[發明專利]利用金屬部件和金屬蒙皮層的鑄造

在審

• 申請號: 201710112156.2
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN107130237A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: R.S.班克;D.G.科尼策爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22C9/22
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 金飛,譚祐祥

技術領域

本發明公開總體涉及鑄造型芯部件和利用這些型芯部件的工藝。本發明的型芯部件可包括包圍第一金屬部件的金屬蒙皮層(metal skin layer)，該第一金屬部件具有低于該金屬蒙皮層的熔點。金屬蒙皮層和金屬部件提供鑄造操作中有用的特性，諸如在用來生產用于噴氣式飛機發動機或發電渦輪機部件的渦輪葉片、渦輪葉片的近壁腔室、或渦輪葉片的冷卻腔室的超合金的鑄造中。

背景技術

許多現代發動機和下一代渦輪發動機要求部件和零件具有錯綜復雜的幾何形狀，這要求新型的材料和制造技術。用于制造發動機零件和部件的常規技術包括艱苦的熔模鑄造過程或失蠟鑄造工藝。熔模鑄造的一個示例包括制造燃氣渦輪發動機中使用的典型的轉子葉片。渦輪葉片典型地包括中空的翼型件，其具有沿著葉片的翼展延伸的徑向通道，具有用于在發動機的運行期間接納加壓冷卻空氣的至少一個或更多入口。在葉片中的不同冷卻通道中，包括在前緣和后緣之間設置在翼型件中間的蜿蜒的通道。翼型件典型地包括穿過葉片延伸用于接收加壓冷卻空氣的入口，其包括諸如短擾流器肋或鰭的局部特征，用于增加翼型件的加熱的側壁和內部冷卻空氣之間的熱傳遞。

典型地由高強度、超合金金屬材料進行的這些渦輪葉片的制造包括許多步驟。首先，制造精密的陶瓷型芯來使其與渦輪葉片內預期的復雜的冷卻通道一致。還制作出精密模具或精密鑄模，其限定了渦輪葉片的精密3D外表面，包括其翼型件、平臺以及整體鳩尾榫。將陶瓷型芯組裝在兩個半模內，兩個半模在它們之間形成限定葉片的最終金屬部分的空間或空隙。將蠟注入組裝好的模具中以填充該空隙并包圍封裝在其中的陶瓷型芯。將兩個半模分開并從模制的蠟上去除。模制的蠟具有期望葉片的精密構造，并且然后用陶瓷材料涂覆來形成包圍的陶瓷型殼。之后，蠟被熔融并且從該型殼去除，留下陶瓷型殼和內部陶瓷型芯之間對應的空隙或空間。然后將熔化的超合金金屬灌入該型殼來填充其中的空隙，并且再一次封裝包含在該型殼中的陶瓷型芯。熔化的金屬被冷卻并凝固，且然后適當地去除外部型殼和內部型芯，留下了期望的金屬渦輪葉片，其中存在有內部冷卻通道。

然后鑄造渦輪葉片可經歷附加的鑄造后修飾，諸如但不限于按期望穿過翼型件的側壁鉆削合適的多列薄膜冷卻孔，以便在燃氣渦輪發動機中運行期間給內部導引的冷卻空氣提供出口，冷卻空氣然后在翼型件的外表面上形成保護性冷卻空氣膜或毯。然而，這些鑄造后修飾是有限的，并且考慮到渦輪發動機的日益增長的復雜性，以及渦輪葉片內某些冷卻回路的公認的效率，對于更復雜的和錯綜的內部幾何形狀的要求是必需的。雖然熔模鑄造能夠制造這些零件，但是定位精度和錯綜的內部幾何形狀使利用這些常規的制造工藝來制造變得更加復雜。因此，期望的是提供一種用于具有錯綜的內部空隙的三維部件的改善的鑄造方法。

本領域已知利用混合型芯部件的精密金屬鑄造，混合型芯部件采用難熔金屬和陶瓷鑄造部件的組合。已經生產出包括難熔金屬和陶瓷材料部分的混合型芯。例如，見標題為“Additive manufacturing of hybrid core”的U.S. 2013/0266816。在此申請中公開了用來制造混合型芯的技術，其采用了常規的粉末層(powder bed)技術。盡管混合型芯給例如在用于噴氣式飛機發動機的渦輪葉片的鑄造中的超合金的鑄造提供了附加的靈活性，但對于更先進的熔模鑄造型芯技術依然有需要。

發明內容

本發明涉及一種包括鑄造型芯的新穎的鑄造模，該鑄造模包括包圍鑄造型芯的至少一部分的外型殼模，該鑄造型芯包括圍繞第一金屬部件的難熔金屬蒙皮。在一方面，第一金屬部件的至少一部分可以在外型殼模的表面上暴露。在另一方面，外型殼模可構造成當去除第一金屬部件并且第二金屬蒙皮層沒有去除時在鑄造型芯中限定型腔。

在第一金屬部件(例如非難熔金屬部件)的一個實施例中可包括鋁、銅、銀和/或金，而第二金屬蒙皮層可包括鉬、鈮、鉭和/或鎢。第一金屬部件和/或第二金屬蒙皮層可包括合金。

除了別的結構之外，第一金屬部件和/或第二金屬蒙皮層的一個或更多可適于限定在鑄造部件冷卻孔、后緣冷卻通道或微通道內。第一金屬部件和/或第二金屬蒙皮層也可適于提供型芯支撐結構、平臺型芯結構或提示標志(tip flag)結構。第一金屬部件和/或第二金屬蒙皮層的若干金屬部件可用在單個鑄造型芯中，或者可在陶瓷鑄造型芯組件中單獨使用或者與其他鑄造部件一起使用。