CN112267151B - 一种高温合金单晶叶片的铸造方法及陶瓷型壳 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温合金单晶叶片的铸造方法及陶瓷型壳，所述方法包括步骤：S1，制作带有型芯的蜡模，在所述型芯的斜下方向芯头贴上网状蜡模，并从所述蜡模的单晶部位用引晶蜡条斜着向上与所述网状蜡模连接；S2，通过沾浆淋砂、脱蜡和焙烧获得陶瓷型壳，其中，所述斜下方向芯头与所述陶瓷型壳之间形成网格状间隙、以及连通至单晶部位的引晶通道；S3，将陶瓷型壳进行高温预热；S4，进行高温合金的浇注和单晶定向凝固。本发明使得整个叶片保持为单晶，避免了因型壳变形形成芯头间隙而引起的披缝和杂晶缺陷。

Description

一种高温合金单晶叶片的铸造方法及陶瓷型壳

技术领域

本发明涉及精密铸造技术，更具体的是涉及一种高温合金单晶叶片的铸造方法及陶瓷型壳。

背景技术

为了提高高温合金涡轮叶片的工作温度，人们将早期的实心叶片改进成空心叶片，利用空气通过叶片的复杂内腔达到冷却叶片的目的。叶片的外形由陶瓷型壳的内表面形成，而叶片的内腔是由陶瓷型芯形成。现有工艺的制壳与铸造叶片的具体步骤如图1所示：通过压蜡工序压制出包含型芯1的叶片蜡模2(图1中步骤S1)，通过沾浆淋砂过程形成陶瓷型壳6，将型芯的芯头3、4和5埋入壳中(图1中步骤S1)，起到固定型芯的作用。在脱蜡后的焙烧和浇注前的预热过程中，由于陶瓷型壳和型芯材料的膨胀系数不同，会产生相对变形，在陶瓷型壳和埋入的芯头之间出现不规则的间隙71(图1中步骤S3)。浇注时高温合金熔液会进入这些间隙，形成不规则的金属液膜10(图1中步骤S4)。在随后的定向凝固过程中，叶片本身经过底部的选晶会生成单晶组织11并向上生长。那些向上的上端芯头3、斜上方向芯头4与型壳之间的液膜由于晚于叶身凝固，不会影响叶身的凝固组织。但那些朝侧向或下方伸出的斜下向芯头5周围间隙71里的液膜10会早于叶身凝固，形成不规则的具有杂乱晶向的金属披缝12。这些金属披缝12会长入叶片型腔形成杂晶缺陷13(图1中步骤S5)，破坏了叶片的单晶完整性。

发明内容

本发明的目的是在于解决上述技术问题。

针对上述技术问题,本发明提出了一种高温合金单晶叶片的铸造方法，所述方法包括步骤：

S1，制作带有型芯的蜡模，在所述型芯的斜下方向芯头贴上网状蜡模，并从所述蜡模的单晶部位用引晶蜡条斜着向上与所述网状蜡模连接；

S2，通过沾浆淋砂、脱蜡和焙烧获得陶瓷型壳，其中，所述斜下方向芯头与所述陶瓷型壳之间形成有网格状间隙、以及连通至单晶部位的引晶通道；

S3，将脱蜡后的陶瓷型壳进行浇注前高温预热；

S4，进行高温合金的浇注和单晶定向凝固。

优选的，所述步骤S1中，所述引晶蜡条与所述网状蜡模的最外端连接。

优选的，所述步骤S1中，所述引晶蜡条的直径为2-5mm。

优选的，所述步骤S1中，所述引晶蜡条的倾角为30-60度。

优选的，所述步骤S3中，进行高温预热、浇注和单晶定向凝固是在真空炉中进行。

本发明同时提供一种用于高温合金单晶叶片铸造的陶瓷型壳，所述陶瓷型壳包括：陶瓷型壳和置于所述陶瓷型壳内部的型芯；所述型芯包括上端芯头、斜上方向芯头、以及斜下方向芯头，其中，所述斜下方向芯头表面设置有网格状间隙，且所述网格状间隙通过一引晶通道连接至所述陶瓷型壳下部的单晶部位。

优选的，所述引晶通道在所述斜下方向芯头的最外端与所述网格状间隙连接。

优选的，所述引晶通道的孔径为2-5mm。

优选的，所述引晶通道的倾角为30-60度。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：基于以上发明内容，本发明在制备单晶叶片的蜡模时，在相应芯头部位(斜下方向芯头)贴上网状蜡模，从下部单晶部位用引晶蜡条斜着向上与网状蜡模的连接；制成的型壳与芯头形成网格状连接，即一部分面积与芯头保持间格式接触，起到固定型芯作用，另一部分形成网格状间隙，与型壳变形引起的间隙相连，浇注时金属液充满这些间隙，凝固时通过引晶通道形成网格状单晶体，并长入叶身，使得整个叶片保持为为单晶，避免了因型壳变形形成芯头间隙而引起的披缝和杂晶缺陷。

附图说明

图1为现有高温合金单晶叶片铸造流程示意图。

图2为本发明实施例高温合金单晶叶片铸造流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例一

如图2所示，本发明提供一种高温合金单晶叶片的铸造方法，所述方法包括步骤：

S1，制作带有型芯的蜡模，具体的，蜡模2通过型芯1进行支撑，型芯1具有位于上端部的上端芯头3、位于下端部的斜上方向芯头4以及斜下方向芯头5。在所述型芯1的斜下方向芯头5贴上网状蜡模14，并从所述蜡模2下部的单晶部位(参考步骤S5图示中引晶部位11)用引晶蜡条15斜着向上与所述网状蜡模14连接。

S2，通过沾浆淋砂、脱蜡和焙烧获得陶瓷型壳，具体的，通过沾浆淋砂在蜡模2的外部形成一初步的陶瓷型壳6，并进行脱蜡和焙烧。参考图1中步骤S3的图示，在步骤S2过程中，所述斜下方向芯头5与所述陶瓷型壳6之间形成有网格状间隙17、以及连通至单晶部位的引晶通道16，即一部分面积与芯头1相接触，起到固定作用，另一部分形成网格状间隙17的同时也形成网格状通道，而引晶蜡条15则形成了引晶通道16。

S3，将陶瓷型壳进行浇注前高温预热，预热时，陶瓷型壳6膨胀引起的间隙与原有网格状间隙17相连；

S4，进行高温合金的浇注，浇注时网格状间隙17和引晶条通道16充满金属液，形成网格状金属液通道。

S5，凝固时下部(单晶部分11)的单晶通过引晶条18(在引晶通道16中凝固形成)长入网格状间隙17，形成网格状单晶体19，再长入叶身，使得整个叶片保持为单晶叶片身20，避免了因芯头间隙71而引起的披缝12和杂晶缺陷13。

进一步的，所述步骤S1中，所述引晶蜡条15与所述网状蜡模14的最外端连接，由于斜下方向芯头5的最外端是最低处，由最外端连接，后续凝固步骤中，金属液从最低处开始进行凝固，确保单晶的生长顺利。

在本实施例中，所述步骤S1中，所述引晶蜡条的直径为2-5mm。

在本实施例中，所述步骤S1中，所述引晶蜡条的倾角为30-60度。使引晶通道不会因过于平缓而产生杂晶，也不会因过于竖直而增加连接上的困难。

在本实施例中，所述步骤S3中，进行高温预热是在真空炉中进行。

本发明实施例在制备单晶叶片的蜡模2时，在相应芯头部位(斜下方向芯头5)贴上网状蜡模14，从下部单晶部位用引晶蜡条15斜着向上与网状蜡模14的最外端连接；制成的陶瓷型壳6与斜下方向芯头5形成网格状连接，即一部分面积与芯头保持间格式接触，起到固定型芯作用，另一部分形成网格状间隙17，与型壳变形引起的间隙相连，浇注时金属液充满这些间隙，凝固时通过引晶条18形成网格状单晶体19，并长入叶身，使得整个叶片保持为为单晶，避免了因型壳变形形成芯头间隙而引起的披缝和杂晶缺陷。

实施例二

参考图2所示，本发明同时提供一种用于高温合金单晶叶片铸造的陶瓷型壳，所述陶瓷型壳包括：陶瓷型壳6和置于所陶瓷型壳6内部的型芯1；所述型芯包括上端芯头3、斜上方向芯头4、以及斜下方向芯头5，其中，所述斜下方向芯头5表面设置有网格状间隙17，且所述网格状间隙17通过一引晶通道16连接至所述陶瓷型壳6的单晶部位11。

本实施例中，所述引晶通道16在所述斜下方向芯头5的最外端与所述网格状间隙17连接，由最外端连接，后续凝固步骤中，金属液从最低处开始进行凝固，确保单晶的生长顺利。

在本实施例中，所述引晶通道的孔径为2-5mm。

在本实施例中，所述引晶通道的倾角为30-60度。

上述实施例仅用于说明本发明的具体实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，都应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高温合金单晶叶片的铸造方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1，制作带有型芯的蜡模，在所述型芯的斜下方向的芯头贴上网状蜡模，并从所述蜡模的单晶部位用引晶蜡条斜着向上与所述网状蜡模连接，所述引晶蜡条与所述网状蜡模的最外端连接；

S2，通过沾浆淋砂、脱蜡和焙烧获得陶瓷型壳，其中，所述斜下方向芯头与所述陶瓷型壳之间形成有网格状间隙、以及连通至单晶部位的引晶通道；

S3，将陶瓷型壳进行浇注前高温预热；

S4，进行高温合金的浇注和单晶定向凝固。

2.按照权利要求1所述的高温合金单晶叶片的铸造方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述引晶蜡条的直径为2-5mm。

3.按照权利要求1所述的高温合金单晶叶片的铸造方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述引晶蜡条的倾角为30-60度。

4.按照权利要求1所述的高温合金单晶叶片的铸造方法，其特征在于，所述步骤S3中，型壳高温预热、浇注和单晶定向凝固是在真空炉中进行。

5.一种用于高温合金单晶叶片铸造的陶瓷型壳，其特征在于，所述陶瓷型壳包括置于型壳内部的型芯；所述型芯包括上端芯头、斜上方向芯头、以及斜下方向芯头，其中，所述斜下方向芯头表面设置有网格状间隙，且所述网格状间隙通过一引晶通道连接至所述陶瓷型壳的单晶部位，所述引晶通道在所述斜下方向芯头的最外端与所述网格状间隙连接。

6.按照权利要求5所述的用于高温合金单晶叶片铸造的陶瓷型壳，其特征在于，所述引晶通道的孔径为2-5mm。

7.按照权利要求5所述的用于高温合金单晶叶片铸造的陶瓷型壳，其特征在于，所述引晶通道的倾角为30-60度。

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