CN104162647B - 铸造方法、铸件制品及铸造系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铸造方法、铸件制品及铸造系统。公开了一种铸造方法、铸件制品和铸造系统。铸造方法包括在模具中提供基础材料、将流体材料引导到模具中、以及凝固基础材料和流体材料来形成铸件制品。基础材料具有第一密度和第一成分。流体材料具有第二密度和第二成分。第一密度不同于第二密度，第一成分不同于第二成分，或第一密度不同于第二密度且第一成分不同于第二成分。铸件制品包括源自基础材料的第一材料凝固，以及源自流体材料的第二材料凝固。铸造系统包括用于容纳基础材料的模具，以及用于将流体材料引导到容纳基础材料的模具中的具有流控制特征部的输入构造。
Description
技术领域
本发明针对一种制造方法和制得制品。更具体而言，本发明针对铸造方法、铸件制品和铸造系统。
背景技术
各种制品由一种以上的材料组装，形成了制品的多个部分。大体上，此类制品通过使用装固技术(如，焊接、粘合、熔合、软钎焊、硬钎焊或它们的组合)将第一材料装固到第二材料上来形成。此类技术存在各种缺陷。例如，此类技术可对于合金存在有限的适用性，可经受疲劳，可分层，或它们的组合。
由组合的合金形成的制品通常用于发电系统、发动机、桥梁、建筑物、风轮机和其它大型结构。此类结构连续地经受增加的力，以提供改善的效率且/或应对新的环境条件。此类制品需要对疲劳的增加的抵抗力、增加的机械性能、增加的制造能力，增加的设计寿命，以及降低的寿命周期成本。具有两种或多种材料的已知构件并未充分满足所有期望的参数。
当合金铸块冷却时，存在影响形成的制品的最终结构的许多因素。例如，当熔化的合金倒入模具中时，模具与合金之间的温差引起模具壁处的热对流。对流有助于形成在壁上的金属枝晶的分离和破裂。那些枝晶用作用于形成等轴晶粒的核。改变局部成分有助于分离，这使晶粒形成进一步复杂化。此外，合金的成分和铸件冷却的速率影响最终晶粒结构。已知的铸造方法并未充分解决关于晶粒形成的此类问题。
本领域中期望的是不存在一个或多个以上缺陷的铸造方法、铸件制品和铸造系统。
发明内容
在示例性实施例中，一种铸造方法包括在模具中提供基础材料、将流体材料引导到模具中、以及凝固基础材料和流体材料来形成铸件制品。基础材料具有第一密度和第一成分。流体材料具有第二密度和第二成分。第一密度不同于第二密度，第一成分不同于第二成分，或第一密度不同于第二密度且第一成分不同于第二成分。
在另一个示例性实施例中，铸件制品包括源自基础材料的第一材料凝固和源自流体材料的第二材料凝固。基础材料具有第一密度和第一成分。流体材料具有第二密度和第二成分。第一密度不同于第二密度，第一成分不同于第二成分，或第一密度不同于第二密度且第一成分不同于第二成分。
在另一个示例性实施例中，一种铸造系统包括用于容纳基础材料的模具和用于将流体材料引导到容纳基础材料的模具中的输入构造。输入构造包括用于减小或防止流体材料进入模具中的引导速率增加的流控制特征部。
一种铸造方法，包括：
在模具中提供基础材料，基础材料具有第一密度和第一成分；
将流体材料引导到模具中，流体材料具有第二密度和第二成分；以及
凝固基础材料和流体材料来形成铸件制品；
其中第一密度不同于第二密度，第一成分不同于第二成分，或第一密度不同于第二密度且第一成分不同于第二成分。
优选地，基础材料形成铸件制品的第一部分，且流体材料形成铸件制品的第二部分。
优选地，铸件制品包括具有第一热膨胀系数的第一区以及具有第二热膨胀系数的第二区，第一热膨胀系数不同于第二热膨胀系数。
优选地，铸件制品包含相比于定向凝固晶粒更大的等轴晶粒浓度。
优选地，铸件制品包括比等轴晶粒更大的定向凝固晶粒浓度。
优选地，模具为底部给送模具。
优选地，模具为顶部给送模具。
优选地，模具以一定速率冷却，该速率产生相比于定向凝固晶粒更大的等轴晶粒浓度。
优选地，模具以一定速率冷却，该速率产生相比于等轴晶粒更大的定向凝固晶粒浓度。
优选地，包括联接到模具上的流控制特征部。
优选地，流控制特征部包括用于减小或防止流体材料的引导速率增加的限流器。
优选地，流控制特征部包括用于减小或防止流体材料的引导速率增加的凸起。
优选地，具有小于基础材料的密度的流体材料被引导到顶部给送模具中。
优选地，具有大于基础材料的密度的流体材料被引导到底部给送模具中。
优选地，包括将附加的材料引导到模具中。
优选地，附加材料所具有的密度和成分不同于基础材料的密度和成分及流体材料的密度和成分。
优选地，基础材料为超级合金。
优选地，流体材料为超级合金。
一种铸件制品，包括：
源自基础材料的第一材料凝固，基础材料具有第一密度和第一成分；以及
源自流体材料的第二材料凝固，流体材料具有第二密度和第二成分；
其中第一密度不同于第二密度，第一成分不同于第二成分，或第一密度不同于第二密度且第一成分不同于第二成分。
一种铸造系统，包括：
用于容纳基础材料的模具；以及
用于将流体材料引导到容纳基础材料的模具中的输入构造；
其中输入构造包括用于减小或防止流体材料的引导速率增加的流控制特征部。
本发明的其它特征和优点将从结合附图的优选实施例的以下更详细的描述中清楚，附图通过举例的方式示出了本发明的原理。
附图说明
图1为根据本公开内容的实施例的产生具有等轴晶粒的示例性铸件制品的示例性铸造方法的示意图。
图2为根据本公开内容的实施例的产生具有定向凝固晶粒的示例性铸件制品的示例性铸造方法的示意图。
图3为根据本公开内容的实施例的产生具有等轴晶粒的示例性铸件制品的示例性铸造方法的示意图。
图4为根据本公开内容的实施例的产生具有定向凝固晶粒的示例性铸件制品的示例性铸造方法的示意图。
只要可能，则相同的参考标号将在附图中始终表示相同的部分。
具体实施方式
提供了一种示例性铸造方法、铸件制品和铸造系统。相比于未使用本文公开的一个或多个特征的方法和产品，本公开内容的实施例增加了抗疲劳性、增加了抗氧化性、减少了蠕变且减少了腐蚀、改善了可焊接性，或它们的组合。
参看图1，铸造方法100包括提供具有第一密度和第一成分的基础材料101(步骤102)。在一个实施例中，基础材料101被引导到模具110中。具有第二密度和第二成分的流体材料103被引导到模具110中(步骤104)。方法100包括凝固(步骤106)基础材料101和流体材料103来形成铸件制品109。
基础材料101为例如能够在熔化之后或从熔化状态凝固的任何适合的材料。流体材料103为能够流动的任何适合的材料。流体材料103处于预定温度，预定温度高于流体材料103的固态范围和/或液态范围。适合的材料包括但不限于金属、金属合金、超级合金或它们的组合。
在一个实施例中，基础材料101和流体材料103在锻造成合金时包括γ'微观结构。
在一个实施例中，基础材料101的第一密度不同于流体材料103的第二密度。密度差异引起基础材料101与模具110内的流体材料103分离。所得的铸件制品109形成，具有第一部分111和第二部分113。第一部分111由基础材料101产生，且第二部分113由流体材料103产生。在一个实施例中，第一部分111和第二部分113分离，且/或在铸件制品109中未互混。在另一个实施例中，第一部分111和第二部分113由互混区分离，在该互混区，第一部分111和第二部分113均存在。在一个实施例中，第一部分111和第二部分113形成遍及铸件制品109的同质混合物。在另一个实施例中，铸件制品包括第一区和第二区。第一区具有第一热膨胀系数，且第二区具有第二热膨胀系数。在一个实施例中，第一热膨胀系数不同于第二热膨胀系数。
凝固(步骤106)速率控制由方法100形成的铸件制品109的晶粒结构。例如，如图1中所示，在一个实施例中，由快速冷却方法产生的速率形成铸件制品109，其相比于定向凝固晶粒215具有增加的等轴晶粒115。在另一个实施例中，如图2中所示，由取出冷却方法产生的速率形成铸件制品109，其相比于等轴晶粒115具有增加的定向凝固晶粒215。
再次参看图1，在一个实施例中，模具110具有底部给送构造。如本文使用，方向语言如底部给送和底部部分大体上对应于重力方向。相比于模具的上部部分118，底部给送构造具有从模具110的下部部分116中的开口向外延伸的流体导管。在一个实施例中，流体导管具有连接到第二区段上的第一区段，第一区段大致垂直，且第二区段大致水平。漏斗附接到流体导管的第一区段上，以用于将材料引导到第一区段的接收端部中。第二区段将来自第一区段的材料引导到模具110的下部部分116中的开口中。在一个实施例中，模具110的下部部分116中的开口的形状为以下中的一种但不限于此：圆形、正方形、椭圆形、槽形或矩形。在一个实施例中，流体材料103将基础材料101从模具110的下部部分116位移，迫使基础材料101向上。如本文使用，方向语言如向上、顶部给送和上部部分大体上对应于重力的相反方向。
参看图3和图4，在一个实施例中，模具110具有顶部给送构造312。顶部给送构造312将流体材料103经过漏斗形部件引导至模具110的上部部分118。漏斗形部件保持在模具110的上部部分118内，且具有弯曲唇部以用于将材料引导至模具110的内面320。流体材料103具有低于基础材料101的密度，且保持在模具110中的基础材料101上方。基础材料101和流体材料103在模具110内冷却(步骤106)，形成铸件制品109。
在一个实施例中，流控制特征部联接到模具110上，以减小或防止流体材料103的引导速率增加(步骤104)。流控制特征部防止湍流干扰基础材料101和流体材料103的密度驱使的分离。参看图1和图2，在一个实施例中，流控制特征部包括限流器114，例如，在底部给送构造112中。在另一个实施例中，底部给送构造112包括多个可密封的通路(未示出)。当未用于防止流体材料103的回流时，多个通路密封。参看图3和图4，在一个实施例中，流控制特征部包括例如沿模具110的内面320的凸起314。凸起314为从模具110的内面320向内延伸的多个半圆形部件。凸起314在内面320上水平地定向，且沿内面320的长度延伸，各个凸起314有助于曲折路径，以防止流体材料103的流速增加。当流体材料103沿内面320流动时，凸起314减慢流速。
参看图3和图4，在一个实施例中，一种或多种附加的流体材料301被引导至模具110中。附加的流体材料301形成铸件制品109的附加部分311。如将认识到的那样，相比于流体材料103和/或彼此，附加的流体材料301为相同的材料、相同类型的材料、不同的材料、或不同类型的材料。
在一个实施例中，基础材料101和流体材料103的成分按重量为小于0.12%的碳、小于大约0.01%的硅、小于大约0.001%的锰、小于大约5.72%的铝、小于大约0.02%的硼、小于大约0.1%的钶、小于大约9.4%的钴、小于大约5.6%的铬、小于大约0.002%的铜、小于大约0.02%的铁、小于大约1.5%的铪、小于大约0.52%的钼、小于大约3.0%的铼、小于大约6.2%的钽、小于大约0.2%的钛、小于大约8.5%的钨、小于大约0.013%的锆、伴随的杂质和余量的镍。
在一个实施例中，基础材料101和/或流体材料103的充分按重量为大约0.07%至大约0.10%之间的碳、大约8.0%至大约8.7%之间的铬、大约9.0%至大约10.0%之间的钴、大约0.4%至大约0.6%之间的钼、大约9.3%至大约9.7%之间的钨、大约2.8%至大约3.3%之间的钽、大约0.6%至大约0.9%之间的钛、大约5.25%至大约5.75%之间的铝、大约0.01%至大约0.02%之间的硼、大约1.3%至大约1.7%之间的铪、达到大约0.1%的锰、达到大约0.12%的硅、达到大约0.01%的磷、达到大约0.004%的硫、大约0.005%至大约0.02%之间的锆、达到大约0.1%的铌、达到大约0.1%的钒、达到大约0.1%的铜、达到大约0.2%的铁、达到大约0.003%的镁、达到大约0.002%的氧、达到大约0.002%的氮、以及余量的镍和伴随的杂质。
在一个实施例中，基础材料101和/或流体材料103的成分按重量为大约0.09%至大约0.13%之间的碳、大约15.70%至大约16.30%之间的铬、大约8.00%至大约9.00%之间的钴、大约1.50%至大约2.00%之间的钼、大约2.40%至大约2.80%之间的钨、大约1.50%至大约2.00%之间的钽、大约0.60%至大约1.10%之间的钶、大约3.20%至大约3.70%之间的钛、大约3.20%至大约3.70%之间的铝、大约0.005%至大约0.020%之间的硼、大约0.015%至大约0.050%之间的锆、达到大约0.35%的铁、达到大约0.10%的锰、达到大约0.30%的硅、达到大约0.007%的硫，以及余量的镍。
在一个实施例中，基础材料101和/或流体材料103的成分按重量为小于大约15%的铬、小于大约9.6%的钴、小于大约3.9%的钨、小于大约1.6%的钼、小于大约5.0%的钛、小于大约3.1%的铝、小于大约0.2%的碳、小于大约0.02%的硼、小于大约2.9%的钽，以及余量的镍。
尽管已经参照优选实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将理解的是，可制作出各种变化，且等同方案可替代其元件，而并未脱离本发明的范围。此外，可制作出许多改型，以使特定情形或材料适合本发明的教导内容而不脱离其基本范围。因此，期望本发明不限于公开为用于执行本发明而构想出的最佳模式的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。
Claims (16)
1.一种铸造方法，包括：
在模具中提供基础材料，所述基础材料具有第一密度和第一成分；
将流体材料引导到所述模具中，所述流体材料具有第二密度和第二成分；以及
凝固所述基础材料和所述流体材料来形成铸件制品；
其中，当所述流体材料的第二密度大于所述基础材料的第一密度时，所述流体材料通过底部给送构造引导至所述模具中；且当所述流体材料的第二密度小于所述基础材料的第一密度时，所述流体材料通过所述模具的上部部分的开口引导至所述模具中，从而使所述基础材料因密度差异与所述流体材料分离；
所述模具包括联接到所述模具上的流控制特征部，以减小或防止所述流体材料的引导速率增加；
所述基础材料形成所述铸件制品的第一部分，且所述流体材料形成所述铸件制品的第二部分，所述第一部分和所述第二部分在所述铸件制品中未互混。
2.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述铸件制品包括具有第一热膨胀系数的第一区以及具有第二热膨胀系数的第二区，所述第一热膨胀系数不同于所述第二热膨胀系数。
3.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述铸件制品包含相比于定向凝固晶粒更大的等轴晶粒浓度。
4.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述铸件制品包括比等轴晶粒更大的定向凝固晶粒浓度。
5.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述底部给送构造包括从所述模具的下部部分的开口向外延伸的流体导管。
6.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述模具包括顶部给送构造，所述顶部给送构造包括引导至所述模具的上部部分的漏斗形部件，所述漏斗形部件具有弯曲唇部以将所述流体材料引导至所述模具的内面。
7.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述模具以一定速率冷却，该速率产生相比于定向凝固晶粒更大的等轴晶粒浓度。
8.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述模具以一定速率冷却，该速率产生相比于等轴晶粒更大的定向凝固晶粒浓度。
9.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述流控制特征部包括用于减小或防止所述流体材料的引导速率增加的限流器。
10.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述流控制特征部包括用于减小或防止所述流体材料的引导速率增加的凸起。
11.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，包括将附加材料引导到所述模具中。
12.根据权利要求11所述的铸造方法，其特征在于，所述附加材料所具有的密度和成分不同于所述基础材料的密度和成分及所述流体材料的密度和成分。
13.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述基础材料为超级合金。
14.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述流体材料为超级合金。
15.根据权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，所述基础材料的所述第一成分不同于所述流体材料的所述第二成分。
16.一种通过如权利要求1-15的方法所获得的铸件制品。
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