[發明專利]適用于定向凝固鑄造爐的單晶葉片溫度梯度分布優化裝置

在審

• 申請號: 202310075065.1
• 申請日: 2023-02-07
• 公開（公告）號: CN116079034A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 宋宇軒;王志強;金偉婭;周水清;李曰兵;高增梁
• 申請（專利權）人: 嵊州市浙江工業大學創新研究院
• 主分類號: B22D27/04
• 分類號: B22D27/04;C30B21/02
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 張曉博

本發明屬于定向凝固鑄件熔模精密鑄造技術領域，公開了一種適用于定向凝固鑄造爐的單晶葉片溫度梯度分布優化裝置，包括：模具、第一隔熱擋板、第二伸縮裝置、保溫擋板、第一伸縮裝置、第二隔熱擋板、冷卻裝置；所述模具位于第一隔熱擋板與第二隔熱擋板之間，所述第一伸縮裝置設置在第二伸縮裝置下方，第二伸縮裝置與保溫擋板、第二隔熱擋板連接，第一伸縮裝置連接在冷卻裝置上方。本發明降低雜晶的出現概率，提高單晶葉片的質量，提升成形率。在鑄造過程中應用本裝置鑄造航空發動機單晶葉片，操作簡單，可優化定向凝固過程中的葉片溫度梯度分布，降低缺陷、雜晶的形成概率，同時提高了葉片質量與生產效率。

技術領域

本發明屬于航空發動機單晶葉片的定向凝固鑄件熔模精密鑄造技術領域，具體涉及一種適用于定向凝固鑄造爐的單晶葉片溫度梯度分布優化裝置。

背景技術

定向凝固工藝通過特定技術措施在鑄件局部建立單向的溫度梯度，從而使熔融金屬沿特定晶體取向進行生長的一種工藝，常應用于航空發動機單晶葉片的鑄造領域中。定向凝固技術利用機械抽拉系統使葉片模具移出爐體，從而在葉片局部建立單向溫度梯度，通過對定向凝固過程中單晶葉片溫度梯度和模具抽離速率的控制，可獲得組織均勻的柱狀晶或單晶葉片。另外，為提高航空發動機單晶葉片的鑄造質量，通過在鑄造爐腔內熱區和冷區之間添加隔熱擋板，可改進固液界面前沿液相中的溫度梯度分布，降低雜晶與缺陷的形成概率。另外，部分先進的定向凝固設備中設置有空心圓環狀的隔熱擋板。在定向凝固過程中，這種結構可減少位于熱區的模殼熱量的熱輻射損失，優化葉片熱區與冷區之間固液交界處的溫度梯度分布，提高單晶質量。但是，在定向凝固抽拉過程中，模具模殼中心的空心部分會導致遠離圓環形隔熱擋板的葉片內壁與外界交換熱量，造成熱量損失，使得溫度梯度變小，截面出現偏移。同時，由于爐腔內熱區的熱量輻射到冷區，導致冷區溫度升高，進而使得整個裝置傳熱效果降低，嚴重劣化定向凝固過程中葉片固液交界面的溫度梯度分布，導致雜晶和缺陷的出現，使得現有航空發動機單晶葉片的成型率不到三成，生產效率大幅降低。另一方面，現有定向凝固設備的中央隔熱擋板主要是由位于冷區的位移控制裝置通過伸縮過程來移動的，這種結構對于采用底部澆鑄式模具的航空發動機單晶葉片無法適用。因此，由于現有定向凝固高溫爐結構會劣化單晶葉片制備過程中的溫度梯度分布，影響葉片的鑄造質量，亟需發明一種適用于定向凝固鑄造爐的單晶葉片溫度梯度分布優化裝置，優化底部澆鑄式單晶葉片模具在定向凝固過程中的溫度梯度，降低雜晶與缺陷的出現概率，從而提高葉片的成型率。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：

(1)現有定向凝固工藝在模具抽拉過程中，模具中心的空心部分會導致遠離圓環形隔熱擋板的葉片內壁與外界交換熱量，造成熱量損失，使得溫度梯度變小，界面出現偏移；

(2)現有定向凝固工藝由于爐腔內熱區的熱量輻射到冷區，導致冷區溫度升高，進而使得整個裝置傳熱效果降低，嚴重劣化葉片定向凝固過程中固液交界面的溫度梯度分布，導致雜晶和缺陷的出現頻率增加，使得目前單晶葉片的成型率不到三成，生產效率大幅降低；

(3)現有定向凝固設備的中央隔熱擋板無法適用于底部澆鑄式模具的航空發動機單晶葉片。

發明內容

針對現有定向凝固工藝存在上述技術問題，本發明提出一種適用于定向凝固鑄造爐的單晶葉片溫度梯度分布優化裝置，優化采用底注式澆注模具的航空發動機單晶葉片鑄件在定向凝固過程中的溫度梯度分布，降低缺陷和雜晶出現概率，提高葉片的成型率。

本發明是這樣實現的，一種適用于定向凝固鑄造爐的單晶葉片溫度梯度分布優化裝置，包括：

模具、第一隔熱擋板、第二伸縮裝置、保溫擋板、第一伸縮裝置、第二隔熱擋板、冷卻裝置；

所述模具位于第一隔熱擋板與第二隔熱擋板之間，所述第一伸縮裝置設置在第二伸縮裝置下方，第二伸縮裝置與保溫擋板、第二隔熱擋板連接，第一伸縮裝置連接在冷卻裝置上方。