CN111687395A - 铸造合金中的多种材料和微观结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于产生铸造部件的方法以及所得的铸造部件。该方法包括：加热内有腔体的模具；将第一熔融金属材料供至模具腔体，导入模具腔体的第一部分；将第二熔融金属材料供至模具腔体，导入模具腔体的第二部分，其中，第一熔融金属材料在组成上不同于第二熔融金属材料；然后，使第一熔融金属材料和第二熔融金属材料形成铸造部件。

Description

铸造合金中的多种材料和微观结构
优先权信息
本公开要求于2019年3月14日提交的美国临时专利申请号62/818,412的优先权，其通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及金属部件以及制造所述部件的方法。在一些具体的实施方案中，本发明涉及通常由镍基超合金或钴基超合金形成的铸造金属制品，以及相关的专业铸造方法。
背景技术
许多金属和金属合金用于在强度、抗氧化性和/或耐高温性方面要求高的应用中。实例包括钛、钒、钼和基于镍、钴或铁的超合金。这样的超合金特别适用于高温应用，例如飞机发动机和发电设备的燃气涡轮发动机部件。通常，这些部件是通过铸造工艺(例如熔模铸造)制造的。尽管金属铸造已经实践了数千年，但部分由于铸造零件(如喷气发动机叶片)需要高度的完整性，因此该技术在现代已变得相当复杂。
金属部件的完整性和整体质量部分地取决于其晶体结构，例如，该部件中晶粒的尺寸和晶粒的取向。所需的晶粒结构又通常取决于零件的预计工作温度。作为示例，在由各种超合金制成的燃气涡轮机部件的情况下，涡轮机区段(section)中的涡轮机叶片可能会暴露于极高的温度下，并且可能具有定向凝固(DS)的柱状晶粒结构或单晶结构，从而抵抗高温蠕变破坏和其他降解作用。
与此相对，经受较低工作温度的发动机部件通常受益于非常不同的晶粒结构。例如，燃气涡轮机的轮和盘虽然具有它们自己的性能要求集合，但通常在比热气路径中遇到的温度低得多的温度下工作。在许多情况下，非常希望这些部件具有细的等轴晶粒结构。
尽管细的等轴晶粒结构通常在小铸件中获得，但它们相对难以在大型复杂零件(例如燃气涡轮机翼型件(airfoil)和结构部件)中获得。熔模铸造技术通常生产具有柱状晶粒和等轴晶粒的混合物的铸造部件。对于具有较厚区段(例如，超过约10mm厚度的区段)的大型部件，通常是这种情况。如果部件具有复杂的几何形状且区段厚度变化很大，则很难获得所需的细晶粒结构。
某些部件的使用方式可能会将铸造部件的不同区段暴露于使用中的不同环境。在这样的部件中，可能希望在部件的不同区段内具有不同的晶粒特性。当前难以在单个工艺中生产具有多种材料结构的部件。在许多情况下，将具有不同结构的单独零件连接起来以产生一种结构。考虑到这些一般性考量，在本领域中将期待用于铸造高性能合金的新方法。该技术应特别适用于制造在部件的不同区段需要受控的多类型晶粒结构的部件。此外，该新的进展也应该适合于铸造具有复杂几何形状的相对较大的部件。此外，该技术不应需要对当前的铸造操作进行会导致制造成本显著增加的实质性改变。
发明内容
各方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实施本发明而获知。
总体上，提供用于产生铸造部件的方法以及所得的铸造部件。在一个实施方案中，该方法包括：加热内有腔体的模具；将第一熔融金属材料供至模具腔体，导入模具腔体的第一部分；将第二熔融金属材料供至模具腔体，导入模具腔体的第二部分，其中，第一熔融金属材料在组成上不同于第二熔融金属材料；然后，使第一熔融金属材料和第二熔融金属材料形成铸造部件。
还提供了由本文描述的方法形成的所得铸造部件。在一个实施方案中，铸造部件可以包括第一区段和第二区段，该第一区段包含第一金属材料且具有第一晶粒，该第一晶粒具有第一平均晶粒尺寸；该第二区段包含第二金属材料且具有第二晶粒，该第二晶粒具有第二平均晶粒尺寸，其中，第一金属材料与第二金属材料具有不同的组成，并且，第一平均晶粒尺寸大于第二平均晶粒尺寸。在另一个实施方案中，铸造部件可以包括第一区段和第二区段，该第一区段包含第一金属材料且具有第一晶粒，该第一晶粒具有第一平均晶粒尺寸；该第二区段包含单晶的第二金属材料，其中，第一金属材料与第二金属材料具有不同的组成。
铸造部件可以是例如叶盘(bladed disk)，该叶盘包括从内盘(internal disk)径向向外延伸的多个翼型件。在一个实施方案中，多个翼型件包括具有多个第一晶粒(具有第一平均晶粒尺寸)的第一铸造金属合金，并且内盘包括具有多个第二晶粒(具有第二平均晶粒尺寸)的第二铸造金属合金。在这样的实施方案中，第一平均晶粒尺寸通常大于第二平均晶粒尺寸。
参考以下描述和所附权利要求，将可以更好地理解这些和其他特征、方面和优点。附图(包含在本说明书中并构成说明书的一部分)示出了本发明的实施方案，并且与说明书一起用于解释本发明的某些原理。
附图说明
在本说明书中参考附图阐述了针对本领域的普通技术人员的本发明的完整而可行的公开内容，包括其最佳实施方式，其中：
图1示出了用于生产铸造部件的示例性铸造系统；
图2示出了通过利用图1的铸造系统的方法形成的铸造部件。
图3示出了可与图1的铸造系统一起使用的示例性真空熔炉。
图4示出了根据本文所述的方法形成的示例性叶盘的剖视图。
图5示出了用于生产铸造部件的另一示例性铸造系统。
图6示出了通过本文描述的方法形成的示例性铸造部件。
在本说明书和附图中重复使用的附图标记旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施方案，其中一个或多个示例在附图中示出。提供每个实施例是为了解释本发明，而不是限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施方案的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施方案一起使用，以产生又一个实施方案。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。
如本文所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
如前所述，根据本发明的实施方案可以铸造多种金属和金属合金。示例包括“超合金(superalloy)”，该术语旨在包含铁基合金、钴基合金或镍基合金，在本文中可称为基底金属(base metal)，其中铁、钴和镍为基底合金(the base alloys)的基底金属。超合金通常包括一种以上其他元素，以增强其高温性能。其他元素的非限制性实例包括铬、铝、钨、钼、铼、钌、锆、碳、钛、钽、铌、铪、硼、硅、钇和稀土金属。另外，每种基底合金可包含一种或多种其他基底金属作为附加元素，例如，包含钴和/或铁的镍基合金。另外，本文所述的铸造方法可以应用于其他金属和金属合金，例如不锈钢合金等。
本文总体上提供了由多种金属材料产生铸造部件的方法，以及所得的铸造部件。在特定实施方案中，该方法包括形成内有多种金属材料的铸造部件。例如，铸造部件可以具有多个区段，其中的每个区段具有其自己的金属材料组成和/或其自己的平均晶粒结构。在某些实施方案中，铸造工艺使用离心力和/或模具的不同环境部分。例如，在一个实施方案中，该方法可用于在单个铸造工艺中产生铸造部件，该铸造部件具有由第一金属材料形成(并且可选地具有相对较大的晶粒结构)的第一区段和由第二金属材料形成(并且可选地具有相对较细的等轴晶粒结构)的第二区段。
通常，用于产生铸造部件的方法可以包括：将第一熔融金属材料引至模具的第一部分，并且将不同的第二熔融金属材料引至模具的第二部分。这样，可以形成具有组成不同的多个区段(例如，对应于模具第一部分的第一区段，对应于模具的第二部分的第二区段等)的铸造部件。在特定实施方案中，第一熔融金属材料和第二熔融金属材料在模具内混合在一起，在第一部分和第二部分之间的过渡区中形成铸造部件内的过渡区段。
铸造部件不仅可以包括变化的、受控的组成部分，而且铸造部件还可以在其中包括变化的、受控的晶粒结构。例如，在某些实施方案中，用于产生这种铸造部件的方法包括控制模具的各个区域的温度，使得当熔融金属材料浇注到其中时，模具的不同部分可具有不同的热条件(例如，不同的初始温度)。例如，模具的裸露的第一部分的初始温度可以与接触绝缘材料(例如陶瓷粉末)的模具的第二部分的初始温度不同，模具的第二部分的初始温度可以与模具的第三部分的初始温度不同等。
在一个实施方案中，用于产生这种铸造部件的方法包括使陶瓷材料的粉末包围模具的第二部分，同时使模具的第一部分裸露。根据需要，可以在模具内包括其他部分。然后可以加热模具和陶瓷材料的粉末(即，预热模具)，使得陶瓷材料粉末内的第二部分具有初始第二部分温度，该初始第二部分温度与由裸露的模具限定的第一部分的初始第一温度不同。加热之后，可以将熔融的第一金属材料浇注到模具中，使得熔融的第一金属材料填充第一部分(对应于裸露的模具区域)。然后，可以将熔融的第二金属材料浇注到模具中，使得熔融的第二金属材料填充第二部分(同时与绝缘材料接触)。然后，可以使熔融的第一金属材料和熔融的第二金属材料冷却以形成铸造部件。例如，当模具的第二部分埋在陶瓷材料的粉末内时，可以使模具冷却。
通过这种方法，所得到的铸造部件具有在其中受控的组成变化和/或晶粒结构。例如，与模具的第一部分相对应的铸造部件的第一区段可以具有相对较大的晶粒(例如，其中主要为柱状晶粒)。与此相对，在与模具的第二部分相对应的铸造部件的第二区段内，铸造部件可主要具有细晶粒(例如，其中几乎没有或没有柱状晶粒生长)。也就是说，铸造部件的第二区段可具有第二平均晶粒尺寸，该第二平均晶粒尺寸小于铸造部件的第一区段内的第一平均晶粒尺寸。因此，可以形成整体铸造部件，在其中的不同区域具有不同特性(例如，组成和/或晶粒尺寸)。
尽管上文中将组成差异和温度差异描述为相同的部分，但是应当理解，可以根据需要将模具独立地划分为组成部分和热条件部分。
参照图1，总体上示出了用于产生铸造部件的方法的铸造系统10的横截面。铸造系统10包括限定出腔体13的模具12，并且大体上限定出中心轴线5，以下任何关于“径向”或“径向地”的讨论都指向该中心轴线5。模具12具有第一部分14(即，径向外部)和第二部分16(即，径向内部)，以及视需要可选的其他部分。在所示的实施方案中，模具12的第一部分14裸露(即，不与绝缘材料接触)，并且模具12的第二部分被绝缘材料18(例如，陶瓷材料的粉末)包围。腔体13可进一步包括贯穿其中的连接件，其在所得的铸造部件内产生通道(例如，翼型件内的流动通道)。
供应管线20流通地连接到模具12的腔体13，以将熔融金属材料供至腔体13。供应管线20可以形成为模具12的一部分，并且可以在单个入口22(如图所示)或在多个入口处连接至腔体13。这样，可以将熔融金属材料在各种多个位置同时供应至腔体13。
模具12可以安装在可绕中心轴线5旋转的基座27上。在一个实施方案中，可以根据需要控制模具12的转速，以便将受控的离心力施加到腔体13内的熔融金属材料上。
如所述的，铸造系统10可以用于形成其中具有受控的组成和/或晶粒结构的铸造部件30(例如图2所示)。在一个特定实施方案中，可以将第一熔融金属材料(例如，通过管线20和入口22)供至模具12的腔体13，使第一熔融金属材料被引至第一部分14。例如，当第一熔融金属材料供至腔体13时，模具12可以旋转，转速足以使腔体13内的第一熔融金属材料径向向外移动至第一部分14。然后，在用第一熔融金属材料填充模具12的第一部分14时，可以将不同的第二熔融金属材料供至模具12的腔体13(例如，通过管线20和入口22)。由于第一部分14被第一熔融金属材料充满，因此第二熔融金属材料填充模具12的腔体13的第二部分16。
然后，通过使第一熔融金属材料和第二熔融金属材料在它们在模具12中的各自部分中固化，第一熔融金属材料和第二熔融金属材料可以形成铸造部件30，如图2所示。如图所示，铸造部件30的第一区段32对应于模具12的第一部分14，铸造部件30的第二区段34对应于模具12的第二部分16。
在一个实施方案中，在将任何第二熔融金属材料供至腔体13之前，将第一熔融金属材料完全供至腔体13。然而，在其他实施方案中，可以在将第一熔融金属材料供至腔体13的同时将第二熔融金属材料引入腔体13中。这样，可以将第一熔融金属材料和第二熔融金属材料一起供应以形成过渡区17(通过相同的供应管线20或通过多条供应管线)。
在一个特定实施方案中，第一熔融金属材料和第二熔融金属材料在模具12的第一部分14和第二部分16之间的过渡区17内混合在一起，如图1所示。因此，可以在铸造部件30内的过渡区段35(如图2所示)内形成组分梯度，过渡区段35对应于模具12的过渡区17(如图1所示)。铸造部件30内的过渡区段35可具有组分梯度，该组分梯度跨越第一区段32(主要是第一金属材料)和第二区段34(主要是第二金属材料)。
在大多数实施方案中，在将第一熔融金属材料和第二熔融金属材料两者供至腔体13期间，模具12可以旋转。这样，可以控制第一熔融金属材料和第二熔融金属材料各自的流动，从而控制第一金属材料和第二金属材料在所得铸造部件30中的位置。
第一部分14可以主要由第一金属材料填充，例如75重量％以上(例如90重量％以上，或者99重量％以上)的第一金属材料。与此相对，第二部分16可以主要由第二金属材料填充，例如75重量％以上(例如90重量％以上，或99重量％以上)的第二金属材料。
如所述的，绝缘材料18可以包括在铸造系统10内，以控制在模具12内形成的所得铸造部件的晶粒尺寸。在一特定实施方案中，绝缘材料18是绝缘陶瓷材料(例如，绝缘陶瓷氧化物)的粉末。例如，在一个实施方案中，陶瓷材料的粉末可以包括具有相对高的热导率的氧化铝(例如，片状氧化铝)作为绝缘陶瓷材料。这样，当将第一熔融金属材料和第二熔融金属材料浇注到模具12中时，绝缘陶瓷材料可以使模具12的第二部分16保持在比裸露的第一部分14更低的温度下。不希望受任何特定理论的束缚，认为绝缘陶瓷材料防止模具在预热期间升温，这会导致更细的晶粒尺寸。另外，绝缘陶瓷材料可以提供在整个粉末中传导热量的路径，以使模具12的第二部分16中的任何热梯度最小化。其他适合用作陶瓷材料粉末的绝缘陶瓷氧化物包括但不限于氧化锆、氧化铪、二氧化钛、二氧化硅、铝酸钴、锆石、二氧化硅、氧化镁、稀土氧化物(例如氧化钇)或它们的混合物。
粉末的陶瓷材料通常包括多个陶瓷颗粒(即，陶瓷颗粒的粉末)。在某些实施方案中，粉末具有相对较小尺寸的颗粒(例如，平均粒径为约10mm以下，优选约1mm以下)，使得可以与模具12的外表面进行最大接触。在一些实施方案中，颗粒的平均粒径可为约0.25mm至约0.85mm。
与第二部分16相反，模具12的第一部分14暴露于模具12周围的大气中。即，第一部分14不与绝缘材料18(例如，陶瓷粉末)接触。这样，与模具12的第二部分16相比，模具12的第一部分14可以更快地加热和冷却。
不希望受任何特定理论的束缚，认为可以通过调节绝缘材料18的位置来调整和控制铸造部件30的晶粒尺寸。另外，认为可以通过调节初始模具温度、熔融金属材料的材料温度和/或将金属材料浇注到模具中后达到的升高的模具温度，来进一步调整和控制铸造部件30的晶粒尺寸。在一个特定实施方案中，可以将模具12的第一部分14加热到初始第一模具温度并将第二部分16加热到初始第二模具温度。在加热到初始第一模具温度和初始第二模具温度之后，可以分离热源，并且可以在初始第一模具温度和初始第二模具温度下将熔融金属材料浇注到模具12中。
在一个实施方案中，初始第二模具温度是待浇注其中的金属材料的固相线温度的一半或更低。如本文所用，术语“固相线温度”是指通常一致商定的温度，在该温度下，材料在平衡条件下冷却时完全为固体。在一个实施方案中，初始第二模具温度可以为金属材料的固相线温度的90％以下，例如金属材料的固相线温度的75％以下(例如，约20℃的室温至金属材料的固相线温度的75％)。例如，初始第二模具温度可以为金属材料的固相线温度的5％至固相线温度的90％(例如，固相线温度的5％至75％)(例如，金属材料的固相线温度的7％至小于50％)，例如金属材料的固相线温度的10％至25％。当初始第二模具温度为金属材料的固相线温度的一半或更低时，认为熔融金属材料在被浇注到模具12中时从其液相快速冷却。这样，认为第二熔融金属材料可能在填充模具12的第二部分16的同时开始结晶，使得第二熔融金属材料在浇注时开始形成其晶粒结构。不希望受任何特定理论的束缚，认为这些晶粒可以用作形成所需尺寸的晶粒的种子位点。这样的实施方案对于具有填充熔融金属材料的大腔体的部件可能特别有用。
不希望受到任何特定理论的束缚，当将熔融金属浇注到冷却器模具中时，认为热能从金属材料转移到模具中。在第二部分中，热能传递给绝缘材料。即，在加热模具的第二部分的同时冷却金属材料，这又导致围绕第二部分的绝缘材料被加热。另一方面，热能传递到模具的第一部分的周围气氛。
通常，允许发生这种受控的固化过程，直到金属材料在模具中完全固化为止。如下所述，然后，在金属材料完全固化之后，可以快速冷却模具，以抑制在对应于模具第二部分的铸造金属部件的第二区段内的晶粒生长。在受控的固化过程中，熔融金属材料将模具的第二部分从其初始第二模具温度(即，将熔融金属材料浇注到模具中时模具的第二部分的温度)加热到升高的第二模具温度，在该温度下熔融金属材料在模具内完全固化。升高的第二模具温度可能取决于多种因素，例如初始第二模具温度、浇注时熔融金属材料的体积和/或温度、存在的绝缘材料的量和/或类型，模具的尺寸和/或厚度等。例如，在某些实施方案中，升高的第二模具温度可以比第二金属材料的固相线温度的25％高(例如，高于固相线温度的25％至固相线温度的110％)。例如，升高的第二模具温度可以是第二金属材料的固相线温度的50％至85％(例如，固相线温度的60％至75％)。
当绝缘材料18是陶瓷粉末时，就热质量而言，存在于围绕第二部分16的腔体中的陶瓷粉末的量可以大于浇注到第二部分16中的金属材料的体积量。例如，热质量比可以定义为模具12的第二部分16内的陶瓷材料的体积与金属材料的体积比。在该定义中，热质量比可以大于1，表明第二部分16内粉末的热质量比浇注的金属材料更多。在特定实施方案中，热质量比可以为约2以上(例如，约5以上，例如约10以上)。
与此相对，在受控的固化过程中，熔融金属材料将模具12的第一部分14从其初始第一模具温度(即，将熔融金属材料浇注到模具中时模具的第一部分的温度)加热到升高的第一模具温度，在该温度下熔融金属材料在模具内完全固化。升高的第一模具温度可能取决于多种因素，例如初始第一模具温度、浇注时熔融金属材料的体积和/或温度、存在的陶瓷材料的量和/或类型，模具的尺寸和/或厚度等。例如，在某些实施方案中，升高的第一模具温度可以比金属材料的固相线温度的25％高(例如，高于固相线温度的25％至固相线温度的110％)。例如，升高的第一模具温度可以是金属材料的固相线温度的50％至85％(例如，固相线温度的60％至75％)。
在特定实施方案中，模具12具有围绕腔体13的壁24，熔融金属材料流入该腔体13中。模具的壁24可具有均匀或不均匀的厚度。例如，模具的壁24的厚度可以为1mm至50mm(例如2mm至10mm)。
当用作绝缘材料18时，模具12可以由陶瓷材料制成，该陶瓷材料独立地选自粉末的陶瓷材料。例如，模具12可以由氧化铝、氧化锆、氧化铪、二氧化钛、二氧化硅、铝酸钴、锆石、二氧化硅、氧化镁、稀土氧化物或它们的混合物形成。
在某些实施方案中，将第一熔融金属材料和第二熔融金属材料在其液相线温度附近浇注到模具中。如本文所用，术语“液相线温度”是指金属材料(例如合金)完全为液体的最低温度。例如，可以在金属材料的液相线温度的约80％至液相线温度的120％(例如为液相线温度的约85％至115％)的浇注温度下浇注第一熔融金属材料和第二熔融金属材料。当浇注温度等于或高于金属材料的液相线温度(例如100％至约120％)时，认为在填充模具时，熔融金属材料可以完全保持液相，使得熔融金属材料以基本均匀的方式完全填充模具。这样的实施方案对于具有小型结构的部件特别有用，熔融金属材料通过该小型结构填充。或者，当浇注温度低于金属材料的液相线温度(例如，约80％至小于100％，例如约90％至小于100％或约95％至小于100％)时，认为在填充模具时，熔融金属材料可能开始结晶，使得熔融金属材料在浇注时开始形成其晶粒结构。即，当浇注温度低于液相线温度时，可能在熔融金属材料内形成晶体，使得在其余材料结晶之前已经开始形成较小的晶粒。不希望受任何特定理论的束缚，认为这些晶粒可以用作形成所需尺寸的晶粒的种子位点。这样的实施方案对于具有大型腔体以填充熔融金属材料的部件可能特别有用。
在一个实施方案中，金属材料(独立地针对第一金属材料和第二金属材料)可以包括但不限于：纯金属，镍合金，铬合金，铁合金，钛，钛合金，镁，镁合金，铝，铝合金，镍基超合金，钴基超合金，铁基超合金或它们的混合物。
如所述的，模具12在冷却时形成铸造部件30，如图2所示。通常，模具12的第一部分14通常对应于铸造部件30的第一区段32(例如，如图所示的径向外部区段)，模具12的第二部分16通常对应于铸造部件30的第二区段34(例如，如图所示的径向内部区段)。
不希望受任何特定理论的束缚，认为本文所述的方法通过降低最终固化过程中金属材料内的热梯度可以有助于控制铸造部件内部的组成，并有助于在铸造部件的第二区段(对应于模具的第二部分)中实现明显的细晶粒结构。不希望受任何特定理论的束缚，认为陶瓷床在模具外部提供了介质，在介质中形成了围绕第二部分的热梯度，使得可以在模具的第二部分内进行更均匀的冷却。也就是说，在将熔融金属材料浇注到模具后，可以在第二部分周围的陶瓷材料粉末内形成热梯度，使得热梯度基本上从模具的第二部分内的金属材料转移到模具外部的陶瓷粉末中。这样，在铸造部件的第二区段内所得的晶粒结构在薄的区段和厚的区段上具有基本均匀的晶粒结构，而几乎没有或没有柱状晶粒生长。
与此相对，第一部分的晶粒尺寸可以大于第二部分的晶粒尺寸。在一个特定实施方案中，与第二部分中的晶粒相比，第一部分内的晶粒尺寸的纵横比(即，晶粒的最长尺寸除以晶粒的最小尺寸)可以相对较大。即，第一部分内的晶粒本质上可以是柱状的。在特定实施方案中，第一部分内的晶粒的纵横比可以为2以上(例如3以上，例如3至25)。在一个实施方案中，第一部分可以包括从第一部分的腔体13内的起始晶种生长的单晶。
在一个实施方案中，可以在固化过程中冷却第一部分14的至少一个边缘28。不希望受任何特定理论的束缚，认为可以在模具12的第一部分14内形成温度梯度，以产生在朝向冷却源(例如，冷却器)的方向上延伸的柱状晶粒。参照图1，例如，在铸造部件30的特定实施方案中，冷却器26可以位于第一部分14的外边缘28上，以使柱状晶粒径向地取向。
在特定实施方案中，冷却器26可以将边缘28的温度降低到小于模具12的第一部分14的初始第一模具温度的温度。例如，冷却器26可以是液冷板(例如水冷铜板)。对于通过铸造工艺产生的部件，可以控制冷却器26的温度。然而，在大多数实施方案中，冷却器26的冷却器温度小于绝缘材料18的温度，小于模具12的第一部分14的初始第一模具温度和/或小于模具12的第二部分16的初始第二模具温度。在特定实施方案中，冷却器26的冷却器温度比模具12的第一部分14的初始第一模具温度低至少10％，例如比模具12的第一部分14的初始第一模具温度低至少20％。
可以在浇注第一熔融金属材料和第二熔融金属材料之前、浇注第一熔融金属材料和第二熔融金属材料期间和/或浇注第一熔融金属材料和第二熔融金属材料之后，接合冷却器26。在特定实施方案中，当第一熔融金属材料的浇注开始时(即，基本上与将第一熔融金属材料引入模具12同时)接合冷却器26，并且在模具12内的第一熔融金属材料和第二熔融金属材料的固化期间保持接合。
例如，铸造部件30可在第二部分16内具有晶粒结构，该晶粒结构的平均晶粒尺寸为约250微米(μm)以下，例如约10μm至约250μm(例如，约25μm至约200μm，或约25μm至约100μm)。另外，第二部分16内的晶粒的平均晶粒尺寸和形状可以具有相对较低的纵横比，例如2以下(例如0.5至2)。或者，铸造部件30可以在第一部分14内具有晶粒结构，该晶粒结构的平均晶粒尺寸比第二部分16内的平均晶粒尺寸更大。如上所述，第一部分14中的晶粒的纵横比还可以为2以上，使得第一部分中晶粒的形状比第二部分16中晶粒的柱状程度高。
在其他实施方案中，模具12的过渡区17(即中间部分或第三部分)可以在铸造部件内形成过渡区35，该过渡区的晶粒大于在第二部分16内形成的第二区段34的晶粒，但是比在第一部分14内形成的第一区段32的晶粒的柱状程度低。即，第二区段34的晶粒的平均纵横比小于第一区段32的晶粒和过渡区35的晶粒的平均纵横比。
参照图3，示出了铸造系统10在示例性的真空熔炉130(例如真空感应熔炉、真空电阻加热器等)中。在所示的实施方案中，腔室132限定通过内壁138彼此分开的装载区134和浇注区136。在装载区134中，可以将模具12放置在升降机142上，然后在第二部分保持在绝缘材料内的同时，将模具12通过装载区134和浇注区136之间的孔口139提升到浇注区136中。如图所示，阀臂141可以关闭孔口139，以便将装载区134与浇注区136隔开。例如，阀臂141可以枢转以关闭孔口139。在其他实施方案中，阀臂141可以构造成滑动到适当位置以关闭孔口139。
如上所述，模具加热器137可以在第二部分被包围在绝缘材料内的同时将模具预热到初始第一模具温度和初始第二模具温度。另外，金属加热器143可以将第一金属材料140a和第二金属材料140b加热到浇注区136内的浇注温度(例如，如前所述，液相线温度的约90％至液相线温度的约120％)。然后，如上所述，当模具12绕其中心轴线旋转时，第一熔融金属材料140a可以浇注到模具12中。然后，如上所述，当模具12绕其中心轴线旋转时，第二熔融金属材料140b可以浇注到模具12中。
在一个实施方案中，在浇注熔融金属材料140a、140b的过程中，腔室132可以不含氧气以防止金属材料的氧化。在某些实施方案中，可在腔室132内形成真空。例如，腔室132的压力可以小于760托(例如，约300托以下)。在特定实施方案中，腔室的压力可以为约1托以下(例如，约0.1毫托至约25毫托)。在压力大于1托的条件下，在抽真空之前，优选用惰性气体(例如氩气)吹扫腔室，以确保气氛中基本上没有氧气。
在浇注熔融金属材料140a、140b之后，熔融金属材料140a、140b在模具12内冷却，同时第二部分被绝缘材料18包围。在某些实施方案中，可以在用第二熔融金属材料140b填充模具12之后不久开始冷却。例如，在浇注完成后，可以将模具12降回到装载区134中，而不使用任何加热元件(即，断开任何加热源)。例如，阀臂141可以关闭孔口139，使得装载区与浇注区136中的加热元件137和143隔开。这样，可以使金属材料140a、140b在模具12内冷却。一旦金属材料140a、140b在模具12内完全固化(例如，在升高的模具温度下)，模具12可以快速冷却以控制铸造金属部件内的晶粒生长。例如，在一个特定实施方案中，在绝缘材料18完全固化之后，可以从模具12的第二部分16周围去除绝缘材料18，以使金属材料140a、140b和模具12自行冷却。
在一个实施方案中，熔融金属材料140a、140b可经受超压(例如，压力炉)以提供力，将熔融金属材料驱动到模具中。这样的超压在其中熔融金属材料以低于液相线温度的温度浇注的实施方案中尤其有用。在使用超压的实施方案中，腔室132内可形成大于760托至约3000托(例如1000托至约2500托)的压力。这样的压力可以用惰性气体(例如氩气、氮气等)提供，以防止铸造部件的氧化。
在浇铸周期中，浇口、脱壳、其他模具隔热材料(例如Kaowool、Fiberfrax、石墨挡板)、振动、冷却、加热器设计或冷却气体(例如空气、氩气、氦气、氮气)的各种组合也会影响晶体结构和晶粒尺寸，从而也影响得到的晶体结构。
对铸造部件的化学组成和/或晶粒结构的这种控制允许设计者根据部件的位置(部分)来定制部件的特性。例如，第二区段内的较细的晶粒结构可以允许改善的强度和循环能力。相反，第一区段内的柱状程度更高的晶粒结构可以允许改进的时间相关机械性能(例如蠕变)。这种类型的控制特别适用于例如涡轮发动机中使用的旋转部件。
虽然目前公开的方法适用于多种应用，但这些方法特别适用于形成高温环境下的铸造部件，例如燃气涡轮发动机中存在的部件，如燃烧室部件、涡轮叶片、护罩、喷嘴、隔热罩和叶片。如上所述，本文描述的方法对于形成用于旋转机器(例如涡轮发动机)的铸造部件特别有用。例如，可以形成具有第二区段(对应内盘区)和第一区段(对应从盘径向向外延伸的翼型件)的叶盘。
图4是根据本公开的示例性实施方案的涡轮发动机部件40的示意性截面图。更具体地，对于图4的实施方案，涡轮发动机部件是叶盘，该叶盘包括内盘42，该内盘42具有从其径向向外延伸的多个翼型件44。内盘和多个翼型件在铸造过程中整体形成为一体部件。在所示的实施方案中，内盘42通过平台46与翼型件44分隔。与翼型件44相比，内盘42具有相对较小的晶粒。如上所述，尽管在图4中显示为相对球形的颗粒，但是可以理解，内盘42中相对较小的晶粒是指纵横比小于2，并且不要求任何圆形、规则形状等。平台46可以用作“过渡区”，其可以具有晶粒尺寸梯度，该晶粒尺寸梯度从具有相对柱状晶粒的第一区段34向具有相对较小晶粒尺寸的第二区段32过渡。如上所述，尽管在图4中显示为相对直的柱，但可以理解的是，翼型件44中的柱状晶粒是指纵横比大于2，并且不要求任何直的侧面、边缘、规则的形状等。这样，平台46可以像上面讨论的第三区段一样具有多个第三晶粒，这些第三晶粒的第三平均晶粒尺寸大于内盘42内的第二平均晶粒尺寸和/或小于翼型件44内的第一平均晶粒尺寸。
在一个实施方案中，翼型件44(例如，对应于第一部分14的第一区段32)可以包括柱状晶粒的Ni基超合金，包括但不限于Rene 142，或单晶镍基超合金，如Rene N5。例如，翼型件44可以包含至少75重量％以上(例如90重量％以上，或者99重量％以上)的这种Ni基超合金。
相反，内盘42(例如，在与第二部分16相对应的第二区段34内)可包括多晶镍铬基超合金，包括但不限于Inconel 718。例如，内盘42可以包含至少75重量％以上(例如90重量％以上，或者99重量％以上)的镍铬基超合金。
这样的叶盘40可用于任何涡轮发动机中，例如高旁通涡轮风扇喷气发动机、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴燃气涡轮发动机，包括工业和船用燃气涡轮发动机以及辅助动力单元。使用这些方法，设计人员可以将超合金性能和/或晶界与施加在部件特定区段上的应力条件匹配。
在其他实施方案中，可以形成包含至少一个内部冷却通道的单晶翼型件。这样的部件可以形成为翼型环、多个翼型节段、完整的叶盘或类似的部件。例如，参考图5，大体上示出了用于产生铸造部件的方法的另一示例性铸造系统10的横截面(类似于图1所示)。铸造系统10包括限定出腔体13的模具12，并且大体上限定出中心轴线5。如所述的，铸造系统10可用于形成其中具有受控的组成和/或晶粒结构的铸造部件。
除了上面参考图1描述的部件之外，图5所示的实施方案的铸造系统10包括内部陶瓷芯通道，该内部陶瓷芯通道由延伸到模具12的第一部分14的陶瓷芯50形成(例如，在所示实施方案中形成翼型件)。陶瓷芯50可以具有任何合适的形状以形成期望的特定内部构造。例如，可以利用铸造系统10形成芯冷却的翼型件、中空翼型件等。
在一个实施方案中，图5的铸造系统10可用于形成单晶翼型件。例如，可以将起始晶种放置在腔体13的边缘区52中。在这样的实施方案中，第一部分14可以由单晶形成(例如，用于翼型件)。第二部分16可以通过以如上所述的受控的晶粒尺寸(例如，细的、粗的或柱状的)铸造而形成。过渡区17可以形成在第一部分14和第二部分16之间。过渡区17可以包括如上所述的与第一部分14的单晶和第二部分16内的晶粒尺寸不同的受控晶粒尺寸(例如，细的、粗的或柱状的)。例如，第二部分16可以具有比过渡区17中的晶粒尺寸更细的晶粒尺寸，而第一部分14具有单晶。
图6示出了叶盘60(即，“整体叶盘(blisk)”)，其具有从盘64延伸的翼型平台66上的多个翼型件62。如图所示，利用位于边缘区52中的起始晶种，每个翼型件62可以由单晶材料形成。
以下条项的主题提供了本发明的其他方面：
1.一种产生铸造部件的方法，所述方法包括：加热内有腔体的模具；将第一熔融金属材料供至模具腔体，导入模具腔体的第一部分；将第二熔融金属材料供至模具腔体，导入模具腔体的第二部分，其中，第一熔融金属材料在组成上不同于第二熔融金属材料；然后，使第一熔融金属材料和第二熔融金属材料形成铸造部件。
2.根据任何前述条项所述的方法，其中，加热模具包括：在受控条件下加热模具，使腔体第一部分具有第一热状态，使腔体第二部分具有与第一热状态不同的第二热状态。
3.根据任何前述条项所述的方法，其中，模具的第二部分被绝缘材料包围。
4.根据任何前述条项所述的方法，其中，绝缘材料是陶瓷材料的粉末。
5.根据任何前述条项所述的方法，其中，陶瓷材料的粉末包括氧化铝、氧化锆、氧化铪、二氧化钛、二氧化硅、铝酸钴、锆石、二氧化硅、氧化镁、稀土氧化物或它们的混合物。
6.根据任何前述条项所述的方法，其中，陶瓷材料的粉末具有使热质量比大于1的热质量，所述热质量比定义为模具的第二部分内的陶瓷材料的体积与金属材料的体积比。
7.根据任何前述条项所述的方法，其中，所述粉末包含平均粒径为约1cm以下的陶瓷颗粒。
8.根据任何前述条项所述的方法，其中，使模具的第一部分裸露。
9.根据任何前述条项所述的方法，其中，第一熔融金属材料是合金或超合金，并且第二熔融金属材料是合金或超合金。
10.根据任何前述条项所述的方法，其中，将第一熔融金属材料和第二熔融金属材料在模具内混合在一起，在第一部分和第二部分之间的过渡区中形成铸造部件内的过渡区段。
11.根据任何前述条项所述的方法，其中，铸造部件内的过渡区段具有组分梯度，所述组分梯度跨越对应于第一部分的第一熔融金属材料和对应于第二部分的第二熔融金属材料。
12.根据任何前述条项所述的方法，其中，在将任何第二熔融金属材料供至腔体之前，将至少一部分第一熔融金属材料供至腔体。
13.根据任何前述条项所述的方法，其中，在将任何第二熔融金属材料供至腔体之前，将第一熔融金属材料全部供至腔体。
14.根据任何前述条项所述的方法，其中，模具可绕轴线旋转。
15.根据任何前述条项所述的方法，其中，所述方法还包括：在将第一熔融金属材料供至腔体的同时使模具绕轴线旋转。
16.根据任何前述条项所述的方法，其中，模具以足以使离心力施加到腔体内的第一熔融金属材料上的转速绕轴线旋转。
17.根据任何前述条项所述的方法，其中，第一熔融金属材料在腔体内径向向外流动。
18.根据任何前述条项所述的方法，其中，所述方法还包括：在将第二熔融金属材料供至腔体的同时使模具绕轴线旋转。
19.根据任何前述条项所述的方法，其中，模具以足以将离心力施加到腔体内的第二熔融金属材料上的转速绕轴线旋转。
20.根据任何前述条项所述的方法，其中，铸造部件具有中心轴线，并且第一熔融金属材料从铸造部件的中心轴线限定径向外部，第二熔融金属材料从铸造部件的中心轴线限定径向内部。
21.根据任何前述条项所述的方法，其中，铸造部件还包括在第一熔融金属材料和第二熔融金属材料之间的过渡区。
22.根据任何前述条项所述的方法，其中，过渡区包括第一熔融金属材料和第二熔融金属材料的混合物。
23.根据任何前述条项所述的方法，其中，加热模具，使第一部分具有初始第一部分温度，第二部分具有与初始第一部分温度不同的初始第二温度。
24.根据任何前述条项所述的方法，其中，初始第一温度大于初始第二部分温度。
25.根据任何前述条项所述的方法，其中，铸造部件具有第一区段，所述第一区段对应于模具第一部分且具有第一平均晶粒尺寸，铸造部件并具有第二区段，所述第二区段对应于模具第二部分且具有第二平均晶粒尺寸，第一平均晶粒尺寸大于第二平均晶粒尺寸。
26.根据任何前述条项所述的方法，其中，铸造部件具有第一区段，所述第一区段对应于模具第一部分且具有第一平均晶粒尺寸，铸造部件并具有第二区段，所述第二区段对应于模具第二部分且具有第二平均晶粒尺寸，第一平均晶粒尺寸的平均纵横比高于第二平均晶粒尺寸的平均纵横比。
27.根据任何前述条项所述的方法，其中，第一平均晶粒尺寸比第二平均晶粒尺寸的柱状程度高。
28.根据任何前述条项所述的方法，其中，第二平均晶粒尺寸为250微米以下。
29.根据任何前述条项所述的方法，其中，第一区段包含单晶。
30.根据任何前述条项所述的方法，其中，所述方法还包括：冷却模具第一部分的外边缘。
31.根据任何前述条项所述的方法，其中，模具的第二部分的边缘被冷却，使得模具的第一部分内存在温度梯度。
32.根据任何前述条项所述的方法，其中，所述方法还包括：在加热模具之后并且在供应第一熔融金属材料和供应第二熔融金属材料之前，从模具分离任何热源，使第一熔融金属材料和第二熔融金属材料形成铸造部件而不施加来自热源的热量。
33.根据任何前述条项所述的方法，其中，当第一熔融金属材料和第二熔融金属材料在限定在真空熔炉内的腔室中时被供应到模具中，真空熔炉的腔室的气氛压力小于1atm。
34.根据任何前述条项所述的方法，其中，使第一熔融金属材料和第二熔融金属材料形成铸造部件包括：冷却第一熔融金属材料和第二熔融金属材料。
35.根据任何前述条项所述的方法，其中，冷却第一熔融金属材料和第二熔融金属材料包括：在将第一熔融金属材料和第二熔融金属材料浇注到模具中之后，将模具从真空熔炉中取出；在第二部分被陶瓷材料的粉末包围的同时使第一熔融金属材料和第二熔融金属材料加热模具，直到熔融金属材料在模具内完全固化；然后，从陶瓷材料的粉末中取出模具，并使模具冷却。
36.根据任何前述条项所述的方法，其中，使模具冷却的同时使模具承受超压。
37.根据任何前述条项所述的方法，其中，使用压力大于760托至约3000托的冷却气氛形成超压，所述冷却气氛包括惰性气体。
38.根据任何前述条项所述的方法，其中，第二熔融金属材料具有固相线温度和液相线温度；加热模具，使得陶瓷材料的粉末内的第二部分被加热到初始第二部分温度，所述初始第二部分温度为金属材料的固相线温度的75％以下。
39.根据任何前述条项所述的方法，其中，模具由陶瓷材料制成。
40.根据任何前述条项所述的方法，其中，第二部分被陶瓷材料的粉末包围，并且模具的陶瓷材料与粉末的陶瓷材料的组成不同。
41.根据任何前述条项所述的方法，其中，模具的陶瓷材料包括绝缘陶瓷氧化物。
42.根据任何前述条项所述的方法，其中，内部陶瓷芯位于腔体的第一部分内。
43.一种铸造部件，其中，所述铸造部件包括第一区段和第二区段，所述第一区段包含第一金属材料且具有第一晶粒，所述第一晶粒具有第一平均晶粒尺寸；所述第二区段包含第二金属材料且具有第二晶粒，所述第二晶粒具有第二平均晶粒尺寸，其中，第一金属材料与第二金属材料具有不同的组成，并且，第一平均晶粒尺寸大于第二平均晶粒尺寸。
44.根据任何前述条项所述的铸造部件，其中，第一晶粒的平均第一纵横比大于第二晶粒的平均第二纵横比。
45.根据任何前述条项所述的铸造部件，其中，第一平均晶粒尺寸的纵横比为2以上。
46.根据任何前述条项所述的铸造部件，其中，第一平均晶粒尺寸的纵横比为3以上。
47.根据任何前述条项所述的铸造部件，其中，第二平均晶粒尺寸的纵横比为2以下。
48.根据任何前述条项所述的铸造部件，其中，所述铸造部件还包括具有第三晶粒的第三区段，所述第三晶粒具有第三平均晶粒尺寸，第三平均晶粒尺寸小于第一平均晶粒尺寸，并且第三平均晶粒尺寸大于第二平均晶粒尺寸。
49.一种铸造部件，其中，所述铸造部件包括第一区段和第二区段，所述第一区段包含第一金属材料且具有第一晶粒，所述第一晶粒具有第一平均晶粒尺寸；所述第二区段包含单晶的第二金属材料，其中，第一金属材料与第二金属材料具有不同的组成。
50.根据任何前述条项所述的铸造部件，其中，第一区段在其内限定内部通道。
51.一种叶盘，所述叶盘包括从内盘径向向外延伸的多个翼型件，其中，多个翼型件包括具有多个第一晶粒的第一铸造金属合金，所述第一晶粒具有第一平均晶粒尺寸；并且所述内盘包括具有多个第二晶粒的第二铸造金属合金，所述第二晶粒具有第二平均晶粒尺寸；所述第一平均晶粒尺寸大于所述第二平均晶粒尺寸。
52.根据任何前述条项所述的叶盘，其中，铸造金属合金在内盘与多个翼型件之间的过渡区中还具有多个第三晶粒，所述第三晶粒具有第三平均晶粒尺寸，所述第三平均晶粒尺寸大于所述第二平均晶粒尺寸。
53.根据任何前述条项所述的叶盘，其中，多个翼型件在其内限定出内腔体。
本说明书使用示例性实施方式来公开本发明，包括其最佳实施方式，并且还旨在使本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及实施任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构要素，或者包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构要素，则应认为这些其他示例落入权利要求的范围内。
本发明的进一步方面由以下条项的主题提供：
1.一种产生铸造部件的方法，所述方法包括以下步骤：
加热内有腔体的模具；
将第一熔融金属材料供至模具腔体，导入模具腔体的第一部分；
将第二熔融金属材料供至模具腔体，导入模具腔体的第二部分，其中，第一熔融金属材料在组成上不同于第二熔融金属材料；
然后，使第一熔融金属材料和第二熔融金属材料形成铸造部件。
2.根据任何前述条项所述的方法，其中，加热模具包括：在受控条件下加热模具，使腔体第一部分具有第一热状态，使腔体第二部分具有与第一热状态不同的第二热状态。
3.根据任何前述条项所述的方法，其中，模具的第二部分被绝缘材料包围。
4.根据任何前述条项所述的方法，其中，绝缘材料是陶瓷材料的粉末。
5.根据任何前述条项所述的方法，其中，使模具的第一部分裸露。
6.根据任何前述条项所述的方法，其中，第一熔融金属材料是合金或超合金，第二熔融金属材料是合金或超合金。
7.根据任何前述条项所述的方法，其中，将第一熔融金属材料和第二熔融金属材料在模具内混合在一起，在第一部分和第二部分之间的过渡区中形成铸造部件内的过渡区段。
8.根据任何前述条项所述的方法，其中，模具可绕轴线旋转，所述方法还包括：
在将第一熔融金属材料供至腔体的同时使模具绕轴线旋转，使第一熔融金属材料在腔体内径向向外流动。
9.根据任何前述条项所述的方法，其中，加热模具，使第一部分具有初始第一部分温度，第二部分具有与初始第一部分温度不同的初始第二温度。
10.根据任何前述条项所述的方法，其中，初始第一温度大于初始第二部分温度。
11.根据任何前述条项所述的方法，其中，铸造部件具有第一区段，所述第一区段对应于模具第一部分且具有第一平均晶粒尺寸，铸造部件并具有第二区段，所述第二区段对应于模具第二部分且具有第二平均晶粒尺寸，第一平均晶粒尺寸大于第二平均晶粒尺寸。
12.根据任何前述条项所述的方法，其中，铸造部件具有第一区段，所述第一区段对应于模具第一部分且具有第一平均晶粒尺寸，铸造部件并具有第二区段，所述第二区段对应于模具第二部分且具有第二平均晶粒尺寸，第一平均晶粒尺寸的平均纵横比高于第二平均晶粒尺寸的平均纵横比。
13.根据任何前述条项所述的方法，其中，第一区段包含单晶。
14.根据任何前述条项所述的方法，其中，在位于第一区段的腔体内有陶瓷芯。
15.根据任何前述条项所述的方法，其中，所述方法还包括：
冷却模具第一部分的外边缘。
16.根据任何前述条项所述的方法，其中，模具由陶瓷材料制成。
17.一种铸造部件，其中，所述铸造部件包括：
第一区段，所述第一区段包含第一金属材料且具有第一晶粒，所述第一晶粒具有第一平均晶粒尺寸；和
第二区段，所述第二区段包含第二金属材料且具有第二晶粒，所述第二晶粒具有第二平均晶粒尺寸，其中，第一金属材料与第二金属材料具有不同的组成，第一平均晶粒尺寸大于第二平均晶粒尺寸。
18.一种铸造部件，其中，所述铸造部件包括：
第一区段，所述第一区段包含第一金属材料且具有第一晶粒，所述第一晶粒具有第一平均晶粒尺寸；和
第二区段，所述第二区段包含单晶的第二金属材料，其中，第一金属材料与第二金属材料具有不同的组成。
19.一种叶盘，所述叶盘包括从内盘径向向外延伸的多个翼型件，其中，多个翼型件包括具有多个第一晶粒的第一铸造金属合金，所述第一晶粒具有第一平均晶粒尺寸；所述内盘包括具有多个第二晶粒的第二铸造金属合金，所述第二晶粒具有第二平均晶粒尺寸；所述第一平均晶粒尺寸大于所述第二平均晶粒尺寸。
20.根据任何前述条项所述的叶盘，其中，多个翼型件具有形成在其里面的内部通道。

Claims (10)

1.一种产生铸造部件的方法，所述方法包括以下步骤：
加热内有腔体的模具；
将第一熔融金属材料供至模具腔体，导入模具腔体的第一部分；
将第二熔融金属材料供至模具腔体，导入模具腔体的第二部分，其中，第一熔融金属材料在组成上不同于第二熔融金属材料；
然后，使第一熔融金属材料和第二熔融金属材料形成铸造部件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，加热模具包括：在受控条件下加热模具，使腔体第一部分具有第一热状态，使腔体第二部分具有与第一热状态不同的第二热状态。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，模具的第二部分被绝缘材料包围。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，绝缘材料是陶瓷材料的粉末。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，使模具的第一部分裸露。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，第一熔融金属材料是合金或超合金，第二熔融金属材料是合金或超合金。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，将第一熔融金属材料和第二熔融金属材料在模具内混合在一起，在第一部分和第二部分之间的过渡区中形成铸造部件内的过渡区段。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，模具可绕轴线旋转，所述方法还包括：
在将第一熔融金属材料供至腔体的同时使模具绕轴线旋转，使第一熔融金属材料在腔体内径向向外流动。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，加热模具，使第一部分具有初始第一部分温度，第二部分具有与初始第一部分温度不同的初始第二温度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，初始第一温度大于初始第二部分温度。
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