用于压铸高熔点材料的装置制造方法及图纸

一种用于生产如超耐热合金和钛基合金熔点超过２０００°Ｆ材料的铸件的压铸装置，包括一用于熔化至少一个批次装料量的熔化部件，和一多部件、限定模具型腔的模具。一通常为圆柱形的压射缸与模具连通，并接收来自熔化部件的熔融材料。压射缸具有外半径Ｒｏ和内半径Ｒｉ。该装置还包括一活塞，该活塞密封压射缸并与压射缸可移动结合。活塞移动将压射缸中的材料压入模具型腔。选择半径Ｒｉ，Ｒｏ和外半径与内半径的比率Ｒｏ／Ｒｉ，以减小压射缸的热变形。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及压铸，更具体地说涉及一种压铸高熔点如超过2000°F(1093℃)的材料的装置。高熔点材料，如镍基超耐热合金和钛基合金普遍应用于各种行业。通常，词语“超耐热合金”是指在高温如900°F及以上温度下具有高强度的材料。这样的典型材料是镍基合金、钴基合金和/或铁基合金。钛合金在要求重量轻和高度强-重量比的应用中采用。这些合金具有良好的耐腐蚀性及在达到如1000°F(538℃)的中等温度下保持良好的强度。例如在燃气轮机中，一般在涡轮部分采用高熔点材料如镍基和钴基超耐热材料，有时在发动机的压缩机部分的后部，包括但不限于螺旋桨例如桨片和叶片，以及静止的和结构部件如塞环、壳体和密封圈也采用高熔点材料。这些材料的熔点一般超过2500°F(1371℃)。一种普遍应用于燃气轮机的镍基超耐热合金是因科镍合金718(IN718)，其主要成分重量百分比为碳(C)0.01-0.05、铬(Cr)13-25、钼(Mo)2.5-3.5、钶(Cb)(也指铌(Nb)+钽(Ta)为5.0-5.75、钛(Ti)0.7-1.2、铝(Al)0.3-0.9、铁(Fe)约21、其余基本上是镍(Ni)。IN718的熔点为2450°F(1343℃)。一般也在发动机的冷却器部分如压缩机部分采用钛合金，包括但不限于螺旋桨如桨片和叶片，以及在静止的和结构部件如中部、压缩机壳体和压缩机隔板上采用钛合金。一般钛合金的熔点超过3000°F(1649℃)。一种广泛应用于燃气轮机上的钛合金是Ti6Al-4V(“Ti6-4”)，其成分为4-8w/o(重量百分比)的铝、3-5w/o的钒，其余为钛。对于较高温度的应用，如果需要改进其高温蠕变性能，可以使用Ti6Al-2Sn-4Zr-2Mo(“Ti6-2-4-2”)，其成分为5-7w/o(重量百分比)的铝、1.5-2.5w/o的锡(tin)、3.0-5.0w/o的锆、1.5-2.5w/o的钼，其余一般为钛。其它钛合金包括Ti8-1-1和铝化钛。Ti8-1-1的成分为7-8.5w/o的铝、0.5-1.5w/o的钼和0.5-1.5w/o的钒，其余一般为钛。通常，铝化钛主要是按化学分子式计算的钛和铝量组成的，如TiAl和TiAl3。除了上述性能外，这些材料应该至少能够形成相对复杂、三维形状如螺旋桨，并且特别在中等温度下应该抗氧化。在燃气轮机行业，用锻造来生产具有复杂三维形状的部件如桨片和叶片。简要来说，为了锻造像螺旋桨这样的部件，将材料锭坯变成坯段形状，对于桨片和叶片来说一般是圆柱形，为了使材料塑性变形成为所要求的部件形状，然后进行热加工处理，如在模具和/或锻锤之间加热和冲压几次，逐渐形成类似于所要求的形状。一般锻压模具可以加热。每个部件通常进行热处理以得到所要求的性能，如硬度/强度、消除应力、阻止裂纹伸展和特定水平的HCF抗力，如需要提供精密形状、几何尺寸和/或表面性能的部件的话，也可进行精加工，如机加工、化学研磨和/或介质抛光。通过锻造方法生产部件是一种昂贵、费时的工艺，因而它一般仅保证要求有特别平衡性能的部件，如在室温和中温两种情况下的高强度、低重量和耐久性。至于得到锻造材料，某些材料要求长的交货时间。一般锻造包括一系列操作，每个操作要求单独的模具和相关的设备。锻后进行精整操作如机加工桨片的根部和进行适当的表面处理，构成生产锻件总成本的重要部分，包括必须丢弃锻件的重要部分。在锻造锻件期间，许多原料(达85％，这取决于锻造尺寸)被去掉，没有成为最终锻件的一部分，即，加工损耗。生产的锻件形状的复杂性仅仅增加了工作量和所要求制造的部件的费用，这对于具有特别复杂形状的燃气轮机部件正是需要考虑的问题。一些合金也具有弹性。锻造期间的特性在锻造期间应该计算进去，也就是说，锻件应该进行“过度锻造”(“overforged”)。如上所述，最终锻件可能仍然需要大量的锻后处理。此外，如果应用计算机软件来进行计算流体动力分析，产生更具空气动力效力的螺旋桨形状，这样的螺旋桨和部件甚至具有更复杂的三维形状。将钛合金精密地锻造成这些先进的更复杂的形状是很困难或不可能的，复杂形状还增加部件的成本或使得部件昂贵，在使用发动机的某些先进技术方面是不经济的，或者对一些部件形状采用特殊合金。锻件可能含有难于检查的锻造缺陷。而且，也应考虑精确再现性-锻造不能使锻件与锻件之间的尺寸精确相同。在检查后，许多锻件还必须重新加工。通常，锻件必须报废或约20％的时间重新加工。此外，较新的、较先进的或高合金材料将增加锻造的困难(如果不是不可能的话)，并且相应地增加锻造费用。这些将仅涉及到采用较复杂的三维螺旋桨的几何形状。铸造已经广泛应用于生产相当接近精确成形(near-finished-shape)的铸件。将熔融金属注入具有要铸造铸件形状的型腔陶瓷壳里的熔模精密铸造，可以用于生产这样的铸件。然而，精密铸造产生巨大的晶粒，如ASTM0或更大(锻造可获得相对小的平均晶粒尺寸)，在一些情况下，整个铸件是一个单晶。此外，因为每个铸件用一个模具生产，这种加工工艺很昂贵。铸件与铸件之间非常精确尺寸的重复再现性很难达到。如果材料被熔化，特别是对于含有反应元素如钛或铝的材料，在存在气体的情况下浇铸和/或凝固，铸件可能具有不合需要的特性如夹杂和气孔。陶瓷壳的分裂也将导致夹杂和杂质的存在。将熔融金属注入一多部分的、可重复使用的铸型，在重力作用下流入铸型的永久铸型铸造，一般也用于铸造部件。见由colvin提出的美国专利US5,505,246。然而，永久铸型铸造具有一些缺点。对于薄铸件如螺旋桨，重力可能不足以迫使材料进入较薄的部分，特别是在高熔点材料和低过热度的情况下更是如此，从而使铸型不能均匀充满，铸件肯定报废。尺寸公差肯定相对大一些，要求相应较多的铸造后续工作，可重复性很难达到。永久铸型铸造也导致比较差的表面精度，也需要大量的铸后加工。将熔融金属在压力作用下注入一可重复使用的铸型的压力铸造，在过去已经成功应用于铸造较低熔点如低于2000°F(1093℃)材料的铸件。如前所述，例如在美国专利US2,932,865、US3,106,002、US3,532,561和US3,646,990中,传统的压铸机包括一安装(一般是固定)在一多部件模具压板上的压射缸，例如，一个具有固定和可移动压板的两个部件的模具，这两个压板共同形成一个模具型腔。压射缸呈水平、垂直或在水平和垂直之间倾斜放置。压射缸一般仅在其一端用模具固定，如，压射缸不嵌入部件中。压射缸与模具的横浇口连接，并包括一个在压射缸上浇铸熔融金属通过的开口。活塞在压射缸中可移动地放置，一驱动机构移动活塞并使熔融金属从压射缸进入模具。在“冷室”压铸机中，压射缸一般位于水平位置并且不加热。通常在大气状态下铸造，即设备不是定位于非反应环境中如真空室或惰性气氛中。例如在美国专利US3,646,990中已经论述了这些压铸机的缺点，特别是不能使用这些设备铸造高熔点如超过2000°F(1093℃)材料的问题。注入压射缸的熔融材料仅占据和迅速地加热压射缸的较低部分。因此仅仅在压射缸的底部加热。因为压射缸一端受力变形，所以压射缸变形或“成弓形或香蕉形”。如果沿压射缸长度方向的纵向变形足够大，将阻止活塞在压射缸中的移动，从而导致装置的损坏。假设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产材料熔点超过２０００°Ｆ的铸件的压铸装置，该装置包括：一熔化部件（２４），用于熔化至少一个批次的装料量；一多部件、限定模具型腔的模具（３６）；一通常为圆柱形的压射缸（３０），该压射缸（３０）与模具（３６）流体连通，并 用于接受来自熔化部件（２４）的熔融材料，压射缸具有外半径（Ｒｏ）和内半径（Ｒｉ）；及一活塞部件（４０），该活塞部件密封压射缸并沿活塞行程与压射缸（３０）可移动结合，用于将压射缸（３０）中的材料压入模具型腔（３８）；其中对于给定压射缸内半 径Ｒｉ，选择外半径与内半径的比率（Ｒｏ／Ｒｉ），以便当熔融材料注入压射缸时使压射缸（３０）的热变形最小。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰J希拉，戴维W安德森，小约翰J马辛，埃伯哈特普里维泽，杰弗里W塞缪尔森，约翰S图，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]