一种多层模组叠加蜡模结构及其高效制备单晶叶片的方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114799047A(43)申请公布日2022.07.29(21)申请号202210530518.0(22)申请日2022.05.16(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人杨文超郝文硕撒世鹏郭敏苏海军张军刘林(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569专利代理师王苗苗(51)Int.Cl.B22C7/02(2006.01)B22C9/04(2006.01)B22C9/22(2006.01)B22D27/04(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称一种多层模组叠加蜡模结构及其高效制备单晶叶片的方法(57)摘要本发明提供了一种多层模组叠加蜡模结构及其高效制备单晶叶片的方法，涉及航空发动机叶片精密铸造技术领域。本发明提供的多层模组叠加蜡模结构，包括自上而下依次连接的浇注系统蜡模、叶片蜡模、选晶器蜡模和激冷板蜡模；所述叶片蜡模包括自上而下依次连接的多层叶片蜡模。本发明在保证叶片生产能力相同的条件下，有效缩小了模组直径，降低了对激冷板和定向凝固炉型腔的尺寸要求；模组直径的缩小明显改善了定向凝固过程中温度场分布，改善了横向温度场均匀性，降低了等温线弯曲程度，提高了固液界面前沿温度梯度；显著减少了单晶叶片缺陷的产生，包括过渡段及平台处杂晶产生倾向的降低，有效提高了单晶叶片大批生产的合格率。CN114799047ACN114799047A权利要求书1/1页1.一种用于制备单晶叶片的多层模组叠加蜡模结构，包括自上而下依次连接的浇注系统蜡模、叶片蜡模、选晶器蜡模和激冷板蜡模；所述叶片蜡模包括自上而下依次连接的多层叶片蜡模。2.根据权利要求1所述的多层模组叠加蜡模结构，其特征在于，所述浇注系统蜡模由浇口杯蜡模和绕所述浇口杯蜡模一圈分布的若干斜浇道蜡模构成；所述斜浇道蜡模的底端与顶层叶片蜡模的顶端相连，所述顶层叶片蜡模的底端与下一层叶片蜡模的顶端相连，以此类推，多层叶片蜡模在垂直方向上首尾相连。3.根据权利要求2所述的多层模组叠加蜡模结构，其特征在于，还包括中柱蜡模；所述浇口杯蜡模、中柱蜡模和激冷板蜡模由上到下依次同轴心连接。4.根据权利要求1所述的多层模组叠加蜡模结构，其特征在于，所述选晶器蜡模包括上部的螺旋段蜡模和下部的引晶段蜡模。5.根据权利要求1所述的多层模组叠加蜡模结构，其特征在于，所述叶片蜡模的层数为两层。6.一种单晶叶片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供权利要求1～5任一项所述的多层模组叠加蜡模结构；将所述多层模组叠加蜡模结构依次进行涂挂、撒砂、脱蜡和焙烧，得到模壳；将熔融合金液浇注至所述模壳内，使熔融合金液自下而上定向凝固，脱壳后得到单晶叶片。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述浇注和凝固均在定向凝固炉中进行；所述使熔融合金液自下而上定向凝固包括：在凝固过程中，将模壳向下抽拉至冷却区域。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述抽拉的速率为50～150μm/s。9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述脱蜡为蒸汽法脱蜡。10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述模壳内浇注熔融合金液前，还包括对所述模壳进行预热。2CN114799047A说明书1/6页一种多层模组叠加蜡模结构及其高效制备单晶叶片的方法技术领域[0001]本发明涉及航空发动机叶片精密铸造技术领域，具体涉及一种多层模组叠加蜡模结构及其高效制备单晶叶片的方法。背景技术[0002]单晶叶片是航空发动机的重要零件，航空发动机用单晶叶片一般采用熔模铸造法制备。首先进行模组的结构设计，压制蜡模并组合，蜡模模组经脱油脂处理后再经涂挂、撒砂、脱蜡、焙烧等步骤制备模壳，最后将熔融合金液浇入固定于高真空度定向凝固炉的模壳中，抽拉铸型至冷却区域，凝固完成后破真空取样。[0003]其中，模组的结构设计作为单晶叶片生产的起始步骤，会直接影响单晶叶片的质量。目前，行业内大批量生产单晶叶片的模组结构普遍为单层模组，即叶片单层排布；在保证单晶叶片生产能力不变的条件下，单层模组的直径大，一方面要求激冷板和定向凝固炉型腔尺寸大，另一方面导致定向凝固过程中横向温度场分布不均匀，等温线发生弯曲，固液界面前沿温度梯度小，易出现过渡段及平台杂晶等凝固缺陷，制约了单晶叶片生产合格率。[0004]中国专利CN107931523A和CN210730902U所公开的蜡模组树均为当前工业上普遍应用的单层模组结构，即叶片围绕模组中心单层排布；当面临大批量单晶叶片生产任务时，该种结构为提高生产能力而增加模组中叶片数量时，势必导致模组直径的增加，进而提高了对激冷板和定向凝固炉型腔尺寸的要求。[0005]Xu等2014年在Metallurgica