CN1863621A - 用于制造铸造部件的工具、用于制造所述工具的方法以及制造铸造部件的方法 - Google Patents

用于制造铸造部件的工具、用于制造所述工具的方法以及制造铸造部件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于由特别是钛合金的反应性非铁熔融金属制造特别是燃气涡轮部件的铸造部件的工具，所述工具形成为铸造模具。按照本发明，与反应性非铁熔融金属接触的铸造模具(10)的至少一个区域包括氧化钇、氧化镁和氧化钙。

Description

用于制造铸造部件的工具、用于制造所述工具的方法 以及制造铸造部件的方法
技术领域
本发明涉及一种由专利权利要求1的前序部分限定的铸造部件的工具。另外，本发明涉及一种如权利要求6的前序部分限定的用于制造这种工具的方法，以及如权利要求11的前序部分限定的用于制造铸造部件的方法。
背景技术
本发明涉及通过铸造方法由非铁熔融金属制造特别是燃气涡轮部件的部件，该金属特别是钛铝合金，特别是具有43-48％重量百分比的形成金属间相的铝。在铸造期间，使用称为铸造模具的模具，其中铸造模具具有与将要制造的部件的外部轮廓相对应的内部轮廓。原理上在使用非永久性铸造模具的铸造方法和使用永久性铸造模具的铸造方法之间形成不同。采用使用非永久性模具的铸造方法，只有一个部件通过一个铸造模具来制成。采用使用永久性铸造模具的铸造方法，铸造模具可使用一次以上。尤其所谓的精密铸造是使用非永久性铸造模具的铸造方法之一。这对于作为使用永久性铸造模具的铸造方法的一个实例的重力铸造进行参考。本发明特别涉及所谓的精密铸造。
按照现有技术，精密铸造使用由高耐火陶瓷制成的铸造模具。制造用于紧密铸造的铸造模具通常涉及第一步骤，其中对于随后将要制造的铸造部件来说，为模型设置铸造模具，其中该模型具有类似于将要制造的铸造部件的形状，但具有较大尺寸，使得铸造材料收缩一定程度。此模型同样称为部件蜡模。如现有技术限定那样，此部件蜡模最好多次涂覆浆体材料，以及进行铺砂并且如果需要随后进行回填，使得铸造模具在部件蜡模溶化之后获得所谓的紧凑模具和所谓的壳式模具。在部件蜡模熔化因此形成的之后，单件式铸造模具进行焙烧。将要制造的铸造部件的始终熔融的金属接着注入最好是热的铸造模具中，其中在处理之后，所制造的铸造部件从铸造模具中取出。铸造模具随后丢弃。
如上所述，按照现有技术，铸造模具由添加氧化硅的例如氧化铝、氧化锆或氧化钇的高耐热材料制成。使用现有技术涂浆方法将适当浆体材料分布在部件蜡模上。但是，含有另外的氧化硅的铸造模具是非反应性的，并且在由例如钛合金或钛铝合金的反应性非铁熔融金属制造铸造部件过程中造成表面缺陷。这可以造成表面缺陷、尺寸偏差、裂纹和作为将要制造的铸造部件上形成所谓的收缩空腔。因此公知的现有技术铸造模具不适用于反应性非铁熔融金属。
发明内容
根据这种假设，这里本发明涉及形成用于制造铸造部件的新型工具的问题、用于制造这种工具的方法以及用于制造铸造部件的方法。
此问题通过如下的工具解决，上面提出的工具还通过专利权利要求1的特征部分的特征来限定。
按照本发明，由氧化钇、氧化镁和氧化钙制成的铸造模具存在至少一个与反应性非铁熔融金属接触的区域。
按照本发明的有利的另一变型，铸造模具具有至少两层的构造，其中第一层形成与反应性非铁熔融金属接触的模具壁区域，并且第二层形成用于该模具壁区域的回填稳定层。第一层和第二层包括氧化钇、氧化镁和氧化钙，其中回填第一层的第二层具有较少的氧化钇，并且比第一层颗粒更加粗糙。
由本发明提供的用于制造这种工具的方法的特征在于独立专利权利要求6的特征。用于制造铸造部件的方法限定在专利权利要求11内。
附图说明
本发明的优选的另一变型来自于从属权利要求和以下的说明。现在将根据附图更加详细地描述本发明的实例。附图表示：
图1是由本发明提供的用于燃气涡轮叶片和铸造模具以及通过铸造制造的燃气涡轮叶片的截面图。
具体实施方式
参考图1，这里将更加详细地描述本发明。图1表示铸造模具10和通过铸造制成的燃气涡轮叶片11的截面图，其中燃气涡轮叶片11包括叶片浆叶和叶片根部13。通过铸造的燃气涡轮叶片11由铸造模具10围绕。
该实例表示具有两层结构的铸造模具。铸造模具的第一层14形成与将要制造的铸造部件的反应性非铁熔融金属接触的模具壁区域。其第二层15形成用于第一层14的回填。
在本发明的方面中，与燃气涡轮叶片11的反应性非铁熔融金属接触的铸造模具10的至少第一层14包括氧化钇、氧化镁和氧化钙。采用具有这种组分的铸造模具10，至少在第一层14的区域内避免铸造模具和反应性非铁熔融金属之间的反应，可以避免将要制造的铸造部件(即燃气涡轮叶片11)上的尺寸偏差和裂纹。
在这里所示的实例中，铸造模具10的不仅第一层14而且第二层15包括氧化钇、氧化镁和氧化钙。但是，与和将要制造的燃气涡轮叶片11的反应性非铁熔融金属接触的第一层14相比，提供回填的第二层15具有显著较低的氧化钇。除此之外，第二层15的颗粒更加粗糙，并且具有比第一层14厚的壁。出于成本和制造原因，这特别是有利的。
为了制造铸造模具，本发明提出必须为具有与将要制造的铸造部件大致相同的几何尺寸的部件蜡模设置铸造模具。部件蜡模涂覆浆体材料，其中浆体材料包括水、氧化钇、氧化镁和氧化钙。
在这里所示的实例中，将要制造的铸造模具10具有两层。因此，在由本发明提供的用于制造图1所示铸造模具10的方法的第一步骤中，部件蜡模首先最好涂覆浆体材料，其方式是形成铸造模具的第一层14。随后第一层14最好多层涂覆第二层15，其中第二层15提供用于第一层14的回填。为了制造第一层14和第二层15，提供适当调整的浆体材料，其中两种浆体材料包括水、氧化钇、氧化镁和氧化钙。但是，与用于形成第一层14的浆体材料相比，用于形成第二层的浆体材料具有较低少的氧化钇含量，并且颗粒更加粗糙。
如上所述，氧化钇和氧化镁防止将要制造的铸造部件的非铁熔融金属与铸造模具10不希望的反应。和浆体材料的水一起，氧化镁造成发热反应，水在此发热期间蒸发。这显著降低铸造模具10的层14和15的干燥时间。浆体材料以类似于混凝土凝固方式凝固。用于铸造模具的焙烧温度可以从大约1400℃降低到大约900℃，其中铸造温度也是大约900℃。这使得铸造模具的制造快速、简化和成本低。
具有较高氧化钇含量并且颗粒更加细小的第一层14具有比提供回填的第二层15更薄的壁。薄的第一层14抑止铸造模具和非铁熔融金属之间的不希望的反应。第二层15为铸造模具提供足够的机械强度，并且为铸造模具提供使得铸造模具缓慢冷却并且具有大约900℃的铸造温度的高热能能力。机械强度减小由于收缩造成的变形，并且高热能能力造成其它脆性材料的微观塑性延展性，使得在部件中不出现裂纹或破碎。
在由本发明提供的铸造模具的帮助下，将要制造的制造部件的反应性非铁熔融金属可以在没有收缩空腔的情况下固化。铸造模具可通过所谓离心铸造填充。特别是使用离心铸造时，有利的是使用可通过微波辐射或感应耦合加热的模具。金属颗粒、特别是金属网格的金属结构以及特别是石墨或硅的半传导和传导的非金属可结合在模具的各层中。
另外，本发明的目的在于为铸造模具10提供可变的厚度，特别是在第二层15的区域内。图1表示与叶片浆片12的区域相比，第二层15在叶片根部13的区域内具有更大厚度。除此之外，铸造模具的厚度还可通过使得叶片浆片12顶部处铸造模具的壁比靠近叶片根部13的下部区域更薄。这造成非铁熔融金属直接固化，并且造成固体-液体界面在叶片根部的区域内结束。
由本发明提供的铸造模具特别是适用于制造由形成金属间相的钛铝合金制成的例如叶片的燃气涡轮部件，该合金特别是具有43-48％重量百分比的铝的钛铝合金。为此，钛铝熔融合金注入所述的铸造模具中，其中制造部件在固化之后从铸造模具中取出。

Claims (12)

1.一种通过特别是钛合金的反应性非铁熔融合金来制造特别是燃气涡轮部件的铸造部件的工具，其中工具形成为铸造模具，其特征在于，与反应性非铁熔融金属接触的铸造模具(10)的至少一个区域由氧化钇、氧化镁和氧化钙制成。
2.如权利要求1所述的工具，其特征在于，与反应性非铁熔融金属接触的铸造模具(10)的至少一个模具壁区域由氧化钇、氧化镁和氧化钙制成。
3.如权利要求1或2所述的工具，其特征在于，铸造模具具有至少两层的结构，其中第一层(14)形成与反应性非铁熔融金属接触的模具壁区域，并且第二层(15)形成用于模具壁区域的回填稳定区域。
4.如权利要求3所述的工具，其特征在于，第一层(14)和第二层(15)包括氧化钇、氧化镁和氧化钙，其中回填第一层(14)的第二层(15)具有比第一层少的氧化钇，并且颗粒比第一层更粗糙。
5.如权利要求3或4所述的工具，其特征在于，第二层(15)具有比第一层(14)厚的壁。
6.一种用于通过特别是钛合金的反应性非铁熔融金属来制造特别是燃气涡轮部件的铸造部件的铸造模具的方法，其特征在于以下步骤：
a)为具有将要制造的精密铸造部件的几何尺寸的部件蜡模提供铸造模具；
b)将部件蜡模涂覆包括水、氧化钇、氧化镁和氧化钙的浆体材料；
c)干燥并且硬化用于铸造模具的涂层；
d)从铸造模具中取出部件蜡模。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤b)的同时，浆体材料在部件蜡模上分布在多层内。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，浆体材料在部件蜡模上分布在多层内，其方式是形成具有两层构造的铸造模具，其中铸造模具的第一层形成与反应性非铁熔融金属接触的模具壁区域，并且铸造模具的第二层形成回填模具壁区域的稳定层。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，铸造模具的第一层通过将包括水、氧化钇、氧化镁、氧化钙的浆体材料的一个或多个层分布在部件蜡模上来形成，并且第二层通过将包括水、氧化钇、氧化镁、氧化钙的浆体材料的一个或多个层分布在第一层上来形成。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，用于形成回填第一层的第二层的浆体材料具有比用于形成第一层的浆体材料更加粗糙的颗粒。
11.一种通过特别是钛合金的反应性非铁熔融金属来制造特别是燃气涡轮部件的铸造部件的方法，其特征在于以下步骤：
a)设置如权利要求6-10一项或多项所述的铸造模具；
b)将非铁熔融金属填充到铸造模具中；
c)固化铸造模具中的非铁熔融金属；
d)从铸造模具中取出铸造部件。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，钛铝熔融合金填充到铸造模具中，以便形成燃气涡轮部件。
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