[發明專利]一種利用真空快速熔煉制備渦輪葉片的裝置

在審

• 申請號: 201610049078.1
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105618689A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 徐維臺;孫少純;劉明明;黃應松;馬田厚;趙玉濤
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B22C9/22
• 分類號: B22C9/22;B22D27/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及高溫合金精密鑄造定向凝固技術領域，特指一種利用真空快速熔 煉制備渦輪葉片的裝置。

背景技術

精密鑄造定向凝固是在模殼型腔內部建立特定方向上的溫度梯度，使液態金 屬按一定的取向順次凝固，以消除凝固方向上的橫向晶界，形成柱狀晶，提高徑 向性能。

高性能渦輪葉片采用高溫合金定向凝固法制備，于葉身處形成柱狀晶，其應 用于內燃機渦輪增壓器，可以大大提高內燃機性能與渦輪增壓器使用壽命。

渦輪葉片的形狀極為復雜，且葉緣部位厚度極薄，通常低于0.5mm，故在澆 注時充型困難，易形成澆不足等缺陷，成品率較低。

高溫合金一般在真空環境下進行中頻感應熔煉與澆注，真空室需要容納熔煉 澆注等結構，真空室體積相對過大，抽真空耗時過長；同時，應用中頻感應熔煉， 高溫合金熔煉時間較長，導致生產率較低。

發明內容

本發明能夠解決的技術問題有四個：

1、爐體體積過大導致的抽真空時間過長，能耗過高，生產效率低。

2、渦輪葉片復雜的形狀導致澆不足問題嚴重，成品率低。

3、中頻感應熔煉時間較長導致的生產率較低。

4、傳統澆注過程中，坩堝內剩余金屬，澆注飛濺，冒口過高等導致的高溫 合金浪費。

為解決以上問題，本發明提供了一種利用真空快速熔煉制備渦輪葉片的裝置， 該裝置包括特制模殼、爐體、超音頻感應線圈、柔性耐火材料底座。

所述特制模殼由一體式坩堝澆口杯和零件模組上下連接組成，一體式坩堝澆 口杯呈筒狀，其內腔為漏斗形，直徑上大下小，一體式坩堝澆口杯和零件模組之 間有臺階過度，一體式坩堝澆口杯的應用，簡化了澆注系統結構，減小了爐體體 積，因此降低了抽真空時間，提高生產效率，并使加熱后的特制模殼進入真空室 后，能夠快速進入真空狀態，降低模殼熱量損失。

所述特制模殼的制備方法為：一體式坩堝澆口杯與模頭的模具配合打蠟，其 中一體式坩堝澆口杯的底部鑲嵌在模具型腔內，打蠟結束后，模頭的蠟模與一體 式坩堝澆口杯底部連為一體，而后在模頭上組裝渦輪葉片蠟模，隨后重復進行漿 料涂掛、淋砂工序直至模殼達到相應厚度；在漿料涂掛過程中，務必使漿料與一 體式坩堝澆口杯接觸，再經淋砂工序，使零件模組與一體式坩堝澆口杯連接成整 體。

所述一體式坩堝澆口杯由常規Al₂O₃陶瓷經注射成型、燒結制成。

所述爐體由上下兩部分組成，上部分為固定的圓柱形爐體，其內壁安裝超音 頻感應線圈，圓柱形爐體下端兩側設有真空閥門與真空泵連接，下部分為爐門， 爐門安裝在導桿上，位于爐體底部，能夠通過導桿上下移動；柔性耐火材料底座 固定在爐門上方，特制模殼放置在柔性耐火材料底座上，導桿帶動爐門上升，與 圓柱形爐體下部連接閉合。

所述柔性耐火材料底采用石棉制成，上部有一定變形能力，可固定特制模殼。

所述爐門與圓柱形爐體下部連接閉合處設有密封圈。

所述超音頻感應線圈，是指頻率超過20KHZ的感應線圈；超音頻感應熔煉 的應用，大大減少了金屬熔化時間，配合較少的抽真空時間，可將生產的單位周 期，即模殼加熱——添加高溫合金——抽真空——熔化充型——凝固——放氣 ——取出的時間減少到10分鐘，因此，利用隧道式焙燒爐連續加熱特制模殼便 非常合適。

所述隧道式焙燒爐，是指常規的后進前出式的燃氣式焙燒爐。

所述特制模殼經加熱后，加入定量計算的高溫合金塊，高溫合金塊卡在一體 式坩堝澆口杯內壁，再將特制模殼置于爐體爐門上的柔性耐火材料底座上，高溫 合金在爐體內處于超音頻感應線圈的磁場內；抽真空后，在超音頻感應加熱下， 高溫合金迅速升溫，幾乎瞬間熔化，然后沿一體式坩堝澆口杯內腔迅速下落，進 入零件模組，利用液態金屬整體下落時的沖擊，可大大提高充型力，降低澆不足 發生的概率，提高成品率。

所述定量高溫合金的計算方法，采用體積相等原則，即零件模組的體積與定 量高溫合金的體積相等。

所述一體式坩堝澆口杯內定量高溫合金塊處于超音頻感應線圈的磁場內，即 通過零件模組高度與一體式坩堝澆口杯高度的配合，使一體式坩堝澆口杯整體處 于超音頻感應線圈的感應磁場范圍內，從而確保定量高溫合金金屬塊處于超音頻 感應線圈的磁場內。