使用定向冷却的失蜡铸造法制造部件的方法技术

本发明专利技术涉及一种使用失蜡铸造法制造金属部件的方法，该金属部件由镍合金制成、具有柱状结构或单晶结构并具有至少一个细长形空腔，所述方法包括以下步骤：部件的蜡模型(20)，所述蜡模型具有与空腔相对应的陶瓷芯体(10)，陶瓷芯体包括用于保持在一纵向端的第一边缘部(14)和用于保持在相反端的第二边缘部(16)；围绕模型制作壳模，模具包括基部并且芯体的第一边缘部与基部处于相同端；将模具以基部设立于炉的炉床上的方式放置在炉中；将熔融合金倒入壳模中；通过从炉床开始沿传播方向逐渐冷却实现被倒入金属的定向凝固。本发明专利技术的特征在于，芯体(10)通过在芯体的第一边缘部(14)与模具的壁之间提供锚固的锚定构件(40)固定至壳模，芯体的第二边缘部(16)通过在模具的壁上滑动的保持构件(17)保持在模具中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及金属部件领域，所述金属部件为比如通过在壳模中铸造金属获得的涡轮机叶片，并且涉及一种通过柱状或单晶式定向凝固制造这些部件的方法。
技术介绍
通过失蜡铸造制造金属部件的方法包括以下相继步骤。首先，用蜡或另一种临时性材料生产待被制造的部件的模型。在适用的情况下，模型围绕同样由蜡制成的中央圆筒连接为一簇。由陶瓷材料制成的壳随后通过连续浸泡在适合组分的粉桨(包括悬浮在液体中的陶瓷材料颗料)中、替代性地通过喷洒耐火砂形成在这样组装的模型上。随后蜡模型在通过对由此形成的壳模进行加热来固结时被去除。接下来的步骤包括将熔融金属合金(特别是镍基高温合金)倒入壳模中，并且随后对获得的部件进行冷却以根据期望的单晶结构使部件定向凝固。在凝固后，通过敲击去除壳以便从壳中取出部件。最后，实施精加工步骤以便去除多余材料。冷却和凝固步骤因此得到控制。金属合金的凝固为从液相改变至固相，定向凝固包括沿给定方向发展熔融金属池中的“核”的生长，从而通过控制热梯度和凝固速度避免了新核的出现。定向凝固可以为柱状式或单晶体式。柱状定向凝固包括沿同一方向定向所有的晶粒接点，从而晶粒接点不会促成裂缝的传播。单晶定向凝固包括完全消除晶粒接点。定向柱状或单晶凝固以下述众所周知的方式实施:通过将壳模(在其底部敞开)放置在冷却的炉床上，随后，将组件引入能够将陶瓷模具保持在高于待铸造合金的液相线的温度下的加热设备中。一旦实施铸造，位于设置在壳模的底部处的开口中的金属几乎在与冷却炉床接触的瞬时凝固并且凝固大约一厘米的有限高度，在该有限高度内金属具有等轴粒状结构，即，金属在该有限高度内的凝固在无任何优选方向下自然地发生。在有限高度以上，由于所施加的外部热量，金属保持在液体状态。炉床在控制速度下向下移动以便从加热装置中取出陶瓷模具，从而导致金属的逐渐冷却，金属从模具的底部到模具的顶部继续凝固。柱状定向凝固通过在炉床移动的操作期间在液固相变化区域中在质量和方向方面维持适当温度梯度来获得。这使得能够防止在凝固前沿的前方产生新核的过熔。因此，唯一允许晶粒成长的核为等轴区域中预先存在的、与冷却炉床接触而凝固的那些核。由此获得的柱状结构由一系列狭长晶粒组成。单晶定向凝固还包括在待铸造部件与冷却炉床之间插置挡板或者晶粒选择器或者单晶核；控制热梯度和凝固速度使得在凝固前沿的前方不会产生新核。在冷却后成为单晶铸造部件。当希望对铸造部件提供特别的机械和物理特性时，通常使用柱状或单晶定向凝固技术制造铸造部件，特别是涡轮机叶片。当铸造部件为涡轮机叶片时情况尤其如此。附加地，如本身已知的，当使用具有或不具有定向凝固的失蜡铸造方法时，使用反馈器以便去除待制造部件的端部区域中的气孔缺陷。实际上，当生产蜡模型时会设置多余的容积，设置这些多余容积用以克服凝固后部件的易于具有气孔缺陷的区域。当制造壳时，多余的容积导致壳内的额外容积，多余容积在铸造期间以与壳的其他部分相同的方式填充熔融金属。反馈器为填充壳内多余容积的凝固金属的储存器。当出现气孔缺陷时，气孔缺陷随后移入至反馈器中，并不再位于制造的部件本身中。随后，一旦金属凝固并冷却，反馈器在例如通过机械加工、切削或研磨的部件精加工操作期间去除。如以申请人名义在专利FR2724857中描述的，还已知一种用于制造单晶叶片(比如涡轮喷嘴)的方法，所述单晶叶片包括相对于叶身的母线横向的两个平台之间的至少一个叶片。根据该方法的方式，模具在其顶部供给熔融金属。执行定向凝固(定向凝固的前沿从底部到顶部竖直行进)，并且通过放置在模具的底部处的选择装置选择单个单晶晶粒，并且在出口处存在预定取向并且与竖直方向一致的单个晶粒。本专利技术涉及制造具有至少一个空腔的部件，并且该部件的蜡模型围绕陶瓷芯体铸造。当熔融金属倒入时，芯体在部件内保留与所需空腔对应的容积。对涡轮机叶片，以此方式生产冷却流体流经的空腔。根据已知的制造方法，用于涡轮机叶片的陶瓷芯体包括各自位于每个纵向端处的两个保持跨部或凸耳。模型制备成使得在芯体的位于模具的顶部中的基部区域中限定陶瓷芯体的嵌入或锚定。根据该技术，之所以如此是因为芯体和蜡模型以基部位于顶部处且顶部位于底部处的方式安装。因此，在陶瓷铸造操作后，形成的陶瓷壳将芯体锁定在该区域中。在铸造期间，熔融金属填充由预先已去除的蜡释放的空腔。熔融金属占据芯体和壳的壁之间的空间。随后，通过向下拉动炉的放置了壳的炉床来实行凝固，凝固从若干金属晶粒凝固的开始部扩展并随后继而扩展到叶片的顶部，叶身和根部。在凝固中，金属在凝固开始部分中的端跨部处产生芯体的第二锚定。随后，芯体保持在两个端部处并在压缩下产生应力。因此，芯体通过挠曲发生变形。芯体不再遵从其理论位置，并且在部件上可能出现缺陷:金属壁厚可能不再符合规定，或者芯体在两端处的两个嵌入应力的作用下通过挠曲击穿叶片的金属壁。在这两个情况下，必须废弃部件。此外，在凝固开始时定位嵌入具有扰乱凝固前沿的缺陷，并伴随出现产生寄生晶粒或定向障碍的风险。此外，在单晶的情况下，还存在在嵌入区域的任意一侧上重新附着增长边缘的缺陷。
技术实现思路
因此，本专利技术的主题是克服了以上陈述的问题的制造部件的方法。根据本专利技术的使用失蜡铸造法制造金属部件的方法，所述金属部件由镍合金制成、具有柱状或单晶结构并具有至少一个细长形空腔，所述制造方法包括以下步骤:生产部件的蜡模型，所述蜡模型具有与所述空腔相对应的陶瓷芯体，陶瓷芯体包括位于纵向端处的第一保持跨部和位于相反端处的第二保持跨部；围绕模型制造壳模，模具包括基部并且芯体的第一跨部与基部位于同一侧上；将模具以基部放置在炉床上的方式放置在炉中；将熔融合金倒入壳模中；通过从炉床开始沿传播方向逐渐冷却定向凝固倒入的金属；其特征在于，芯体通过芯体的第一跨部与模具的壁之间的锚定构件固定至壳模，芯体的第二跨部通过在模具的壁上滑动的保持构件保持在模具中。由于芯体没有通过在其两端锚定被保持，因此本专利技术的方案避免了芯体在定向凝固的传播期间的变形。因此，芯体不会受模具与芯体之间的膨胀系数差可能导致的力被压缩。此外，不存在产生寄生晶粒的风险或主晶粒的重新附着的缺陷。本专利技术的方案还保证芯体在部件的从部件的蜡模型到铸造及凝固的整个加工阶段期间的位置。有利地，锚定构件包括杆，更具体地，杆由耐火陶瓷例如氧化铝制成，杆穿过第一跨部和模具的壁。优选地，陶瓷杆具有大约I毫米的较小直径。杆穿过蜡模型和芯体，蜡模型和芯体预先加工有直径比杆的直径稍大的穿孔以便避免在该位置引起的应力。根据另一个特征，滑动保持构件由形成在跨部与模具的壁之间的空间形成，该空间通过在生产模型时沉积在跨部的表面上的膨胀清漆膜获得。清漆随后在模具脱蜡操作期间被去除。例如，清漆为指甲油式的材料，从而使每层能够获得百分之几毫米的厚度。适用于该应用的清漆包括溶剂、树脂、硝化纤维、增塑剂。例如，本专利技术的方法中可以使用诸如商品名“All formulae Peggy Sage nail polish”下出售的“触变基”的清漆。膜更准确地置于第二跨部与模具的壁之间。膜在壳模形成之前涂覆于第二跨部的平行于冷却传播方向(即，在可移动炉床的情况下，平行于可移动炉床的推动方向)的表面。优选地，清漆膜非常薄，大约为百分之3至5毫米。其目的是首先防止在脱蜡后模具的壁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用失蜡铸造法制造金属部件的方法，所述金属部件由镍合金制成、具有柱状结构或单晶结构并具有至少一个细长形空腔，所述方法包括以下步骤：生产所述部件的蜡模型(20)，所述蜡模型(20)具有与所述空腔相对应的陶瓷芯体(10)，所述陶瓷芯体包括位于纵向端处的第一保持跨部(14)和位于相反端处的第二保持跨部(16)；围绕所述模型生产壳模(30)，所述壳模包括基部并且所述芯体的第一跨部(14)与所述基部位于同一侧上；将所述壳模以所述基部放置在炉床(105)上的方式放置在炉(100)中；将熔融合金倒入所述壳模中；通过从所述炉床开始沿传播方向逐渐冷却定向凝固倒入的金属；其特征在于，所述芯体(10)通过所述芯体的第一跨部(14)与所述壳模(30)的壁之间的锚定构件(40)固定至所述壳模，所述芯体的第二跨部(16)通过在所述壳模的壁上滑动的保持构件(17)保持在所述壳模中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊万·雷帕特，克里斯泰勒·贝泰勒米，乔治斯·乔斯林·玛丽·贝诺特，大卫·勒卡特利，塞巴斯蒂安·迪加尔布鲁德奎萨特，
申请(专利权)人：斯奈克玛，
类型：发明
国别省市：法国;FR