CN220329938U - 一种震动加压细晶铸造设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种震动加压细晶铸造设备，属于粉末冶金技术领域，包括炉体，炉体通过隔板将炉体分为用于材质融化的上真空室和用于成型的下真空室，炉体下真空室内设置涡轮盘模压铸单元，涡轮盘模压铸单元包括用于制作涡轮盘的模壳固定室，模壳固定室的下方设置有震动器，震动器底部与液压缸的活塞轴连接。该震动加压细晶铸造设备在制造过程中利用高压，并且通过震动方式对组织进行优化处理，最终铸造的叶轮组织质地均匀，耐腐蚀行强。

Description

一种震动加压细晶铸造设备

技术领域

本发明涉及高温合金涡轮叶片盘细晶铸造领域，尤其涉及一种整体航空涡轮叶片盘细晶制造技术，具体是指一种震动加压细晶铸造设备。

背景技术

目前，航空部件涡轮盘是现代飞机发动机的核心部件，它在发动机燃烧室内受到高燃气的推动，将燃气的热能转化为机械动能，驱动发动机的运转，所以带叶片的涡轮盘要求质量必须满足严苛的工作环境，从而导致目前涡轮盘在加工阶段就要制定严苛的工艺。

国外近二十年来集中力量发展了高温合金定向铸造和单晶铸造技术，主要是为了提高航空发动机高压涡轮叶片的高温工作能力，从而增大发动机的推力，并延长其工作寿命。与此同时，航空发动机的恶劣工况对在中低温条件下工作的低压涡轮叶片、整体叶盘和涡轮机匣等高温合金铸件的低周疲劳寿命提出了更高要求。但是这类铸件在普通熔模精铸工艺生产条件下，一般为粗大的树枝晶或柱状晶，晶粒平均尺寸大于4mm，较典型的为4~9mm。由于晶粒粗大及组织、性能上的各向异性，很容易导致铸件在使用过程中疲劳裂纹的产生和发展，这对于铸件的疲劳性能尤其是低周疲劳性能极为不利，并且造成铸件力学性能数据过于分散，降低了设计容限。随着对发动机的整体寿命和性能要求的进一步提高，改善铸件的中低温疲劳性能及其他力学性能显得十分重要，这便导致了细晶铸造技术的产生和发展。

工业发达国家，早在20世纪70年代末就开展了高温合金细晶铸造技术的研究和应用，在20世纪80年代中后期该项技术发展趋于成熟，目前正在航空、航天工业领域中扩大其应用范围，如美国Howmet公司利用细晶铸造技术成功地制造了Mod5A、Mar-M247、IN713C、1N718等高温合金整体涡轮，使涡轮的低周疲劳寿命提高了2~3倍。德国、法国在新型号航空发动机上也采用了细晶整体涡轮铸件。国内对高温合金细晶铸造技术的研究从20世纪80年代末开始起步，我国航空制造业建立了专门的细晶铸造设备，对高温合金细晶铸造工艺进行了较系统的试验，研制了一批镍基高温合金细晶铸件，并已应用于航空发动机中，在细晶铸造研究领域内取得了重要的进展。

细晶铸造的特点和工艺方法：1.1 细晶铸造的特点，细晶铸造技术或工艺FGCP的原理是通过控制普通熔模铸造工艺，强化合金的形核机制，在铸造过程中使合金形成大量结晶核心，并阻止晶粒长大，从而获得平均晶粒尺寸小于1.6mm的均匀、细小、各向同性的等轴晶铸件，较典型的细晶铸件晶粒度为美国标准ASTM0~2级。细晶铸造在使铸件晶粒细化的同时，还使高温合金中的初生碳化物和强化相γ＇尺寸减小，形态改善。因此，细晶铸造的突出优点是大幅度地提高铸件在中低温≤760℃条件下的低周疲劳寿命，并显著减小铸件力学性能数据的分散度，从而提高铸造零件的设计容限。同时该技术还在一定程度上改善铸件抗拉性能和持久性能，并使铸件具有良好的热处理性能。

细晶铸造技术还可改善高温合金铸件的机加工性能，减小螺孔和刀刃形锐利边缘等处产生加工裂纹的潜在危险。因此该技术可使熔模铸件的应用范围扩大到原先使用锻件、厚板机加工零件和锻铸组合件等领域。在航空发动机零件的精铸生产中，使用细晶铸件代替某些锻件或用细晶铸造的锭料来做锻坯已很常见。

1.2 细晶铸造的工艺方法，细晶铸造晶核的增殖来源于合金液中已存在的或外加的固体形核基底成形核心作用，因此，细化晶粒的关键是增加合金液中的形核基底的数量。目前增加形核基底的数量的基本方法大致可分为三大类：热控法或改变铸造参数法VCP法、动力学法或机械法和化学法。

其中GX法以动力学法为基础，是高温合金细晶铸造第一代动力学法工艺，它采用较高的过热温度，在合金凝固过程中打碎已凝固的枝晶骨架成为结晶核心，从而细化铸件晶粒。与热控法相比，GX法浇注过热度较大，因而使铸件薄壁部分容易成形，所获得的铸件纯净度高，晶粒度细小而均匀，通常能达到ASTM0～２级。但晶粒形态仍保留着轻微的树枝状，其缺点是不能全面改善铸件的晶粒形态，仅使厚截面部位晶粒细化。这种方法适用于铸造叶盘和其他一些回转体铸件以及截面厚大的细晶铸件。MX法是Howmet公司开发的第二代动力学法细晶铸造工艺，其特点是将机械扰动与快速凝固相结合以获得晶粒更加细小的晶胞组织，用此法铸造的铸件晶粒度能达ASTM3~5级或更细，可与变形高温合金零件的晶粒度相媲美，因而能以比GX法更大的幅度提高铸件的力学性能。直到目前为止，该工艺仍属不公开的专利。但从有关资料分析，其工艺要点主要包括：①合金精炼后静止降温，使浇注过热度保持在20℃以内。②浇注时对合金液进行机械或电磁感应扰动，使合金液成细小的液滴流注入预热铸型的型腔。③在铸型内扰动合金液并提高铸型对合金液的冷却强度，使铸件在整个截面上都能生成均匀、细小、非枝晶的晶胞组织。MX法现主要用于生产镍基高温合金的熔模铸件、铸锭和可锻坯件。

综上所述，目前的普通压力铸造而成的铸件表面晶体组织致密不够，涡轮叶片使用过程中容易腐蚀，容易损伤。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术所存在的不足之处，提供一种震动加压细晶铸造设备，

本发明的技术解决方案是，提供一种震动加压细晶铸造设备，包括炉体，炉体通过隔板将炉体分为用于材质融化的上真空室和用于成型的下真空室，炉体下真空室内设置涡轮盘模压铸单元，涡轮盘模压铸单元包括用于制作涡轮盘的模壳固定室，模壳固定室的下方设置有震动器，震动器底部与液压缸的活塞轴连接。

作为优选，所述隔板上部设有通孔，所述通孔上设有盖板，所述盖板上设有能够将盖板从通孔上分离的操作杆。

作为优选，所述模壳固定腔室顶部设有浇筑口，所述液压缸缸升高时浇筑口能够穿过通孔移动到上真空室内。

作为优选，所述炉体侧面设有凸起部，所述凸起部设有开启时能将铸件取出的舱门。

作为优选，所述凸起部上部与上真空室连通，所述凸起部下部与下真空室连通。

作为优选，所述操作杆设置在凸起部的上表面，所述操作杆顶部位于凸起部外部，所述操作杆底部位于凸起部内部，所述操作杆底部通过连杆与盖板连接。

作为优选，所述上真空室内设有用于材质融化的坩埚加热装置，所述坩埚加热装置包括加热线圈，坩埚融化腔室。

作为优选，所述模壳固定室上还设有加热器。

作为优选，所述上真空室通过管道连通真空阀。

作为优选，所述下真空室通过管道连通增压阀。

作为优选，所述炉体的底部设置有支脚。

采用本技术方案的有益效果：1、将铸造腔室分为两个，一个为真空条件下的融化腔室，另一个为高压条件下的铸造腔室，有效防止了气泡、沙眼的铸造弊端的产生；2、铸造腔室增加震动器，利用震动对铸件进行材料质地的优化，保证了产品整体质量，提高了铸件上面的组织密度，提升产品耐腐蚀。

附图说明

图1为震动加压细晶铸造设备的结构示意图。

图2为图1中A-A处的剖视图。

图3为图1的立体结构示意图。

图4为拆除凸起部的内部结构示意图。

图5为隔板及下真空室内机构图。

图中所示： 1、炉体，2、通孔，3、盖板，4、加热器，5、震动器，6、模壳固定室， 7、浇筑口，8、液压缸，9、隔板，10、增压阀，11、下真空室，12、上真空室， 13、真空阀，14、舱门，15、坩埚加热装置，16、操作杆，17、凸起部，18、支脚。

具体实施方式

为便于说明，下面结合附图，对实用新型的震动加压细晶铸造设备做详细说明。

如图1至图5中所示，一种震动加压细晶铸造设备，包括炉体1，炉体1通过隔板9将炉体1分为用于材质融化的上真空室12和用于成型的下真空室11，炉体下真空室11内设置涡轮盘模压铸单元，涡轮盘模压铸单元包括用于制作涡轮盘的模壳固定室6，模壳固定室6可以为一个也可为多个，图中为两个的结构模式，模壳固定室6的下方设置有震动器5，震动器5底部与液压缸8的活塞轴连接。

所述隔板9上部设有通孔2，所述通孔2上设有盖板3，所述盖板3上设有能够将盖板3从通孔2上分离的操作杆16。隔板实现了上真空室和下真空室的分离，通孔目的是为了浇筑口能够上升实现液体金属介质顺利进入模具腔室，为了实现下真空室的密封，设置盖板。

所述模壳固定腔室6顶部设有浇筑口7，所述液压缸缸8升高时浇筑口7能够穿过通孔2移动到上真空室12内。

所述炉体1侧面设有凸起部17，所述凸起部17设有开启时能将铸件取出的舱门14。舱门开启方便内部铸件的拿取。

所述凸起部17上部与上真空室12连通，所述凸起部17下部与下真空室11连通。凸起部虽然分别与上真空室和下真空室都连通，但是隔板9依然将其分为两个独立腔室，上真空室和下真空室在凸起部也是被隔开的，开启舱门后可对上真空室和下真空室进行检修。

所述操作杆16设置在凸起部17的上表面，所述操作杆16顶部位于凸起部17外部，所述操作杆16底部位于凸起部17内部，所述操作杆16底部通过连杆与盖板3连接。操作杆通过内部连接传动，达到利用外部操作实现内部盖板将通孔封堵和开启的目的，结构简单，稳定性强，使用方便。

所述上真空室12内设有用于材质融化的坩埚加热装置15，所述坩埚加热装置包括加热线圈，坩埚融化腔室。坩埚加热装置利用电加热对金属材料进行加热，直至融化，该技术较为成熟，再次不做详细介绍。

所述模壳固定室6上还设有加热器4。在高压铸造的同时，为了保证质量，增加加入器，保证了液体金属能够顺利充满模壳固定室内的模具腔室。

所述上真空室12通过管道连通真空阀13。设置真空阀13的作用是将上真空室12抽真空，真空阀后面还需接上真空发生器等部件，一般工厂都有类似的设备，在此不做详细介绍。

所述下真空室11通过管道连通增压阀10。设置增压阀10作用是往下真空室11通入氩气，氩气属于惰性气体，并且高压情况下保证铸件稳定性。

所述炉体1的底部设置有支脚2。将设备稳定的固定在地面上，并且为升降油缸提供工作间隙。

使用时先将上下真空室都抽真空，上真空室内的坩埚加热装置将金属融化，然后开通过操作杆开启盖板，利用液压缸将涡轮盘模压铸单元上移，使得浇筑口通过通孔后，将液体金属介质倒入浇筑口内，然后液压缸下落，涡轮盘模压铸单元回到下真空室，再次通过操作杆将盖板封堵在通孔上。开启增压阀将氩气注入到下真空室，保持一定压力下进行铸造，在此过程中，震动器工作，金属介质在凝固过程中会实现内部组织的优化。

本技术方案将铸造腔室分为两个，一个为真空条件下的融化腔室，另一个为高压条件下的铸造腔室，有效防止了气泡、沙眼的铸造弊端的产生；铸造腔室增加震动器，利用震动对铸件进行材料质地的优化，保证了产品整体质量，提高了铸件上面的组织密度，提升产品耐腐蚀。

在上述实施例中，对本实用新型的最佳实施方式做了描述，很显然，在本实用新型的发明构思下，仍可做出很多变化，在此，应该说明，在本实用新型的发明构思下所做出的任何改变都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种震动加压细晶铸造设备，包括炉体（1），其特征在于：炉体（1）通过隔板（9）将炉体（1）分为用于材质融化的上真空室（12）和用于成型的下真空室（11），炉体下真空室（11）内设置涡轮盘模压铸单元，涡轮盘模压铸单元包括用于制作涡轮盘的模壳固定室(6)，模壳固定室(6)的下方设置有震动器(5)，震动器(5)底部与液压缸(8)的活塞轴连接。

2.如权利要求1所述的一种震动加压细晶铸造设备，其特征在于：所述隔板（9）上部设有通孔（2），所述通孔（2）上设有盖板（3），所述盖板（3）上设有能够将盖板（3）从通孔（2）上分离的操作杆（16）。

3.如权利要求2所述的一种震动加压细晶铸造设备，其特征在于：所述模壳固定室（6）顶部设有浇筑口（7），所述液压缸（8）升高时浇筑口（7）能够穿过通孔（2）移动到上真空室（12）内。

4.如权利要求3所述的一种震动加压细晶铸造设备，其特征在于：所述炉体（1）侧面设有凸起部（17），所述凸起部（17）设有开启时能将铸件取出的舱门（14）。

5.如权利要求4所述的一种震动加压细晶铸造设备，其特征在于：所述凸起部（17）上部与上真空室（12）连通，所述凸起部（17）下部与下真空室（11）连通。

6.如权利要求5所述的一种震动加压细晶铸造设备，其特征在于：所述操作杆（16）设置在凸起部（17）的上表面，所述操作杆（16）顶部位于凸起部（17）外部，所述操作杆（16）底部位于凸起部（17）内部，所述操作杆（16）底部通过连杆与盖板（3）连接。

7.如权利要求1所述的一种震动加压细晶铸造设备，其特征在于：所述上真空室（12）内设有用于材质融化的坩埚加热装置（15），所述坩埚加热装置包括加热线圈，坩埚融化腔室。

8.如权利要求1所述的一种震动加压细晶铸造设备，其特征在于：所述模壳固定室(6)上还设有加热器(4)。

9.如权利要求1所述的一种震动加压细晶铸造设备，其特征在于：所述上真空室(12)通过管道连通真空阀(13)，所述下真空室(11)通过管道连通增压阀(10)。

10.如权利要求1所述的一种震动加压细晶铸造设备，其特征在于：所述炉体（1）的底部设置有支脚（18）。