造的步驟為，將熔模浸入到面層涂料中沾漿35s后取出，然后進(jìn)行面層的撒砂、干燥，得到模殼，將模殼放入加熱爐中，在溫度為480℃中保溫2.6h，然后繼續(xù)升溫為850℃，保溫2.8h，繼續(xù)升溫為1060℃，保溫2.7h，然后隨爐冷卻到室溫，得到模具；所述面層涂料為氧化鋯、二醋酸鋯、脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇通過攪拌、靜置而得到的；其重量份比例為3.9：1：0.0008：0.0009；

所述原料熔煉的步驟為，將待熔煉的原材料放入水冷銅坩堝中，所述待熔煉的原材料為純鋁、鈮化鋁(鈮鋁中間合金)、純碳、鎂鋁中間合金和海綿鈦；將坩堝置于真空感應(yīng)爐的坩堝熔煉室內(nèi)，先采用惰性氣體對坩堝熔煉室進(jìn)行6次的沖洗，先將坩堝熔煉室抽真空至10^-5mbar，然后充入氬氣至12mbar，然后再抽真空至10^-5mbar，如此反復(fù)共6次；最終保持坩堝熔煉室的真空度為3x 10^-4mbar進(jìn)行熔煉，熔煉完成后保溫14min，使得原料中的各元素均勻；

所述下料準(zhǔn)備的步驟為，用石棉包裹模具制造步驟得到的模具，進(jìn)行預(yù)熱后下料，所述預(yù)熱的溫度為510℃；

所述離心鑄造的工藝參數(shù)為，離心轉(zhuǎn)速為285rpm，澆鑄時(shí)間為7s；所述第一次冷卻的步驟為，出爐空冷，將型芯溶出后，清洗零件并烘干；所述第二次成型的步驟為，將第一次冷卻后得到的鑄件放入預(yù)熱到985℃的模具中，然后在加熱爐內(nèi)加熱到1080℃，然后進(jìn)行離心鑄造，離心轉(zhuǎn)速為355rpm；所述第二次冷的步驟為，出爐空冷；所述切邊和噴砂的步驟為，采用機(jī)械方法清除型殼，將澆鑄系統(tǒng)切除，用高壓水切掉工藝邊，進(jìn)行噴砂處理；所述熱等 靜壓的步驟為，熱等靜壓的溫度為為980℃，熱等靜壓的壓力為160MPa，保壓時(shí)間為4.5小時(shí)。

實(shí)施例2：

葉片的鑄造方法，包括模具設(shè)計(jì)、模具制造，原料熔煉，下料準(zhǔn)備，離心鑄造，第一次冷卻，第二次成型，第二次冷卻，切邊和噴砂，熱等靜壓步驟；所述葉片為發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，其材質(zhì)為鈦鋁鈮合金，所述鈦鋁鈮合金的組成按重量百分比為48％的鋁、5.9％的鈮、3.7％的鎂、V：1.35％，Ta：0.006％、0.28％的碳，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)；

所述模具設(shè)計(jì)的步驟為，采用水溶性型芯，采用現(xiàn)有CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)得到發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的CAD模型，采用現(xiàn)有快速成型工藝進(jìn)行快速成型，激光燒結(jié)逐層燒結(jié)平均直徑為0.09mm的聚苯乙烯粉，再浸蠟后制得熔模，然后對熔模進(jìn)行表面與內(nèi)部的清洗；

所述模具制造的步驟為，將熔模浸入到面層涂料中沾漿38s后取出，然后進(jìn)行面層的撒砂、干燥，得到模殼，將模殼放入加熱爐中，在溫度為490℃中保溫2.8h，然后繼續(xù)升溫為860℃，保溫2.7h，繼續(xù)升溫為1055℃，保溫2.8h，然后隨爐冷卻到室溫，得到模具；所述面層涂料為氧化鋯、二醋酸鋯、脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇通過攪拌、靜置而得到的；其重量份比例為4.0：1：0.0009：0.0008；

所述原料熔煉的步驟為，將待熔煉的原材料放入水冷銅坩堝中，所述待熔煉的原材料為純鋁、鈮化鋁(鈮鋁中間合金)、純碳、鎂鋁中間合金和海綿鈦；將坩堝置于真空感應(yīng)爐的坩堝熔煉室內(nèi)，先采用惰性氣體對坩堝熔煉室進(jìn)行5次的沖洗，先將坩堝熔煉室抽真空至10^-4mbar，然后充入氬氣至11mbar，然后再抽真空至10^-4mbar，如此反復(fù)共5次；最終保持坩堝熔煉室的真空度為5x 10^-4mbar進(jìn)行熔煉，熔煉完成后保溫18min，使得原料中的各元素均勻；

所述下料準(zhǔn)備的步驟為，用石棉包裹模具制造步驟得到的模具，進(jìn)行預(yù)熱后下料，所述預(yù)熱的溫度為520℃；

所述離心鑄造的工藝參數(shù)為，離心轉(zhuǎn)速為295rpm，澆鑄時(shí)間為10s；所述第一次冷卻的步驟為，出爐空冷，將型芯溶出后，清洗零件并烘干；所述第二次成型的步驟為，將第一次冷卻后得到的鑄件放入預(yù)熱到995℃的模具中，然后在加熱爐內(nèi)加熱到1070℃，然后進(jìn)行離心鑄造，離心轉(zhuǎn)速為365rpm；所述第二次冷卻的步驟為，出爐空冷；所述切邊和噴砂的步驟為，采用機(jī)械方法清除型殼，將澆鑄系統(tǒng)切除，用高壓水切掉工藝邊，進(jìn)行噴砂處理；所述熱等靜壓的步驟為，熱等靜壓的溫度為為990℃，熱等靜壓的壓力為165MPa，保壓時(shí)間 為4.6小時(shí)。

實(shí)施例3：葉片的鑄造方法，包括模具設(shè)計(jì)、模具制造，原料熔煉，下料準(zhǔn)備，離心鑄造，第一次冷卻，第二次成型，第二次冷卻，切邊和噴砂，熱等靜壓步驟；所述葉片為發(fā)動(dòng)機(jī)葉片，其材質(zhì)為鈦鋁鈮合金，所述鈦鋁鈮合金的組成按重量百分比為45.2％的鋁、6.0％的鈮、3.9％的鎂、V：1.45％，Ta：0.0068％、0.38％的碳，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)；所述模具設(shè)計(jì)的步驟為，采用水溶性型芯，采用現(xiàn)有CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)得到發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的CAD模型，采用現(xiàn)有快速成型工藝進(jìn)行快速成型，激光燒結(jié)逐層燒結(jié)平均直徑為0.07mm的聚苯乙烯粉，再浸蠟后制得熔模，然后對熔模進(jìn)行表面與內(nèi)部的清洗；所述模具制造的步驟為，將熔模浸入到面層涂料中沾漿42s后取出，然后進(jìn)行面層的撒砂、干燥，得到模殼，將模殼放入加熱爐中，在溫度為490℃中保溫2.6h，然后繼續(xù)升溫為850℃，保溫2.6h，繼續(xù)升溫為1052℃，保溫2.6h，然后隨爐冷卻到室溫，得到模具；所述面層涂料為氧化鋯、二醋酸鋯、脂肪醇聚氧乙烯醚和正丁醇通過攪拌、靜置而得到的；其重量份比例為4.1：1：0.0007：0.0007；所述原料熔煉的步驟為，將待熔煉的原材料放入水冷銅坩堝中，所述待熔煉的原材料為純鋁、鈮化鋁(鈮鋁中間合金)、純碳、鎂鋁中間合金和海綿鈦；將坩堝置于真空感應(yīng)爐的坩堝熔煉室內(nèi)，先采用惰性氣體對坩堝熔煉室進(jìn)行4次的沖洗，先將坩堝熔煉室抽真空至10^-4mbar，然后充入氬氣至11mbar，然后再抽真空至10^-4mbar，如此反復(fù)共4次；最終保持坩堝熔煉室的真空度為10^-4mbar進(jìn)行熔煉，熔煉完成后保溫19min，使得原料中的各元素均勻；

所述下料準(zhǔn)備的步驟為，用石棉包裹模具制造步驟得到的模具，進(jìn)行預(yù)熱后下料，所述預(yù)熱的溫度為530℃；

所述離心鑄造的工藝參數(shù)為，離心轉(zhuǎn)速為298rpm，澆鑄時(shí)間為11s；所述第一次冷卻的步驟為，出爐空冷，將型芯溶出后，清洗零件并烘干；所述第二次成型的步驟為，將第一次冷卻后得到的鑄件放入預(yù)熱到994℃的模具中，然后在加熱爐內(nèi)加熱到1072℃，然后進(jìn)行離心鑄造，離心轉(zhuǎn)速為368rpm；所述第二次冷卻的步驟為，出爐空冷；所述切邊和噴砂的步驟為，采用機(jī)械方法清除型殼，將澆鑄系統(tǒng)切除，用高壓水切掉工藝邊，進(jìn)行噴砂處理；

所述熱等靜壓的步驟為，熱等靜壓的溫度為為992℃，熱等靜壓的壓力為168MPa，保壓時(shí)間為4.8小時(shí)。