用于制造定向凝固铸件的方法和装置制造方法及图纸

一种用于制造定向凝固铸件的方法，该方法能够提高一个铸型或多个铸型的可靠性，所述方法包括下列步骤： 在一个熔铸炉的加热区域中将所述铸型加热到一个预定的温度； 将初始足量的熔融超合金材料浇注到位于所述加热区域中的所述铸型内以使熔融超合金材料的位置在所述铸件的凝固前沿上方，从而防止定向凝固铸件的晶体生长出现扰动； 通过将所述铸型从所述加热区域拉入一个冷却区域使所述熔融超合金材料定向凝固，同时以一定的速度进一步将所述熔融超合金材料浇注到所述铸型中，以使所述熔融超合金材料的位置在所述凝固前沿上方；以及 停止将所述熔融超合金材料浇注到所述铸型中，使得所述铸件的凝固部分的高度大于所述铸件总高度的一半。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于制造定向凝固铸件的方法和装置，以及利用所述方法和装置所制造出来的铸件。本专利技术特别适用于制造用于汽轮机中的长度大于200毫米的部件。本专利技术特别涉及一种能够提高陶瓷铸型在所述铸件浇注过程中的可靠性的方法和装置。
技术介绍
利用可生产单向柱状晶粒铸件或单晶铸件的定向浇注技术提高超合金性能是公知的。单晶铸件与常规的多晶铸件的主要区别在于缺少方向不同和方向任意的晶粒之间的边界。目前，应用超合金铸件的工业，诸如飞行器和地面上的汽轮机工业，需要选择单晶或多晶定向凝固铸件。利用一种单向凝固方法可以制造包括单晶和多晶的定向凝固铸件，在所述的单向凝固方法中，将一个装有熔融超合金材料的浇注壳型从一个加热炉向下拉出。所述熔融超合金材料从所述铸型的下端向着上端逐渐凝固。对于生产单晶铸件来说，将一个具有诸如<001>晶向的结晶方向的晶粒放置在所述铸型的底部。一种制造定向凝固铸件的方法包括下列步骤在一个加热区域内将熔融金属浇注到一个铸型中，利用一个激冷板使所述铸型的底部冷却，并且通过将所述铸型逐渐从所述加热区域中拉出的方式使所述熔融金属结晶以便利用对流辐射方式使所述铸型的底部和上部得到冷却，从而使所述铸件凝固。这种方法已经在美国专利No.3 857 436中被披露。制造定向凝固铸件的另一种方法包括下列步骤在一个加热区域内将熔融金属浇注到一个过热的铸型中，并且将所述铸型从所述炉中拉入一个液体冷却池中，所述液体冷却池的温度低于所浇注金属的固相温度。这种方法已经在美国专利No.3 915 761中被披露。这些方法的其它变型已经在俄罗斯联邦(Russian Federation)专利N 2010672和俄罗斯专利证书(Russian Author Certificate)USSR N 1061926中被披露。上述方法的缺陷在于，所生产的铸件的长度尺寸和横截面是受限制的。一部分原因是由于在浇注过程中所述铸型的不可靠性所导致的。对于大型铸件来说，即长度大于200毫米的铸件，当将熔融合金浇注到所述铸型中并接着使所述铸型冷却时，静压力作用在所述铸型上。这些作用力会使所述铸型和所制造的铸件形状发生变形。在浇注大型铸件过程中所述铸型本身常常遭到破坏。因此，需要提供一种可生产长度大于约200毫米的大型铸件的方法和装置，其中在浇注过程中所述铸型是比较可靠的。专利技术概述本专利技术提供一种用于制造定向凝固铸件的方法，该方法能够提高铸型的可靠性，其特征在于，所述方法包括下列步骤在一个熔铸炉的加热区域中将所述铸型加热到一个预定的温度；将初始足量的熔融超合金材料浇注到位于所述加热区域中的所述铸型内以使熔融超合金材料的水平位置在所述铸件的凝固前沿上方，从而防止定向凝固铸件的晶体生长出现扰动；通过将所述铸型从所述加热区域拉入一个冷却区域使所述熔融超合金材料定向凝固，同时以一定的速度进一步将所述熔融超合金材料浇注到所述铸型中以使所述熔融超合金材料的水平位置在所述凝固前沿上方；以及停止将所述熔融超合金材料浇注到所述铸型中，使得所述铸件的凝固部分的高度大于所述铸件总高度的一半。本专利技术还提供一种在浇注过程中可以提高所述铸型可靠性的悬挂系统。所述悬挂系统包括紧紧围绕所述熔铸炉中铸型的水平承重梁或杆。所述悬挂系统的另一种实施方案是，所述悬挂系统包括与所述铸型本身的制造结合在一起的梁或杆。这可以通过由石蜡或者树脂材料制造用于形成所述铸型形状的模型来完成。本专利技术还提供一种浇注冒口，所述浇注冒口沿着所述铸型垂直侧设置在所述铸型上。所述浇注冒口在所述铸型的内部型腔中至少具有一个通道，最好具有多于一个的通道，一个固定外浇口以套叠的方式与所述浇注冒口相连。所述外浇口设置在所述炉的顶部附近。下面将结合附图详细地描述本专利技术。附图简述附图说明图1是表示在一个悬挂系统中的其基部向上的用以浇注一个叶片铸件的陶瓷壳型的示意图。图2是表示在一个悬挂系统中的其基部向下的用以浇注一个叶片铸件的陶瓷壳型的示意图。图3是沿图1和图2的A-A线所看到的用于浇注叶片铸件的一个陶瓷壳型的侧视图。图4是陶瓷壳型的示意图，其中所述陶瓷壳型具有一个浇注冒口、至少一个进入所述铸型型腔的通道以及一个固定的外浇口。图5是所述壳型的浇注模型的示意图，其中铸型的构架设计具有结合到铸型模型中的悬挂系统、所述悬挂系统的凸缘和所述铸型中用于所述熔融超合金材料定向凝固的起始浇注区域。专利技术详述本专利技术涉及一种用于生产大型的定向凝固铸件的方法和装置，所述铸件的浇注高度大于200毫米，最好大于300毫米。本专利技术能够提高铸型和浇注设备的可靠性。利用本专利技术所生产出来的铸件特别适用于飞行器和能量发生设备中，所述铸件包括例如螺旋桨、机翼、叶片、喷管等类似部件，但不限于此。概括地说，本专利技术是指在一个熔铸炉的加热区域中将一个型、壳、壳型或铸型加热到一个预定的温度，在此型、壳、壳型或铸型皆指铸型，其中所述铸型通常含有一种陶瓷材料。所述预定温度是在熔融超合金材料开始结晶或凝固之前使铸型足以接收熔融超合金材料的温度。所述铸型的预热温度最好在超合金的熔化温度之上。所述熔铸炉的气体气氛通常保持在真空环境下。所述铸型的型腔中可以具有一个起始晶粒(starter crystal seed)，以促使所希望的定向结晶单晶铸件的生长。因此，所述铸型适用于生产多晶或单晶铸件。在将所述铸型加热到一个预定温度之后，将所述熔融的超合金材料(这里也被称为熔体)浇注到所述铸型中。可以在一个单独的炉中或者所述熔铸炉的一个单独的部分中加热所述超合金材料并使之熔化。所述熔融的超合金材料(熔体)注入所述铸型时的温度可以高于所述熔融的超合金材料开始结晶的温度值大约100℃-120℃，但是略低于所述铸型的温度。本专利技术方法的特征还在于，当将足量的熔融超合金材料浇注到所述铸型中之后，所述熔融的超合金材料开始定向凝固以使凝固前沿上方的熔融超合金材料的水平位置或高度足以防止在定向凝固过程中晶体的形成出现扰动或紊流现象。浇注到所述铸型中的熔融超合金材料的初始足够量大约可为所述铸型容积的10％-40％，最好为所述铸型容积的20％-30％。当将所述足量的熔融超合金材料浇注到所述铸型中之后，将所述铸型从所述加热区域移到冷却区域中，从而使所述熔融的超合金材料开始定向凝固。所述冷却区域可以是一个激冷板或液体金属冷却池，或者利用其它适用的冷却方法使所述熔融的超合金材料开始定向凝固。本专利技术中所涉及的冷却区域是一个例如液体锡或液体铝的液体金属冷却池。还应注意的是，所述加热区域和冷却区域之间可以存在一个隔板以便当所述铸件定向凝固时进一步增加温度梯度。由于浇注到所述铸型中的熔融超合金材料初始量足够多，例如占所述铸型容积的20％-30％，因此可以在定向凝固的同时利用一个外浇口将熔融超合金材料继续浇注到所述铸型中，从而使所述熔融超合金材料所希望达到的水平位置在所浇注熔融超合金材料的凝固前沿之上以防止铸件晶体生长出现扰动。应该指出的是，如果在开始凝固之前浇注到所述铸型中的熔融超合金材料初始量不够多，寄生晶粒将可能沿着不同的结晶方向生长。因此，本领域技术人员将能够确定浇注到所述铸型中的熔融超合金材料所需的初始量以促使铸件单晶或多晶不定向凝固。如上所述，浇注到所述铸型中的熔融超合金材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·N·卡布洛夫，V·V·格拉斯莫夫，V·I·内克拉索夫，A·S·沙里莫夫，J·M·德莫尼斯，Y·M·维斯克，Y·V·沃罗布约瓦，
申请(专利权)人：通用电气公司，全俄航空材料科学研究所，
类型：发明
国别省市：