燃气轮机叶片铸件的定向凝固方法和生产该铸件的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及燃气轮机叶片铸件的定向凝固方法和生产该铸件的装置，具体是铸造技术领域，特别是通过至少一个惰性气体超声波气流在模具中冷却熔体的处理，气流在叶片铸件凝固区域引导到模具。该方法在燃气轮机定子叶片和转子叶片的耐热合金铸件的生产中特别有用。生产定向凝固和单晶结构的燃气轮机叶片铸件的装置包括置于真空外壳中的工艺腔室，被隔热屏水平分为加热区域和冷却区域，隔热屏置于保持环上，保持环安装在加热腔室和冷却腔室之间的圆柱壁中距壁底座优选0.30-0.55的壁高度的位置，冷却腔室外壳由两部分构成，在其之间设置供给惰性气体气流的环形气体收集器，其装配有置于距隔热屏的底部表面优选45-75mm的双向气体喷射器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的主题是燃气轮机叶片铸件的定向凝固方法和用于生产定向凝固和单晶结构的燃气轮机叶片铸件的装置。本专利技术涉及铸造
，特别是模具中的熔体通过其冷却的处理，并且可以应用于燃气轮机的定子叶片和转子叶片的耐热合金铸件的生产。
技术介绍
存在已知的燃气轮机叶片铸件的生产方法，所述燃气轮机叶片铸件具有定向凝固和单晶结构，其基于在铸造模具中耐热合金熔融物的定向凝固，这在俄罗斯专利 RU2152844(B22D27/04，2000 年 7 月 20 日公开)、RU2157296 (B22D27/04，2000年10月10日公开)、RU2211746 (B22D27/04，2001年12月26日公开)、和美国教导US6311760(B22D27/04，2001 年 11 月 6 日公开)中公开。已知的方法包括:具有凝固合金的真空陶瓷壳模具从加热区域到冷却区域的竖直移动，并且使用惰性气体气流对其冷却，其中惰性气体气流通过具有喷嘴的喷射器产生，喷射器大致径向于冷却区域的轴线和/或沿着冷却区域的轴线从顶部到底部引导冷却气流。按照技术本质和所实现技术效果来说最接近的方法是美国专利US5921310(B22D27/04，1999年7月13日公开)中公开的制造定向凝固和单晶结构的涡轮机叶片铸件的方法，其包括将待填充熔体的铸造模具移动到加热区域中，从坩祸倒出温度在合金液相线温度以上的耐热合金熔融物，具有熔体的真空铸造模具从加热区域通过隔热屏的开口移动到冷却区域，并且通过使用在冷却区域上部的惰性气体气流冷却铸造模具，在距冷却区域上部不大于40mm的位置，定向凝固耐热合金熔融物，惰性气体气流被引导通过开口或喷嘴、向下和沿着铸造模具的外表面被引导。已知方法的共同缺点是在具有不同宽度翼弦的叶片铸造期间很难提供稳定和最佳的冷却条件以便在凝固前沿达到最大纵向和最小横向的温度梯度。这导致铸件中的结构缺陷，特别是在铸件从一个厚度转变到另一厚度的区域，导致了可使用产品的百分比减少和过度气体消耗。此外用于基于定向凝固来生产由耐热合金制成的定向凝固和单晶结构的燃气轮机叶片铸件的装置在专利US3690367 (B22D41/00，1979年9月12日公开)、RU2152844(B22D27/04，2000 年 7 月 20 日公开)、RU2157296 (B22D27/04，2000 年 10 月 10 日公开)、US6311760 (B22D27/04，2001 年 11 月 6 日公开)和 RU2211746 (B22D27/04，2001 年12月26日公开)中公开。用于实现定向凝固最有效的是生产铸件的装置呈置于真空外壳中竖直圆柱腔室的形式、用具有中心开口的隔热屏在加热区域和冷却区域之间分开。腔室在加热区域中包括用于熔化和倾倒合金到铸造模具中的设备，并且在冷却区域中包括用于供给冷却剂(通常是冷冻后的惰性气体)到铸造模具表面的喷嘴，冷却剂从加热区域引导到紧邻喷嘴的冷却区域中。已知装置的共同缺点是很难在具有熔体的铸造模具的加热和冷却期间提供稳定和最佳条件，该条件在整个模具高度上对形成铸件的定向凝固和单晶结构是必须的。按照技术本质和所实现技术效果来说最接近的装置是美国专利US5921310(B22D27/04，1999年7月13日公开)中公开的用于制造定向凝固和单晶结构的涡轮机叶片铸件的装置，其由置于真空外壳中的圆柱腔室构成，用具有中心开口的隔热屏在加热区域和冷却区域之间分开。在腔室上方设置用于熔化和倾倒合金到铸造模具的设备，其具有旋转感应炉、用于熔化的坩祸和倾倒料斗。此外，所述装置包括用于水冷固化器的竖直移动的驱动装置，铸造模具设置在该水冷固化器上。所述装置在加热区域中的腔室具有感应器、隔热层和石墨衬套，并且在冷却区域中具有水冷外壳和用于供给惰性气体气流的呈具有喷嘴的腔室形式的装置，另外隔热屏中的中心开口的一部分由环形密封件封闭，环形密封件通过由隔热材料制成的柔性片形成。此外，用于供给冷却惰性气体气流的装置在距冷却装置上部不大于40mm的位置在熔体的一部分已经凝固的区域中提供铸造模具的冷却，其中喷嘴引导惰性气体气流向下并且沿着铸造模具的外表面经过不变的轨迹。上述装置实施用于生产定向凝固和单晶结构的燃气轮机叶片铸件的方法，其包括将待填充熔体的铸造模具移动到加热区域中，从坩祸倒出温度在合金液相线温度以上的耐热合金，具有熔体的真空铸造模具从加热区域经过隔热屏中的开口移动到冷却区域中，并且通过用惰性气体气流在冷却区域的上部距冷却区域的上部不超过40mm的位置冷却铸造模具进行耐热合金的定向凝固。上述装置的缺点是在腔室元件的结构中没有优化的方案，即:-在不同构造和不同宽度翼弦的叶片的生产中，由于无法达到模具的最大冷却效率而限制了装置的技术潜力，-不能在凝固前沿上提供在铸件中避免结构缺陷所必须的足够高的纵向和足够低的横向温度梯度，-降低了铸件的品质和可使用产品的百分比。
技术实现思路
本专利技术的目的和技术效果是提供一种燃气轮机叶片铸件的定向凝固方法，其提供用于金属定向和单晶结构发展的最佳条件，其与叶片翼弦的宽度无关，在铸件从一个厚度转变到另一厚度的区域不存在铸件中的缺陷。根据本专利技术方法的主题，包括具有正在凝固熔体的真空陶瓷壳模具从加热区域到冷却区域的竖直移动，并且使用惰性气体气流对其冷却，惰性气体气流在冷却区域的上部被引导到模具，其在于:通过每喷嘴0.5-2g/s消耗量的至少一个惰性气体超声波气流进行叶片铸件的冷却，所述超声波气流在叶片铸件的凝固区域被引导到模具。当具有达到50mm翼弦的叶片铸件通过每喷嘴0.5_2g/s消耗量的一个惰性气体超声波气流进行冷却时是有利的，所述超声波气流在叶片铸件的最近边缘的凝固区域被引导到模具。当具有从50mm到70mm翼弦的叶片铸件通过每喷嘴0.5_2g/s消耗量的两个惰性气体超声波气流进行冷却时是有利的，所述超声波气流分别在叶片铸件的压力面的凝固区域和吸力面的凝固区域被引导到模具。此外，当具有70mm以上翼弦的叶片铸件通过每喷嘴0.5_2g/s消耗量的三个惰性气体超声波气流进行冷却时是有利的，所述超声波气流分别在叶片铸件的最近边缘的凝固区域、压力面的凝固区域和吸力面的凝固区域被引导到模具。根据本专利技术装置的主题，包括置于真空外壳中的竖直工艺腔室，其中腔室上方设置用用熔化合金和将熔体倾倒到铸造模具中的装置，其中腔室被具有中心开口的屏障形式的隔热屏水平分为加热区域和冷却区域，其中腔室的外壳包括供给冷却惰性气体气流的装置，其在于隔热屏被置于保持环上，保持环被安装在加热区域和两件式冷却区域之间的圆柱壁中距壁的底座0.25，优选0.30-0.55的壁高度的位置，其中在腔室的外壳中在冷却区域设置环形气体收集器，环形气体收集器供给冷却惰性气体气流，并且装配有双向气体喷射器，喷射器设置在距隔热屏的底部表面至少40mm，优选45-75mm的位置。当驱动器被设置在腔室下方，用于上下移动水冷固化器，所述铸造模具被置于水冷固化器上时是有利的。其次，当在加热区域中的腔室包括由隔热层分开的感应器和石墨衬套时是有利的。再次，当隔热屏中的中心开口的一部分通过由隔热材料制成的扇形形式的柔性片封闭，所述扇形通过在隔热屏中的径向切割获得时是有利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气轮机叶片铸件的定向凝固方法，包括：使具有正在凝固熔体的真空陶瓷壳模具从加热区域竖直移动到冷却区域中，并且用惰性气体气流冷却该真空陶瓷壳模具，所述惰性气体气流在冷却区域的上部被引导到模具，其特征在于，通过每喷嘴0.5‑2g/s消耗量的至少一个惰性气体超声波气流进行叶片铸件的冷却，所述超声波气流在叶片铸件的凝固区域被引导到模具。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A·维伊奇茨恩斯基，M·里斯伊维茨，J·克瓦斯尼卡，W·科斯特里卡，
申请(专利权)人：赛科沃里克欧洲有限责任公司，
类型：发明
国别省市：波兰;PL