CN209098845U - 一种三维取向可精控的高温合金铸造设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三维取向可精控的高温合金铸造设备，包括两个浇注管，两个浇注管相互靠近的一端固定安装有同一个浇口杯，浇口杯的底侧固定安装有底板，底板的顶侧活动安装有两个选晶器。本实用新型结构简单，采用的籽晶制备方法，具有取向精确，晶粒完整性良好，无大角度晶界、杂晶、碎晶、等轴晶等晶粒缺陷存在,具有操作方便，生产效率高的特点，可适合单晶产品大批量生产时使用,采用该方法可有效提高零件的力学性能，更重要的是可精确控制晶体取向小于5°并改善铸件的晶粒完整性，提高了镍基单晶高温合金单晶叶片的性能，延长了产品的使用寿命，降低了铸造生产的废品率,籽晶的重复使用，可以大大的节约单晶的生产成本。

Description

一种三维取向可精控的高温合金铸造设备

技术领域

本实用新型涉及合金铸造技术领域，尤其涉及一种三维取向可精控的高温合金铸造设备。

背景技术

飞机用航空发动机是目前最为复杂、设计、制造难度最大的工业机械，被称为“工业皇冠”，单晶高压涡轮动力叶片是航空发动机中服役条件最为苛刻的铸件，制备难度最大，因而被称为是“皇冠上的明珠”。但单晶零件具有明显的各向异性，当晶体的一次晶体取向与叶片的主应力方向一致时，性能最好，因而一般要求铸件受应力方向与其<001>方向的夹角不能大于15°，同时晶体的二次晶体取向对铸件的性能也有明显的影响，同样需要精确控制。因此在制作单晶高温合金铸件过程中必须严格控制一次和二次晶体取向，当一次和二次晶体取向超出客户规定基准轴一定角度时，将造成报废。目前国内生产单位的单晶铸件都应用选晶法生产，因一次晶体取向偏离造成的报废率在8％到20％之间，而二次晶体取向更是无法控制。籽晶法可有效解决这一问题，但切割困难无法适用于大批量生产的需求，本发明中提出的单晶高温合金叶片用籽晶的制备方法可有效的解决这一问题，制备出晶粒完整和晶体取向均满足要求的铸件，同时可以大大的节约籽晶制备的成本，将一次枝晶、二次枝晶取向偏离造成的报废率总和降低至5％以下。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种三维取向可精控的高温合金铸造设备。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种三维取向可精控的高温合金铸造设备，包括两个浇注管，两个浇注管相互靠近的一端固定安装有同一个浇口杯，浇口杯的底侧固定安装有底板，底板的顶侧活动安装有两个选晶器，两个选晶器的顶侧均活动安装有试棒，两个试棒的顶端分别活动安装在两个浇注管的底端上，选晶器的底侧活动安装有连接管，连接管的底端活动安装有锁紧管，锁紧管的底侧活动安装有第一角度尺，第一角度尺的底侧活动安装有横向转动座，横向转动座的底侧活动安装有纵向转动座，纵向转动座活动套接有第二角度尺，第二角度尺的底侧活动安装有第三角度尺，第三角度尺的底侧活动安装有转动座，所述试棒包括圆棒，圆棒的两侧分别设有冒口以及选晶段，所述圆棒包括籽晶段，籽晶段的顶侧和底侧分别设有第一起晶段和第二起晶段。

优选的，所述锁紧管的四周内壁上均开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹安装有螺栓。

优选的，所述纵向转动座上活动套接有支架，支架活动安装在转动座的顶侧上。

优选的，所述底板的底侧活动安装有缓冲垫，缓冲垫为橡胶材质制成。

优选的，所述纵向转动座的顶侧活动安装有第一滚珠，第一滚珠与锁紧管的底侧相接触。

优选的，所述转动座的顶侧活动安装有第二滚珠，第二滚珠与支架的底侧相接触。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型中，通过浇注管、浇口杯、底板、试棒、选晶器、连接管、冒口、选晶段、圆棒、第一起晶段、第二起晶段的配合使用，可以便捷的组树，通过转动座、第三角度尺、第二角度尺、纵向转动座、横向转动座、第一角度尺、锁紧管的配合使用，可以便捷的测量；

本实用新型结构简单，采用的籽晶制备方法，具有取向精确，晶粒完整性良好，无大角度晶界、杂晶、碎晶、等轴晶等晶粒缺陷存在,具有操作方便，生产效率高的特点，可适合单晶产品大批量生产时使用,采用该方法可有效提高零件的力学性能，更重要的是可精确控制晶体取向小于5°并改善铸件的晶粒完整性，提高了镍基单晶高温合金单晶叶片的性能，延长了产品的使用寿命，降低了铸造生产的废品率,籽晶的重复使用，可以大大的节约单晶的生产成本。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种三维取向可精控的高温合金铸造设备的单晶试棒蜡模组树系统示意图；

图2为本实用新型提出的一种三维取向可精控的高温合金铸造设备的冒口及选晶段切割示意图；

图3为本实用新型提出的一种三维取向可精控的高温合金铸造设备的籽晶切割工装示意图；

图4为本实用新型提出的一种三维取向可精控的高温合金铸造设备的第一起晶段和第二起晶段籽晶回收使用位置示意图；

图5为本实用新型提出的一种三维取向可精控的高温合金铸造设备的第一起晶段和第二起晶段籽晶回收使用切割示意图。

图中：1浇注管、2浇口杯、3底板、4试棒、5选晶器、6连接管、7冒口、8选晶段、9圆棒、10转动座、11第三角度尺、12第二角度尺、13纵向转动座、14横向转动座、15第一角度尺、16锁紧管、17第一起晶段、18第二起晶段。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-5，一种三维取向可精控的高温合金铸造设备，包括两个浇注管1，两个浇注管1相互靠近的一端固定安装有同一个浇口杯2，浇口杯2的底侧固定安装有底板3，底板3的顶侧活动安装有两个选晶器5，两个选晶器5的顶侧均活动安装有试棒4，两个试棒4的顶端分别活动安装在两个浇注管1的底端上，选晶器5的底侧活动安装有连接管6，连接管6的底端活动安装有锁紧管16，锁紧管16的底侧活动安装有第一角度尺15，第一角度尺15的底侧活动安装有横向转动座14，横向转动座14的底侧活动安装有纵向转动座13，纵向转动座13活动套接有第二角度尺12，第二角度尺12的底侧活动安装有第三角度尺11，第三角度尺11的底侧活动安装有转动座10，试棒4包括圆棒9，圆棒9的两侧分别设有冒口7以及选晶段8，圆棒9包括籽晶段，籽晶段的顶侧和底侧分别设有第一起晶段17和第二起晶段18，将蜡料温度控制在60-120℃，注蜡压力0.3-20MPa的条件下注入单晶试棒和浇道模具中，以获得零件蜡模、浇口杯蜡模、底板蜡模、浇道蜡模等，将零件、浇道、浇口杯2、选晶器5和底板3按设计方案进行组合，在蜡模模组表面涂挂5-15mm厚的精密铸造模壳，然后在120-200℃下进行蒸汽脱蜡，在600-900℃下焙烧1-3个小时后获得单晶定向精密铸造型壳，将上述制的陶瓷型模壳放入定向凝固炉中，设置模壳保温温度参数：1450-1550℃，待升温后将母合金锭重熔，在钢水温度达到1450-1550℃时注入模壳中，浇注后静置3-10s后进行抽拉，抽拉速度控制在3-8mm/min。

锁紧管16的四周内壁上均开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹安装有螺栓，纵向转动座13上活动套接有支架，支架活动安装在转动座10的顶侧上，底板3的底侧活动安装有缓冲垫，缓冲垫为橡胶材质制成，纵向转动座13的顶侧活动安装有第一滚珠，第一滚珠与锁紧管16的底侧相接触，转动座10的顶侧活动安装有第二滚珠，第二滚珠与支架的底侧相接触，拉晶结束后，随炉冷却4-8分钟后取出，即可获得所需的单晶试棒的毛坯，从熔炼浇注的单晶试棒的毛坯，切去冒口7及选晶段8，留下中部圆棒9，制备成直径为15mm的试棒，应用劳厄法找出<001>方向偏离Z轴方向(Z轴方向为试棒轴向方向)的角度θ，应用籽晶切割工装固定，调整工装的横向转动座14和纵向转动座13，校正一次枝晶取向，再用线切割切取轴向平行于<001>取向的直径11±1mm，高25±1mm的试棒，将切取后的试棒放在工装中确定二次枝晶方向，先定位基准点X，把X点与试棒圆心连线作为测量基准方向(如果检测方法为背反射劳厄法，该方向即为X射线入射方向)，应用背反射劳厄法找出<100>或<010>方向偏离X方向入射方向的角度Ψ，再调节工装横向转动座14校准二次枝晶取向，将切取的试棒沿垂直于<100>或<010>方向的平面距离试棒圆心4mm切割，形成籽晶定位基准，切好的籽晶表面抛光，粗糙度小于3.2μm后，进行清洗去除油污、粘附、氧化皮等，在干燥皿或在酒精溶液中存放，备用，用以上方法制备的籽晶完成单晶铸件的铸造后，经晶粒、劳厄、X光检测合格的第一起晶段17和第二起晶段18回收使用，第一起晶段17和第二起晶段18切去多余部分，保留籽晶段，切割完成后进行晶粒检测、X光、取向检测，符合表要求的籽晶进入下一步工序，否则报废，检测合格后的籽晶表面抛光，达到粗糙度不低于3.2μm进行清洗去除油污、粘附、氧化皮等，在干燥皿或在酒精溶液中存放，备用。

工作原理：将蜡料温度控制在60-120℃，注蜡压力0.3-20MPa的条件下注入单晶试棒和浇道模具中，以获得零件蜡模、浇口杯蜡模、底板蜡模、浇道蜡模等，将零件、浇道、浇口杯2、选晶器5和底板3按设计方案进行组合，在蜡模模组表面涂挂5-15mm厚的精密铸造模壳，然后在120-200℃下进行蒸汽脱蜡，在600-900℃下焙烧1-3个小时后获得单晶定向精密铸造型壳，将上述制的陶瓷型模壳放入定向凝固炉中，设置模壳保温温度参数：1450-1550℃，待升温后将母合金锭重熔，在钢水温度达到1450-1550℃时注入模壳中，浇注后静置3-10s后进行抽拉，抽拉速度控制在3-8mm/min，拉晶结束后，随炉冷却4-8分钟后取出，即可获得所需的单晶试棒的毛坯，从熔炼浇注的单晶试棒的毛坯，切去冒口7及选晶段8，留下中部圆棒9，制备成直径为15mm的试棒，应用劳厄法找出<001>方向偏离Z轴方向(Z轴方向为试棒轴向方向)的角度θ，应用籽晶切割工装固定，调整工装的横向转动座14和纵向转动座13，校正一次枝晶取向，再用线切割切取轴向平行于<001>取向的直径11±1mm，高25±1mm的试棒，将切取后的试棒放在工装中确定二次枝晶方向，先定位基准点X，把X点与试棒圆心连线作为测量基准方向(如果检测方法为背反射劳厄法，该方向即为X射线入射方向)，应用背反射劳厄法找出<100>或<010>方向偏离X方向入射方向的角度Ψ，再调节工装横向转动座14校准二次枝晶取向，将切取的试棒沿垂直于<100>或<010>方向的平面距离试棒圆心4mm切割，形成籽晶定位基准，切好的籽晶表面抛光，粗糙度小于3.2μm后，进行清洗去除油污、粘附、氧化皮等，在干燥皿或在酒精溶液中存放，备用，用以上方法制备的籽晶完成单晶铸件的铸造后，经晶粒、劳厄、X光检测合格的第一起晶段17和第二起晶段18回收使用，第一起晶段17和第二起晶段18切去多余部分，保留籽晶段，切割完成后进行晶粒检测、X光、取向检测，符合表要求的籽晶进入下一步工序，否则报废，检测合格后的籽晶表面抛光，达到粗糙度不低于3.2μm进行清洗去除油污、粘附、氧化皮等，在干燥皿或在酒精溶液中存放，备用。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种三维取向可精控的高温合金铸造设备，包括两个浇注管(1)，其特征在于，两个浇注管(1)相互靠近的一端固定安装有同一个浇口杯(2)，浇口杯(2)的底侧固定安装有底板(3)，底板(3)的顶侧活动安装有两个选晶器(5)，两个选晶器(5)的顶侧均活动安装有试棒(4)，两个试棒(4)的顶端分别活动安装在两个浇注管(1)的底端上，选晶器(5)的底侧活动安装有连接管(6)，连接管(6)的底端活动安装有锁紧管(16)，锁紧管(16)的底侧活动安装有第一角度尺(15)，第一角度尺(15)的底侧活动安装有横向转动座(14)，横向转动座(14)的底侧活动安装有纵向转动座(13)，纵向转动座(13)活动套接有第二角度尺(12)，第二角度尺(12)的底侧活动安装有第三角度尺(11)，第三角度尺(11)的底侧活动安装有转动座(10)，所述试棒(4)包括圆棒(9)，圆棒(9)的两侧分别设有冒口(7)以及选晶段(8)，所述圆棒(9)包括籽晶段，籽晶段的顶侧和底侧分别设有第一起晶段(17)和第二起晶段(18)。

2.根据权利要求1所述的一种三维取向可精控的高温合金铸造设备，其特征在于，所述锁紧管(16)的四周内壁上均开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹安装有螺栓。

3.根据权利要求1所述的一种三维取向可精控的高温合金铸造设备，其特征在于，所述纵向转动座(13)上活动套接有支架，支架活动安装在转动座(10)的顶侧上。

4.根据权利要求1所述的一种三维取向可精控的高温合金铸造设备，其特征在于，所述底板(3)的底侧活动安装有缓冲垫，缓冲垫为橡胶材质制成。

5.根据权利要求1所述的一种三维取向可精控的高温合金铸造设备，其特征在于，所述纵向转动座(13)的顶侧活动安装有第一滚珠，第一滚珠与锁紧管(16)的底侧相接触。

6.根据权利要求1所述的一种三维取向可精控的高温合金铸造设备，其特征在于，所述转动座(10)的顶侧活动安装有第二滚珠，第二滚珠与支架的底侧相接触。