CN109365788B - 单晶铸件的制造方法、系统及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及精密铸造技术领域，公开了一种单晶铸件的制造方法、系统及设备。所述单晶铸件的制造方法，包括：分析单晶铸件的形状特征和历史实验数据，以获取单晶铸件的杂晶和雀斑缺陷的易发位置；根据获取的杂晶和雀斑缺陷的易发位置确定炉腔温度的调整区段；根据历史实验数据中杂晶和雀斑缺陷出现的频率和严重程度确定调整区段的局部升温幅度和升温起止时间；根据预设炉腔温度和确定的调整区段的局部升温幅度确定调整区段的炉腔温度；以及根据确定的调整区段的炉腔温度和升温起止时间对单晶铸件的定向凝固在确定的调整区段进行升温处理。在单晶铸件定向凝固过程中对杂晶和雀斑易发区段内针对性地提高炉腔温度，提升了单晶铸件的良品率和机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及精密铸造领域，尤其涉及一种单晶铸件的制造方法、系统及设备。
背景技术
在单晶铸件的制造领域，单晶铸件比如单晶叶片的缘板由于截面扩展较大，其边角部位散热过快而使熔体过冷太大容易产生杂晶缺陷，同时单晶叶片叶根区域由于温度梯度过小而容易产生雀斑缺陷，导致单晶铸件的良品率和机械性能不高。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种单晶铸件的制造方法、系统及设备，解决现有单晶铸件制造时容易产生杂晶缺陷和雀斑缺陷而导致其良品率和机械性能不高的技术问题。
根据本发明的一个实施例，提供一种单晶铸件的制造方法，包括：分析单晶铸件的形状特征和历史实验数据，以获取单晶铸件的杂晶和雀斑缺陷的易发位置；根据获取的杂晶和雀斑缺陷的易发位置确定炉腔温度的调整区段；根据历史实验数据中杂晶和雀斑缺陷出现的频率和严重程度确定调整区段的局部升温幅度和升温起止时间；根据预设炉腔温度和确定的调整区段的局部升温幅度确定调整区段的炉腔温度；以及根据确定的调整区段的炉腔温度和升温起止时间对单晶铸件的定向凝固在确定的调整区段进行升温处理。
优选的，所述的单晶铸件的制造方法，还包括：根据预设炉腔温度对单晶铸件定向凝固的非调整区段不进行升温处理；以及当定向凝固到达调整区段的升温终止时间而进入非调整区段时，控制炉腔温度降低到预设温度。
优选的，所述根据确定的调整区段的炉腔温度和升温起止时间对单晶铸件的定向凝固在确定的调整区段进行升温处理，包括：在凝固前沿到达调整区段前进行升温，以使凝固前沿到达调整区段时刚好调整到确定的调整区段的炉腔温度。
优选的，所述单晶铸件为单晶叶片。
优选的，所述单晶铸件的杂晶缺陷的易发位置包括缘板，所述单晶铸件的雀斑缺陷的易发位置包括叶根区域。
根据本发明另一个实施例，提供一种单晶铸件的制造系统，包括：缺陷分析模块，用于分析单晶铸件的形状特征和历史实验数据，以获取单晶铸件的杂晶和雀斑缺陷的易发位置；调整区段确定模块，用于根据所述缺陷分析模块获取的杂晶和雀斑缺陷的易发位置确定炉腔温度的调整区段；升温确定模块，用于根据历史实验数据中杂晶和雀斑缺陷出现的频率和严重程度确定调整区段的局部升温幅度和升温起止时间；炉腔温度确定模块，用于根据预设炉腔温度和所述升温确定模块确定的调整区段的局部升温幅度确定调整区段的炉腔温度；以及凝固控制模块，用于根据所述炉腔温度确定模块确定的调整区段的炉腔温度和升温起止时间对单晶铸件的定向凝固在所述调整区段确定模块确定的调整区段进行升温处理。
优选的，所述凝固控制模块还用于根据预设炉腔温度对单晶铸件的定向凝固在非调整区段不进行升温处理、以及当到达调整区段的升温终止时间而进入非调整区段时控制炉腔温度降低到预设温度。
优选的，所述单晶铸件为单晶叶片。
优选的，所述单晶铸件的杂晶缺陷的易发位置包括缘板，所述单晶铸件的雀斑缺陷的易发位置包括叶根区域。
根据本发明又一个实施例，还提供一种单晶铸件的制造设备，所述单晶铸件的制造设备包括定向凝固装置和上述的单晶铸件的制造系统，所述定向凝固装置用于所述炉腔温度确定模块确定的调整区段的炉腔温度和升温起止时间对单晶铸件定向凝固在所述调整区段确定模块确定的调整区段进行升温处理。
本发明提供的单晶铸件的制造方法、系统及设备，分析单晶铸件的形状特征和历史实验数据，以获取单晶铸件的杂晶和雀斑缺陷的易发位置；根据获取的杂晶和雀斑缺陷的易发位置确定炉腔温度的调整区段；根据历史实验数据中杂晶和雀斑缺陷出现的频率和严重程度确定调整区段的局部升温幅度和升温起止时间；根据预设炉腔温度和确定的调整区段的局部升温幅度确定调整区段的炉腔温度；以及根据确定的调整区段的炉腔温度和升温起止时间对单晶铸件的定向凝固在确定的调整区段进行升温处理，在单晶铸件定向凝固过程中对杂晶和雀斑易发区段内针对性地提高炉腔温度，提升了单晶铸件的良品率和机械性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例中单晶铸件的制造方法的流程示意图。
图2为本发明另一个实施例中单晶铸件的制造方法的流程示意图。
图3为本发明一个实施例中单晶铸件的制造系统的结构示意图。
图4为本发明再一个实施例中单晶铸件的制造设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
图1为本发明一个实施例中单晶铸件的制造方法的流程示意图。如图所示，所述单晶铸件的制造方法，包括：
步骤S101：分析单晶铸件的形状特征和历史实验数据，以获取单晶铸件的杂晶和雀斑缺陷的易发位置。
所述单晶铸件可以为任意类型的单晶合金铸件，比如单晶叶片。下面仅以单晶叶片为例，对本发明实施例的技术方案进行详细描述。在本实施例中，在制造单晶铸件之前，可综合分析单晶铸件的形状特征和历史实验数据，获取到单晶铸件的杂晶和雀斑缺陷的易发位置。根据单晶叶片制造的历史实验数据，单晶叶片缘板由于截面扩展较大，其边角部位散热过快而使熔体过冷太大，容易导致杂晶缺陷，而单晶叶片叶根区域由于温度梯度过小而容易产生雀斑缺陷。
步骤S102：根据获取的杂晶和雀斑缺陷的易发位置确定炉腔温度的调整区段。
在获取到单晶叶片的杂晶和雀斑缺陷的易发位置后，根据获取的杂晶和雀斑缺陷的易发位置确定炉腔温度的调整区段，即对单晶叶片的杂晶和雀斑缺陷的易发位置区段进行针对性地炉腔温度调整。
步骤S103：根据历史实验数据中杂晶和雀斑缺陷出现的频率和严重程度确定调整区段的局部升温幅度和升温起止时间。
在本实施例中，进一步根据历史实验数据中杂晶和雀斑缺陷出现的频率和严重程度确定调整区段的局部升温幅度和升温起止时间。即当杂晶和雀斑缺陷出现的频率和严重程度较高时，可提升局部升温的升温幅度(10-200K)，并通过提前开始时间和延迟终止时间来提升升温的持续时间，对单晶叶片缘板和叶根区域缺陷易发区段针对性地进行升温处理，避免了缘板边角部位散热过快而使熔体过冷太大而导致的杂晶缺陷、以及叶根区域因温度梯度过小而导致的雀斑缺陷。
在本实施例中，可通过控制升温起止时间在凝固前沿到达调整区段前一段安全距离时进行升温，以使凝固前沿到达调整区段时刚好调整到确定的调整区段的炉腔温度，提高升温控制的及时性和精确度，避免升温控制的延迟和误差而导致的制造误差和缺陷。
步骤S104：根据预设炉腔温度和确定的调整区段的局部升温幅度确定调整区段的炉腔温度。
在本实施例中，在确定调整区段的局部升温幅度后，根据预设炉腔温度和确定的调整区段的局部升温幅度确定调整区段的炉腔温度，也即是单晶叶片定向凝固在调整区段的常规预设温度基础上升温后的炉腔温度。
步骤S105：根据确定的调整区段的炉腔温度和升温起止时间对单晶铸件的定向凝固确定的调整区段进行升温处理。
在本实施例中，最终根据确定的调整区段的炉腔温度和升温起止时间对单晶铸件定向凝固在确定的调整区段进行升温处理，即对单晶叶片在缘板和叶根区域缺陷易发区段的定向凝固针对性地进行升温处理，避免了缘板边角部位散热过快而使熔体过冷太大而导致的杂晶缺陷以及叶根区域因温度梯度过小而导致的雀斑缺陷，提升了单晶铸件的良品率和机械性能。
参见图2，在本发明另一个实施例中还提供一种单晶铸件的制造方法。所述单晶铸件的制造方法，包括：
步骤S201：分析单晶铸件的形状特征和历史实验数据，以获取单晶铸件的杂晶和雀斑缺陷的易发位置。
步骤S202：根据获取的杂晶和雀斑缺陷的易发位置确定炉腔温度的调整区段。
步骤S203：根据历史实验数据中杂晶和雀斑缺陷出现的频率和严重程度确定调整区段的局部升温幅度和升温起止时间。
步骤S204：根据预设炉腔温度和确定的调整区段的局部升温幅度确定调整区段的炉腔温度。
步骤S205：根据确定的调整区段的炉腔温度和升温起止时间对单晶铸件的定向凝固在确定的调整区段进行升温处理。
步骤S206：根据预设炉腔温度对单晶铸件的定向凝固在非调整区段不进行升温处理；以及
步骤S207：当单晶铸件的定向凝固到达调整区段的升温终止时间而进入非调整区段时，控制降低炉腔温度到预设温度。
在本实施例中，在根据确定的调整区段的炉腔温度和升温起止时间对单晶铸件的定向凝固在确定的调整区段进行升温处理的基础上，当到达调整区段的升温终止时间而进入非调整区段时，控制降温到预设温度继续进行单晶铸件的定向凝固，即使单晶铸件的定向凝固在炉腔温度的调整区段在升高的炉腔温度下进行，而在非调整区段在常规预设炉腔温度下进行，提升了单晶铸件的良品率和机械性能。
图3为本发明一个实施例中单晶铸件的制造系统的结构示意图。在上述方法实施例的基础上，本实施例的单晶铸件的制造系统100，包括缺陷分析模块10、调整区段确定模块20、升温确定模块30、炉腔温度确定模块40和凝固控制模块50。
所述单晶铸件可以为任意类型的单晶合金铸件，比如单晶叶片。在本实施例中，在制造单晶铸件之前，所述缺陷分析模块10可综合分析单晶铸件的形状特征和历史实验数据，获取到单晶铸件的杂晶和雀斑缺陷的易发位置。所述缺陷分析模块10可根据单晶叶片制造的历史实验数据，单晶叶片缘板由于截面扩展较大，其边角部位散热过快而使熔体过冷太大容易导致杂晶缺陷，而单晶叶片叶根区域由于温度梯度过小而容易产生雀斑缺陷。
在所述缺陷分析模块10获取到单晶叶片的杂晶和雀斑缺陷的易发位置后，所述调整区段确定模块20根据杂晶和雀斑缺陷的易发位置确定炉腔温度的调整区段，即对单晶叶片的杂晶和雀斑缺陷的易发位置区段进行针对性的炉腔温度调整。
在本实施例中，所述升温确定模块30进一步根据历史实验数据中杂晶和雀斑缺陷出现的频率和严重程度确定调整区段的局部升温幅度和升温起止时间。即当杂晶和雀斑缺陷出现的频率和严重程度较高时，所述升温确定模块30可提升局部升温的升温幅度(10-200K)，并通过提前开始时间和延迟终止时间来提升升温的持续时间，对单晶叶片缘板和叶根区域缺陷易发区段针对性地进行升温处理，避免了缘板边角部位散热过快而使熔体过冷太大而导致的杂晶缺陷、以及叶根区域因温度梯度过小而导致的雀斑缺陷。
在本实施例中，所述升温确定模块30可通过控制升温起止时间在凝固前沿到达调整区段前一段安全距离时进行升温，以使凝固前沿到达调整区段时刚好调整到确定的调整区段的炉腔温度，提高升温控制的及时性和精确度，避免升温控制的延迟和误差而导致的制造误差和缺陷。
在本实施例中，在所述升温确定模块30确定调整区段的局部升温幅度后，所述炉腔温度确定模块40根据预设炉腔温度和所述升温确定模块30确定的调整区段的局部升温幅度确定调整区段的炉腔温度，也即是单晶叶片在调整区段的常规预设温度基础上升温处理后的炉腔温度。
在本实施例中，所述凝固控制模块50最终根据所述炉腔温度确定模块40确定的调整区段的炉腔温度和升温起止时间对单晶铸件确定的调整区段进行定向凝固处理，对单晶铸件杂晶和雀斑易发区段针对性地进行升温处理，避免了缘板边角部位散热过快而使熔体过冷太大而导致的杂晶缺陷以及叶根区域因温度梯度过小而导致的雀斑缺陷，提升了单晶铸件的良品率和机械性能。
在本实施例中，所述凝固控制模块50还可进一步使单晶铸件的定向凝固在非调整区段内在预设炉腔温度下进行，当到达调整区段的升温终止时间而进入非调整区段时控制降温到预设炉腔温度，在炉腔温度的调整区段内使定向凝固在升高的炉腔温度下进行，而在非调整区段则在降回到常规预设温度下进行，提升了单晶铸件的良品率和机械性能。
参见图4，本发明再一个实施例还提供单晶铸件的制造设备300。所述单晶铸件的制造设备300包括定向凝固装置200和上述实施例中所述的单晶铸件的制造系统100，所述定向凝固装置200可根据所述单晶铸件的制造系统100中炉腔温度确定模块确定的调整区段的炉腔温度和升温起止时间对单晶铸件的定向凝固在调整区段确定模块确定的调整区段进行升温处理，即对单晶叶片缘板和叶根区域缺陷易发区段内的定向凝固针对性地进行升温处理，避免了缘板边角部位散热过快而使熔体过冷太大而导致的杂晶缺陷以及叶根区域因温度梯度过小而导致的雀斑缺陷，提升了单晶铸件的良品率和机械性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种单晶叶片的制造方法，其特征在于，包括：
分析单晶叶片的形状特征和历史实验数据，以获取单晶叶片的杂晶和雀斑缺陷的易发位置，所述单晶叶片的杂晶缺陷的易发位置包括缘板，所述单晶叶片的雀斑缺陷的易发位置包括叶根区域；
根据获取的杂晶和雀斑缺陷的易发位置确定炉腔温度的调整区段；
根据历史实验数据中杂晶和雀斑缺陷出现的频率和严重程度确定调整区段的局部升温幅度和升温起止时间；
根据预设炉腔温度和确定的调整区段的局部升温幅度确定调整区段的炉腔温度；以及
根据确定的调整区段的炉腔温度和升温起止时间对单晶叶片的定向凝固在确定的调整区段进行升温处理。
2.根据权利要求1所述的单晶叶片的制造方法，其特征在于，还包括：
根据预设炉腔温度对单晶叶片定向凝固的非调整区段不进行升温处理；以及
当定向凝固到达调整区段的升温终止时间而进入非调整区段时，控制炉腔温度降低到预设温度。
3.根据权利要求1所述的单晶叶片的制造方法，其特征在于，所述根据确定的调整区段的炉腔温度和升温起止时间对单晶叶片的定向凝固在确定的调整区段进行升温处理，包括：在凝固前沿到达调整区段前进行升温，以使凝固前沿到达调整区段时刚好调整到确定的调整区段的炉腔温度。
4.一种单晶叶片的制造系统，其特征在于，包括：
缺陷分析模块，用于分析单晶叶片的形状特征和历史实验数据，以获取单晶叶片的杂晶和雀斑缺陷的易发位置，所述单晶叶片的杂晶缺陷的易发位置包括缘板，所述单晶叶片的雀斑缺陷的易发位置包括叶根区域；
调整区段确定模块，用于根据所述缺陷分析模块获取的杂晶和雀斑缺陷的易发位置确定炉腔温度的调整区段；
升温确定模块，用于根据历史实验数据中杂晶和雀斑缺陷出现的频率和严重程度确定调整区段的局部升温幅度和升温起止时间；
炉腔温度确定模块，用于根据预设炉腔温度和所述升温确定模块确定的调整区段的局部升温幅度确定调整区段的炉腔温度；以及
凝固控制模块，用于根据所述炉腔温度确定模块确定的调整区段的炉腔温度和升温起止时间对单晶叶片的定向凝固在所述调整区段确定模块确定的调整区段进行升温处理。
5.根据权利要求4所述的单晶叶片的制造系统，其特征在于，所述凝固控制模块还用于根据预设炉腔温度对单晶叶片的定向凝固在非调整区段不进行升温处理、以及当到达调整区段的升温终止时间而进入非调整区段时控制炉腔温度降低到预设温度。
6.一种单晶叶片的制造设备，其特征在于，所述单晶叶片的制造设备包括定向凝固装置和如权利要求4或5所述的单晶叶片的制造系统，所述定向凝固装置用于所述炉腔温度确定模块确定的调整区段的炉腔温度和升温起止时间对单晶叶片定向凝固在所述调整区段确定模块确定的调整区段进行升温处理。
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Denomination of invention: Manufacturing method, system and equipment of single crystal casting Effective date of registration: 20211223 Granted publication date: 20200915 Pledgee: CITIC Bank Limited by Share Ltd. Shenzhen branch Pledgor: SHENZHEN WEDGE ZHONGNAN RESEARCH INSTITUTE CO.,LTD.|Shenzhen Shenshan special cooperation zone Wanze Precision Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2021440020145 |
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