制造具有开放末梢铸件的涡轮翼型件及其末梢构件的方法技术

描述了制造或修理涡轮叶片或导叶的方法。典型地通过在陶瓷模具中铸造来制造这些涡轮构件的翼型件部分，并且由铸造的翼型件和至少陶瓷芯体构成的表面用作用于随后的对末梢部分进行增材制造的工艺的构建表面。通过移除翼型件和芯体的顶部部分或通过在翼型件和芯体的顶部上放置超薄垫片来形成构建表面。随后移除由垫片突出的悬突部。这些方法不限于涡轮发动机应用，而是可应用于可受益于铸造和增材制造工艺的任何金属物体。本公开还涉及通过这些方法制备的成品和中间产品。

Method of manufacturing turbine airfoil with open end castings and its end members

Methods of manufacturing or repairing turbine blades or guide vanes are described. The airfoil parts of these turbine components are typically manufactured by casting in a ceramic mold, and the surface composed of the cast airfoil part and at least the ceramic core body is used as the construction surface of the subsequent process of additive manufacturing of the end part. The construction surface is formed by removing the top part of the airfoil and core or by placing an ultra thin gasket on the top of the airfoil and core. Then remove the overhang protruding from the gasket. These methods are not limited to turbine engine applications, but can be applied to any metal object that can benefit from casting and additive manufacturing processes. The present disclosure also relates to finished products and intermediate products prepared by these methods.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造具有开放末梢铸件的涡轮翼型件及其末梢构件的方法
本公开大体上涉及一种制造或修理中空金属物体的方法。更具体地，使用增材制造(AM)技术或AM技术与熔模铸造技术的混合体来制备中空金属物体。在制造方法中利用的AM技术不限于直接金属激光熔化(DMLM)或任何其它激光粉末床熔合增材制造。所产生的中空金属物体尤其可用作飞行器发动机或其它发电涡轮的构件，例如叶片或定子导叶。
技术介绍
超级合金材料由于其对焊接凝固破裂和应变时效破裂的敏感性而成为最难焊接的材料之一。如本文中使用的用语“超级合金”意指在高温下具有优异的机械强度和抗蠕变性的高度抗腐蚀且抗氧化的合金。超级合金典型地包括高的镍或钴含量。超级合金的示例包括在以下商标和品牌名称下出售的合金：Hastelloy、Inconel合金(例如，IN738、IN792、IN939)、Rene合金(例如，ReneN5、Rene80、Rene142、Rene195)、Haynes合金、MarM、CM247、CM247LC、C263、718、X-750、ECY768、282、X45、PWA1483和CMSX(例如CMSX-4)单晶合金。通常通过在短效陶瓷芯体周围铸造超级合金材料然后将陶瓷芯体移除以在叶片中形成冷却室和通道来制造燃气涡轮翼型件(旋转叶片和固定导叶两者)。典型地由高强度的超级合金金属材料制造这些涡轮叶片涉及最初制造精密陶瓷芯体以适形于涡轮叶片内部所期望的复杂冷却通路。还形成精密模子或模具，其限定涡轮叶片的精确3-D外部表面，包括其翼型件、平台和一体的燕尾榫。图1中显示了这样的模具结构10的示意图。陶瓷芯体11被组装在两个模子半部的内部，两个模子半部在其之间形成空间或空隙，该空间或空隙限定叶片的得到的金属部分。将蜡注入到组装的模子中，以填充空隙并包围封装在其中的陶瓷芯体。将两个模子半部分开并将其从模制蜡移除。模制蜡具有期望的叶片的精确构造，并然后利用陶瓷材料来涂覆以形成包围的陶瓷壳12。然后，蜡熔化并将其从壳12移除，从而在陶瓷壳12与内部陶瓷芯体11和末梢气室(plenum)14之间留下对应的空隙或空间13。然后，将熔化的超级合金金属浇注到壳中以填充其中的空隙，并再次封装容纳在壳12中的陶瓷芯体11和末梢气室14。熔化的金属冷却并凝固，且然后适当地移除外部壳12以及内部芯体11和末梢气室14，从而留下在其中找到内部冷却通路的期望的金属涡轮叶片。为了提供用于经由浸出工艺而移除陶瓷芯体材料的路径，提供了球形斜槽15和末梢销16，其在浸出时在涡轮叶片内形成随后必须通过铜焊来封闭的球形斜槽和末梢孔。美国专利申请公布No.2010/0200189(转让给通用电气公司)公开了一种如下的方法：如图2A和图2B中所显示的，可通过该方法来封闭翼型件18的外端。在第一步骤中，如图2A中所显示的，精确地限定翼型件18的横截面形状的末梢板50放置在翼型件18的外端上(没有陶瓷铸造模具)，与外壁19接触。末梢板50通过激光焊接而结合到外壁19。然后将激光能量从端部或外围边缘对准末梢板50(参见图2A中的箭头“W”)，以便产生贯穿焊缝并使末梢板50的外围熔合至外壁19。接下来，如图2B中所显示的，通过自由成型激光制造工艺来形成末梢壁34，在该工艺中，熔化的合金粉末通过一次或多次经过而沉积在末梢板50上。在另一方面，美国专利申请公布No.2010/0200189描绘了通过备选方法形成的翼型件18''。图3A示出了具有外壁19''的处于铸造状况(没有陶瓷铸造模具)下的翼型件18''。翼型件18''的内部填充有合适的金属合金粉末68，将金属合金粉末68刮平或以其它方式使其与外壁19''的外端齐平。通过将激光能量对准粉末68(以图3A中的箭头“L”示意性地显示)而使粉末68烧结在一起并结合到外壁19''。图3B描绘了在粉末68已烧结成完整的末梢盖36''并且移除了多余的粉末68之后的翼型件18''。如图3C中所显示的，一旦形成末梢盖36''，就使用自由成型激光制造工艺在末梢盖36''的顶部上形成末梢壁34''。美国专利申请公布No.2015/0034266A1(转让给SiemensEnergy公司)描述了一种制造涡轮叶片的方法，在该方法中，叶片的腔还填充有用于随后形成叶片末梢的支承材料。如图4中所显示的，方法80包括步骤82，在该步骤中，超级合金涡轮叶片最初被铸造成没有叶片末梢盖但具有末梢壁。在步骤84处，将支承元件放置在叶片的腔中。然后在步骤86处，横跨开口而将包括金属粉末的添加的填充材料支承在支承元件上。接下来在步骤88处，能量束横过添加的填充材料，以使材料熔化且由此横跨叶片末梢而形成超级合金盖，且超级合金盖熔合到现有的叶片末梢壁。方法80进一步包括步骤90：经由增材焊接而在盖的外围周围构建沿径向延伸的凹槽状(squealer)脊。鉴于前述内容以及当前的叶片和导叶的寿命往往有限(尤其在其末梢处，而更换末梢非常昂贵)的事实，仍需要制造用于新制造的铸造翼型件和现场返回的修理翼型件的末梢或其它构件的新颖方法。提供耗时更少且更具成本效益的方法将是合乎期望的。例如，将尤其有益的是，提供利用翼型件制造设施中已经存在的材料的方法和/或找到针对这样的材料的新的二次用途的方法，由此避免获取和浪费任何新材料的需要。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术涉及一种制造叶片末梢的方法。该方法包括：(a)将液态金属浇注到包括芯体部分和壳部分的陶瓷铸造模具中，以在液态金属凝固时形成部分涡轮叶片工件，并使陶瓷芯体的至少一个上部部分暴露；(b)移除陶瓷铸造模具和部分涡轮叶片工件的部分，以形成表面；(c)将金属粉末的层沉积到表面上；(d)照射金属粉末的至少部分以形成熔合层；以及(e)重复步骤(c)-(d)，直到形成叶片末梢为止。优选地，表面部分是平面型表面。在某些实施例中，陶瓷铸造模具包括陶瓷壳和陶瓷芯体，其中至少一个内腔在壳与芯体之间。因此，该方法的实施例进一步包括在步骤(b)之前移除陶瓷壳。在一些实施例中，该方法进一步包括处理表面部分以防止陶瓷污染。优选地，通过抽真空、利用碱性介质、利用保护层或通过这些方式的组合来处理表面。在一个实施例中，在存在感应加热、辐射加热或两者的组合(例如，在200-1200º℃下)的情况下执行该方法的步骤(c)-(e)。在一个实施例中，该方法进一步包括从部分涡轮叶片工件移除陶瓷铸造模具。优选地，通过机械力、化学浸出或两者的组合来移除陶瓷铸造模具。在一个实施例中，通过磨削或切割来移除陶瓷铸造模具和部分涡轮叶片的部分。在一些实施例中，部分涡轮叶片为翼型件。优选地，翼型件具有单晶结构。优选地，叶片末梢具有非单晶结构。在一些实施例中，金属粉末为超级合金金属粉末。在某些实施例中，陶瓷为光聚合陶瓷，例如固化的光聚合陶瓷。附图说明图1是显示用于通过常规熔模铸造工艺制备的具有球形斜槽的芯体-壳模具的常规方案的示例的示意图。图2A和图2B是显示制造叶片末梢的现有技术方法的示意图，在该方法中，将末梢板添加至铸造的翼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造叶片末梢的方法，包括：/n(a)将液态金属浇注到包括芯体部分和壳部分的陶瓷铸造模具中，以在所述液态金属凝固时形成部分涡轮叶片工件，并使所述陶瓷芯体的至少一个上部部分暴露；/n(b)移除所述陶瓷铸造模具和所述部分涡轮叶片工件的部分，以形成所述部分涡轮叶片工件的表面部分和所述陶瓷芯体的表面部分；/n(c)将金属粉末的层沉积到所述表面部分上；/n(d)照射所述金属粉末的至少部分以形成熔合层；以及/n(e)重复步骤(c)-(d)，直到形成所述叶片末梢为止。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170222 US 15/4395291.一种制造叶片末梢的方法，包括：
(a)将液态金属浇注到包括芯体部分和壳部分的陶瓷铸造模具中，以在所述液态金属凝固时形成部分涡轮叶片工件，并使所述陶瓷芯体的至少一个上部部分暴露；
(b)移除所述陶瓷铸造模具和所述部分涡轮叶片工件的部分，以形成所述部分涡轮叶片工件的表面部分和所述陶瓷芯体的表面部分；
(c)将金属粉末的层沉积到所述表面部分上；
(d)照射所述金属粉末的至少部分以形成熔合层；以及
(e)重复步骤(c)-(d)，直到形成所述叶片末梢为止。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面部分为平面型表面。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷铸造模具进一步包括陶瓷壳和在所述壳与所述芯体之间的至少一个内腔。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在步骤(b)之前移除所述陶瓷壳。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括处理所述表面部分以防止陶瓷污染。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过抽真空、通过利用碱性介质进行化学处理、利用保护层或通过这些方式的组合来处理所述表面部分。


7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在存在感应加热、辐射加热或两者的组合的情况下执行步骤(c)-(e)。


8.根据权利要求7所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：GT加雷，MK迈尔，DG科尼策尔，WT卡特，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US