[發明專利]一種液態金屬冷卻定向凝固鑄造設備用隔熱擋板

無效

• 申請號: 201010274038.X
• 申請日: 2010-09-07
• 公開（公告）號: CN101934367A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 婁延春;劉孝福;蘇貴橋;于波
• 申請（專利權）人: 沈陽鑄造研究所
• 主分類號: B22D27/04
• 分類號: B22D27/04
• 代理公司: 沈陽利泰專利商標代理有限公司 21209
• 代理人: 劉忠達

技術領域

本發明涉及一種液態金屬冷卻定向凝固鑄造設備用隔熱擋板。具體地講是一種消除徑向熱流，保證一維熱流的防輻射隔熱擋板。

技術背景

定向及單晶葉片由于消除了垂直于應力軸的橫向晶界，晶向和作用于葉片的應力方向平行，耐溫能力明顯提高，具有更好的縱向機械性能，能夠在高溫燃氣的惡劣環境中長時間工作，非常適宜于燃氣輪機對葉片的工況要求。

目前制造定向組織或單晶組織鑄件的定向凝固設備主要有快速凝固法(HRS)定向凝固設備和液態金屬冷卻法(LMC)定向凝固設備，這兩種工藝設備是工業上普遍應用的，為航空發動機和地面燃氣輪機定向和單晶葉片制造做出了重要貢獻。HRS法通過爐內加熱保溫區和鑄件底部水冷托盤及輻射散熱實現正的溫度梯度。但隨鑄件從保溫區域拉出，散熱逐漸變為以輻射為主，散熱效率很快下降，導致凝固前沿的溫度梯度不斷降低，所生產的鑄件組織不均勻。特別是對于大尺寸燃氣輪機葉片的生產，HRS法的上述缺點十分突出。為克服HRS方法的不足，LMC法應運而生，LMC法以低熔點液態金屬作為冷卻區域的冷卻介質，鑄件散熱大大增強，溫度梯度和凝固速率較高，獲得的鑄件組織細密、缺陷較少，且鑄件組織均勻，可滿足工業燃氣輪機大尺寸葉片及高性能航空發動機葉片定向凝固生產的要求。

無論是HRS法還是LMC法，防輻射隔熱擋板是制約獲得優良鑄件的一個瓶頸。

眾所周知，鑄件定向凝固需要兩個條件：首先，熱流向單一方向流動并垂直于生長中的固-液界面；其次，晶體生長前方的熔液中沒有結晶核心。為此，在工藝上必須采取措施避免側向散熱，同時在靠近固-液界面的熔液中應造成較大的溫度梯度。這是保證定向柱晶和單晶生長挺直，取向正確的基本要素。為了達到最大的溫度梯度，關鍵是要使保溫爐熱區的熱量向保溫爐外冷區的熱輻射損失減到最小，使熱量主要通過激冷盤傳導，以及通過鑄型表面向外界散失，為了促進垂直于零件橫截面的熱流，隔熱擋板的設置對固液界面前沿的溫度梯度有重要的影響。加拿大專利(專利號：2106151)敘述了一種定向凝固裝置用熱輻射擋板，這種熱輻射擋板具有一定的柔韌性，中間開有一條狹縫或十字交叉型狹縫等形狀，鑄型通過時，狹縫被撐開，但是狹縫的兩端仍有很大的空隙。美國專利(專利號：USP6510889)使用多級擋板的定向凝固裝置，放置在加熱保溫爐的底端。包括一個固定初級擋板，放置在定向爐的底端，第二級擋板可解開，臨近并在初級擋板的下方，初級擋板向下移動并接觸第二級擋板時，可向下頂出次級擋板的臨時支撐，從而使次級擋板落下，不影響鑄件抽拉。中國專利(專利號：200510046341.3)敘述了一種定向凝固鑄造用隔熱擋板，由兩塊或多塊拼合而成，外圈與鑄型保溫爐爐體緊密結合，內圈形狀尺寸和所用模殼形狀尺寸吻合。但這種擋板受鑄件形狀限制，擋板和鑄件之間的縫隙達0.5～10mm。以上擋板安裝在HRS定向凝固爐中，雖然仍有一定的輻射熱從縫隙中散失，但散失量明顯減少，對防止熱量從熱區向冷區輻射，提高溫度梯度起到了很大的作用。