CN101537485B - 用于制造单晶铸件的薄壳上浮方法及其装置 - Google Patents
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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
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塞块。
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，堵塞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塞块堵塞；(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、堵塞块，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)下端浇口设有堵塞块(3)。
2.如权利要求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.如权利要求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.如权利要求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.如权利要求1所述的用于制造单晶铸件的薄壳上浮装置，其特征在于：堵塞块(3)和高温合金溶池(1)中的高温合金为同种材料。
6.使用如权利要求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塞块(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，随着堵塞块(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.如权利要求6所述的使用权利要求1所述装置制造单晶铸件的方法，其特征在于：在制备过程中，使用氩气吹冷。
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| 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 |
Citations (5)
| 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 |
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Patent Citations (5)
| 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 |
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