[發明專利]用于制造定向凝固鑄件的方法和裝置

無效

• 申請號: 97196810.1
• 申請日: 1997-06-04
• 公開（公告）號: CN1226291A
• 公開（公告）日: 1999-08-18
• 發明（設計）人: Y·N·卡布洛夫;V·V·格拉斯莫夫;V·I·內克拉索夫;A·S·沙里莫夫;J·M·德莫尼斯;Y·M·維斯克;Y·V·沃羅布約瓦
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司;全俄航空材料科學研究所
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;B22D27/04;C30B29/52
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 周備麟,黃力行

技術領域

本發明涉及一種用于制造定向凝固鑄件的方法和裝置，以及利用所述方法和裝置所制造出來的鑄件。本發明特別適用于制造用于汽輪機中的長度大于200毫米的部件。本發明特別涉及一種能夠提高陶瓷鑄型在所述鑄件澆注過程中的可靠性的方法和裝置。

發明背景

利用可生產單向柱狀晶粒鑄件或單晶鑄件的定向澆注技術提高超合金性能是公知的。單晶鑄件與常規的多晶鑄件的主要區別在于缺少方向不同和方向任意的晶粒之間的邊界。目前，應用超合金鑄件的工業，諸如飛行器和地面上的汽輪機工業，需要選擇單晶或多晶定向凝固鑄件。

利用一種單向凝固方法可以制造包括單晶和多晶的定向凝固鑄件，在所述的單向凝固方法中，將一個裝有熔融超合金材料的澆注殼型從一個加熱爐向下拉出。所述熔融超合金材料從所述鑄型的下端向著上端逐漸凝固。對于生產單晶鑄件來說，將一個具有諸如<001>晶向的結晶方向的晶粒放置在所述鑄型的底部。

一種制造定向凝固鑄件的方法包括下列步驟：在一個加熱區域內將熔融金屬澆注到一個鑄型中，利用一個激冷板使所述鑄型的底部冷卻，并且通過將所述鑄型逐漸從所述加熱區域中拉出的方式使所述熔融金屬結晶以便利用對流輻射方式使所述鑄型的底部和上部得到冷卻，從而使所述鑄件凝固。這種方法已經在美國專利No.3?857?436中被披露。制造定向凝固鑄件的另一種方法包括下列步驟：在一個加熱區域內將熔融金屬澆注到一個過熱的鑄型中，并且將所述鑄型從所述爐中拉入一個液體冷卻池中，所述液體冷卻池的溫度低于所澆注金屬的固相溫度。這種方法已經在美國專利No.3?915?761中被披露。這些方法的其它變型已經在俄羅斯聯邦(Russian?Federation)專利N?2010672和俄羅斯專利證書(Russian?Author?Certificate)USSR?N?1061926中被披露。

上述方法的缺陷在于，所生產的鑄件的長度尺寸和橫截面是受限制的。一部分原因是由于在澆注過程中所述鑄型的不可靠性所導致的。對于大型鑄件來說，即長度大于200毫米的鑄件，當將熔融合金澆注到所述鑄型中并接著使所述鑄型冷卻時，靜壓力作用在所述鑄型上。這些作用力會使所述鑄型和所制造的鑄件形狀發生變形。在澆注大型鑄件過程中所述鑄型本身常常遭到破壞。因此，需要提供一種可生產長度大于約200毫米的大型鑄件的方法和裝置，其中在澆注過程中所述鑄型是比較可靠的。

發明概述

本發明提供一種用于制造定向凝固鑄件的方法，該方法能夠提高鑄型的可靠性，其特征在于，所述方法包括下列步驟：在一個熔鑄爐的加熱區域中將所述鑄型加熱到一個預定的溫度；將初始足量的熔融超合金材料澆注到位于所述加熱區域中的所述鑄型內以使熔融超合金材料的水平位置在所述鑄件的凝固前沿上方，從而防止定向凝固鑄件的晶體生長出現擾動；通過將所述鑄型從所述加熱區域拉入一個冷卻區域使所述熔融超合金材料定向凝固，同時以一定的速度進一步將所述熔融超合金材料澆注到所述鑄型中以使所述熔融超合金材料的水平位置在所述凝固前沿上方；以及停止將所述熔融超合金材料澆注到所述鑄型中，使得所述鑄件的凝固部分的高度大于所述鑄件總高度的一半。

本發明還提供一種在澆注過程中可以提高所述鑄型可靠性的懸掛系統。所述懸掛系統包括緊緊圍繞所述熔鑄爐中鑄型的水平承重梁或桿。所述懸掛系統的另一種實施方案是，所述懸掛系統包括與所述鑄型本身的制造結合在一起的梁或桿。這可以通過由石蠟或者樹脂材料制造用于形成所述鑄型形狀的模型來完成。

本發明還提供一種澆注冒口，所述澆注冒口沿著所述鑄型垂直側設置在所述鑄型上。所述澆注冒口在所述鑄型的內部型腔中至少具有一個通道，最好具有多于一個的通道，一個固定外澆口以套疊的方式與所述澆注冒口相連。所述外澆口設置在所述爐的頂部附近。

下面將結合附圖詳細地描述本發明。

附圖簡述

圖1是表示在一個懸掛系統中的其基部向上的用以澆注一個葉片鑄件的陶瓷殼型的示意圖。

圖2是表示在一個懸掛系統中的其基部向下的用以澆注一個葉片鑄件的陶瓷殼型的示意圖。

圖3是沿圖1和圖2的A-A線所看到的用于澆注葉片鑄件的一個陶瓷殼型的側視圖。

圖4是陶瓷殼型的示意圖，其中所述陶瓷殼型具有一個澆注冒口、至少一個進入所述鑄型型腔的通道以及一個固定的外澆口。

圖5是所述殼型的澆注模型的示意圖，其中鑄型的構架設計具有結合到鑄型模型中的懸掛系統、所述懸掛系統的凸緣和所述鑄型中用于所述熔融超合金材料定向凝固的起始澆注區域。

發明詳述