CN101537485A - 用于制造单晶铸件的薄壳上浮方法及其装置 - Google Patents

用于制造单晶铸件的薄壳上浮方法及其装置 Download PDF

Info

Publication number
CN101537485A
CN101537485A CN200910030214A CN200910030214A CN101537485A CN 101537485 A CN101537485 A CN 101537485A CN 200910030214 A CN200910030214 A CN 200910030214A CN 200910030214 A CN200910030214 A CN 200910030214A CN 101537485 A CN101537485 A CN 101537485A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature alloy
single crystal
casting
high temperature
ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200910030214A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101537485B (zh
Inventor
赵玉涛
马德新
孙少纯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN 200910030214 priority Critical patent/CN101537485B/zh
Publication of CN101537485A publication Critical patent/CN101537485A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101537485B publication Critical patent/CN101537485B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

用于制造单晶铸件的薄壳上浮方法及其装置，涉及高温合金定向凝固领域。本发明先将陶瓷模壳的选晶器部分安装于激冷块上，浇口朝下且用与高温合金同种炉料的堵块堵塞；陶瓷模壳下降，穿过浮动绝热保温层进入高温合金熔体，随着堵块熔化，高温合金熔体进入陶瓷模壳，在激冷块上形成激冷层；陶瓷模壳以预定的速度缓慢上升，穿过浮动绝热保温层到冷却区，铸件从上至下冷却，由激冷层开始向下定向凝固，经选晶器形成单晶，并扩展至整个铸件。由于模壳所受内外液态金属的压力抵消，所以模壳可以做得很薄。这不仅能减少制壳材料消耗，更重要的是能大大改善铸件的散热条件，提高铸件的质量。此外，本发明的工艺装置简单，使设备投资和生产成本大为降低。

Description

用于制造单晶铸件的薄壳上浮方法及其装置
技术领域
本发明涉及高温合金定向凝固领域，特别是单晶涡轮机叶片的制造工艺问题，具体为用于制造单晶铸件的薄壳上浮法及其装置。
背景技术
利用高温合金的定向凝固来铸造单晶涡轮叶片，已成为制造高效航空发动机的关键技术之一。目前这种叶片的生产都是利用Bridgman定向凝固炉进行的。为此，陶瓷模壳需要先在炉体上部的热区内预热到高于合金的熔点温度，再浇入感应熔化的高温合金熔液，模壳以预定的速度缓慢下降，穿过隔热挡板进入炉体下部的冷区，整个铸件由下至上逐渐冷却并凝固。利用铸件下部的螺旋选晶器，可使仅有一个晶粒能通过并扩展到整个铸件。由于消除了晶界这个高温工作条件下的最薄弱环节，使得叶片的高温性能大为提高，寿命也提高了十几倍。随着航空发动机叶片尺寸的不断加大，以及大型工业燃气轮机对单晶叶片的迫切需求，使得大尺寸叶片的生产成为急需解决的关键问题。
为了制造大尺寸的单晶叶片或铸件，必须加大陶瓷模壳的厚度，以保证在浇铸和长时间的定向凝固期间能维持足够的强度。然而模壳厚度的增加，使得铸件的散热冷却变得极为困难，造成诸如易产生铸造缺陷和生产率低下等问题。为了提高铸件的冷却速度，尤其是凝固时的温度梯度，人们尝试了运用液体金属冷却(LMC)和气体冷却(GC)的办法。这两种方法虽然有一定效果，但只能强化模壳表面的散热能力，并不能解决厚膜壳本身的巨大热阻问题。对于大尺寸叶片，铸件难以透过模壳向外散热。此外这两种方法需对炉体进行改造，并需添加大量的辅助设备，浇铸工艺变得非常复杂，生产成本大大增加。因此这两种方法虽经过十几年的大量研究，至今未能在生产上得到应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄壳浮出法生产单晶铸件(如：燃气轮机叶片)的新方法和新装置，以明显改善铸件的散热条件与冷却强度，提高铸件质量。
用于制造单晶铸件的薄壳上浮装置，包括陶瓷模壳、高温合金溶池、浮动绝热保温层及水冷模块，浮动绝热保温层位于高温合金溶池的上表面，水冷模块位于浮动绝热保温层的上面；陶瓷模壳的顶端设有激冷块，陶瓷模壳下端设有堵块。
上述装置中，水冷模块为铜合金制成的环形水冷装置；
上述装置中，浮动绝热保温层为，由陶瓷颗粒或液态炉渣组成，浮于液态金属表面；
上述装置中，激冷块为水冷铜板；
上述装置中，堵块和高温合金为同种材料。
使用上述装置制备单晶铸件的方法为：
(a)先将陶瓷模壳的选晶器部分安装于升降装置的激冷块上。浇口朝下且用同种炉料的堵块堵塞；(b)模壳下降，穿过浮动保温层进入熔体，浇口里的堵塞块可防止保温材料进入模壳。随着堵塞块熔化，液态金属进入模壳，在激冷块上形成激冷层。适当提高炉温，可提高充型能力；(c)模壳以预定的速度缓慢上升，穿过保温层到冷却区，铸件从上至下冷却，由激冷层开始向下定向凝固，经选晶器形成单晶，并扩展至整个铸件。为了加强冷却，可用氩气吹冷，同时也对熔体起到保护作用。
本发明的优点为：
本发明的一个主要特点是模壳浸在熔体中，模壳内外液态金属的压力相互抵消，而不像普通工艺那样，液态金属浇入模壳会产生很大的冲击力和内胀力，因此无论铸件尺寸多大，都可采用超薄模壳，只要能维持模壳的形状已形成铸件的外形即可。可见本发明不仅能节约制壳材料，更重要的优点在于由于减小了模壳的厚度，模壳的热阻大为减小，从而极大地改善铸件的散热条件和冷却能力，改善铸件的质量。和普通的Bridgman工艺相比，本发明的另一优点是工艺和装备大为简化。省去了专门的熔化和浇铸装置，使得设备投资和生产成本大为降低。
附图说明
图1用于制造单晶铸件的薄壳上浮法工艺和装置示意图
1、高温合金熔池，2、浮动绝热保温层，3、堵块，4、水冷模块，5、激冷块，6、陶瓷模壳
具体实施方式
实施例：
应用本发明制备总长度为180mm的铸造涡轮单晶叶片(试样)，材质为CMSX-6。陶瓷模壳厚度6由原来的15mm，减为5mm。由于大大减少了液态金属通过模壳向外传热的热阻，显著改善了冷却条件和结晶前沿的温度梯度，提高了凝固过程中单晶组织生长的稳定性和可靠性。和传统的工艺相比，大幅度提高了铸件的合格率。

Claims (7)

1、用于制造单晶铸件的薄壳上浮装置，包括陶瓷模壳(6)、高温合金溶池(1)、浮动绝热保温层(2)及水冷模块(4)，浮动绝热保温层(2)位于高温合金溶池(1)的上表面，水冷模块(4)位于浮动绝热保温层(2)的上面；陶瓷模壳(6)的顶端设有激冷块(5)，陶瓷模壳(6)下端浇口设有堵块(3)。
2、权利要求1所述的用于制造单晶铸件的薄壳上浮装置，其特征在于：水冷模块(4)为铜合金制成的环形水冷装置。
3、权利要求1所述的用于制造单晶铸件的薄壳上浮装置，其特征在于：浮动绝热保温层(2)由陶瓷颗粒或液态炉渣组成，浮于高温合金溶池(1)液态金属表面。
4、权利要求1所述的用于制造单晶铸件的薄壳上浮装置，其特征在于：激冷块(5)为水冷铜板。
5、权利要求1所述的用于制造单晶铸件的薄壳上浮装置，其特征在于：堵块(3)和高温合金溶池(1)中的高温合金为同种材料。
6、使用权利要求1所述装置制造单晶铸件的方法为：
(a)先将陶瓷模壳(6)的选晶器部分安装于激冷块(5)上，浇口朝下且用与高温合金同种炉料的堵块(3)堵塞；(b)陶瓷模壳(6)下降，穿过浮动绝热保温层(2)进入高温合金熔体，随着堵块(3)熔化，高温合金熔体进入陶瓷模壳(6)，在激冷块(5)上形成激冷层；(c)陶瓷模壳(6)以预定的速度缓慢上升，穿过浮动绝热保温层(2)到冷却区，铸件从上至下冷却，由激冷层开始向下定向凝固，经选晶器形成单晶，并扩展至整个铸件。
7、权利要求6所述的制备方法，其特征在于：在制备过程中，使用氩气吹冷。
CN 200910030214 2009-03-17 2009-03-17 用于制造单晶铸件的薄壳上浮方法及其装置 Active CN101537485B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200910030214 CN101537485B (zh) 2009-03-17 2009-03-17 用于制造单晶铸件的薄壳上浮方法及其装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200910030214 CN101537485B (zh) 2009-03-17 2009-03-17 用于制造单晶铸件的薄壳上浮方法及其装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101537485A true CN101537485A (zh) 2009-09-23
CN101537485B CN101537485B (zh) 2013-01-23

Family

ID=41120997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200910030214 Active CN101537485B (zh) 2009-03-17 2009-03-17 用于制造单晶铸件的薄壳上浮方法及其装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101537485B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103572364A (zh) * 2013-10-25 2014-02-12 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种陶瓷螺旋选晶器及制作工艺
CN104918731A (zh) * 2013-01-17 2015-09-16 斯奈克玛 使用定向冷却的失蜡铸造法制造部件的方法
CN108746564A (zh) * 2018-05-03 2018-11-06 清华大学 基于3d打印多层中空壳型实现定向凝固的方法
CN111922322A (zh) * 2020-07-28 2020-11-13 深圳市万泽中南研究院有限公司 一种定向凝固装置及铸造方法
CN113510235A (zh) * 2021-06-18 2021-10-19 西安交通大学 一种金属的定向凝固装置及凝固方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5062468A (en) * 1989-07-19 1991-11-05 Pcc Airfoils, Inc. Mold and method for casting a single crystal metal article
US5607007A (en) * 1994-10-19 1997-03-04 Hitchiner Manufacturing Co., Inc. Directional solidification apparatus and method
US5623985A (en) * 1996-03-13 1997-04-29 Pcc Airfoils, Inc. Apparatus and method for molding an article
CN101235535A (zh) * 2007-11-08 2008-08-06 中国计量学院 一种晶体生长方法及其设备
CN101352725A (zh) * 2008-09-02 2009-01-28 北京科技大学 一种高硅钢定向凝固板坯冷轧直接制备薄板方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104918731A (zh) * 2013-01-17 2015-09-16 斯奈克玛 使用定向冷却的失蜡铸造法制造部件的方法
CN104918731B (zh) * 2013-01-17 2019-12-27 斯奈克玛 使用定向冷却的失蜡铸造法制造部件的方法
CN103572364A (zh) * 2013-10-25 2014-02-12 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种陶瓷螺旋选晶器及制作工艺
CN103572364B (zh) * 2013-10-25 2015-11-11 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种陶瓷螺旋选晶器及制作工艺
CN108746564A (zh) * 2018-05-03 2018-11-06 清华大学 基于3d打印多层中空壳型实现定向凝固的方法
CN108746564B (zh) * 2018-05-03 2019-07-12 清华大学 基于3d打印多层中空壳型实现定向凝固的方法
CN111922322A (zh) * 2020-07-28 2020-11-13 深圳市万泽中南研究院有限公司 一种定向凝固装置及铸造方法
CN113510235A (zh) * 2021-06-18 2021-10-19 西安交通大学 一种金属的定向凝固装置及凝固方法
CN113510235B (zh) * 2021-06-18 2022-08-09 西安交通大学 一种金属的定向凝固装置及凝固方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101537485B (zh) 2013-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102380588B (zh) 中频感应定向凝固铸锭方法及其装置
CN103691912B (zh) 一种金基合金铸坯的熔铸一体化装置及其使用方法
CN101537485B (zh) 用于制造单晶铸件的薄壳上浮方法及其装置
CN105583366A (zh) 一种薄壁高温合金浮动壁瓦片的精密铸造方法
CN105436478A (zh) 控制变截面处杂晶形成的方法
CN104353795A (zh) 有温度梯度结晶器的连续定向凝固技术
CN111922322A (zh) 一种定向凝固装置及铸造方法
CN104249149B (zh) 一种通道式感应加热中间包及其浇铸方法
CN103350216B (zh) 一种铸锭均质化的控制方法
CN1994623B (zh) 一种7xxx系铝合金半连续铸造装置及方法
US3939895A (en) Method for casting directionally solidified articles
US3942581A (en) Method and apparatus for casting directionally solidified articles
US20080115909A1 (en) Process for electroslag remelting of metals and ingot mould therefor
CN102941338B (zh) 一种组芯铸造冷却速度的控制方法及装置
CN100406161C (zh) 一种定向凝固铸造方法
CN101570828B (zh) 一种可输出金属液的节能型双级电渣精炼系统
CN104249142B (zh) 纯净化均质化致密化细晶化钢铁大铸坯的压力铸造方法
CN106001469B (zh) 一种铸铁水平连续铸造结晶器及铸铁型材的制备方法
CN103894588A (zh) 一种用于高温合金定向凝固成形的浇铸系统及浇注方法
CN108655357A (zh) 一种金属熔融连续铸造方法
CN204976966U (zh) 一种增加池壁砖表层密实层厚度的浇铸模具
CN102407319A (zh) 一种用k465合金熔铸空心涡轮工作叶片的方法
RU2744601C2 (ru) Печь с охлаждением для направленного затвердевания и способ охлаждения с применением такой печи
RU2623941C2 (ru) Способ получения направленной кристаллизацией крупноразмерных отливок из жаропрочных сплавов
CN106180604B (zh) 一种结晶器结构及结晶器内部的冷却方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant