一种反重力效应单晶高温合金定向凝固生长设备及其应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113458366A(43)申请公布日2021.10.01(21)申请号202110466862.3(22)申请日2021.04.28(71)申请人潍坊科技学院地址262700山东省潍坊市寿光市潍坊科技学院金光街1299号(72)发明人姜卫国李强李国胜王瑞春董琳黄宗经苏建民赵德彪冯玉娇(74)专利代理机构沈阳晨创科技专利代理有限责任公司21001代理人张晨(51)Int.Cl.B22D27/04(2006.01)C30B11/00(2006.01)C30B29/52(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种反重力效应单晶高温合金定向凝固生长设备及其应用(57)摘要本发明属于高温合金定向凝固领域，提供了一种可工程化应用的反重力效应单晶高温合金定向凝固生长设备及其应用，以减轻枝晶间偏析的形成，避免雀斑等缺陷的形成，满足高温合金定向凝固叶片制备的实际需求。所述设备结构为：真空感应炉设置在设备底部，其内设有坩埚，坩埚位于坩埚升降机构上，石墨保温炉设置在坩埚上方；抽拉机构设置在设备顶部，其下设有水冷盘；模壳顶部设有籽晶安装口，用于安装籽晶，底部设有合金液进口；模壳与籽晶组装好后通过固定夹具固定在水冷盘上；所述设备还设有隔热挡板和真空系统，其中带有通孔的隔热挡板平行于坩埚设置在石墨保温炉上方，隔热挡板通孔的内径比模壳最大外径大10‑20mm。CN113458366ACN113458366A权利要求书1/2页1.一种反重力效应单晶高温合金定向凝固生长设备，其特征在于：真空感应炉(11)设置在所述设备底部，其内设有坩埚(8)，坩埚(8)位于坩埚升降机构(13)上，石墨保温炉(12)设置在坩埚(8)上方；抽拉机构(6)设置在所述设备顶部，其下设有水冷盘(5)；模壳(1)顶部设有籽晶安装口，用于安装籽晶(2)，底部设有合金液进口(3)；模壳(1)与籽晶(2)组装好后通过固定夹具(4)固定在水冷盘(5)上；所述设备还设有隔热挡板(7)和真空系统(10)，其中带有通孔的隔热挡板(7)平行于坩埚(8)设置在石墨保温炉(12)上方，隔热挡板(7)通孔的内径比模壳(1)最大外径大10‑20mm。2.按照权利要求1所述反重力效应单晶高温合金定向凝固生长设备，其特征在于：所述设备还设有测温热电偶，所述测温热电偶为镍铬‑镍硅或铂铑‑铂电偶。3.按照权利要求1所述反重力效应单晶高温合金定向凝固生长设备，其特征在于：采用精密铸造工艺制备模壳(1)，厚度5‑8层，撒砂材料为氧化铝砂，第一层为80目，第二层为60目，第三层为36目，第四‑第七层为24目，第八层采用面层涂料封浆。4.按照权利要求1或3所述反重力效应单晶高温合金定向凝固生长设备，其特征在于：模壳(1)在空气中干燥，空气湿度＞60％，干燥温度为23‑35℃，每层的干燥时间控制在2‑4小时；模壳(1)脱蜡采用蒸汽脱蜡，水蒸汽温度控制在160‑180℃，压力控制在6‑8个大气压，脱蜡时间控制在10‑30秒；模壳(1)焙烧温度为850‑1050℃，烧结时间2‑5小时，炉冷至室温。5.按照权利要求1所述反重力效应单晶高温合金定向凝固生长设备，其特征在于：籽晶(2)的材质与铸件合金的材质相同，籽晶(2)为楔形结构或台阶结构，籽晶(2)大端截面直径Φ1为10‑50mm，高度h2为5‑20mm，小端截面直径Φ2为5‑20mm，高度h1为30‑50mm。6.按照权利要求1所述反重力效应单晶高温合金定向凝固生长设备，其特征在于：合金液进口(3)的直径Φ为5‑20mm，高H为10‑20mm；固定夹具(4)为金属钼材质。7.一种采用权利要求1所述设备制备单晶高温合金叶片的方法，其特征在于，具体步骤如下：1)、将模壳(1)装配好籽晶(2)后，利用固定夹具(4)将模壳(1)固定在水冷盘(5)上，然后将模壳(1)下降到石墨保温炉(12)内，使水冷盘(5)最低端与隔热挡板(7)的最低端位于同一水平位置；2)、在坩埚(8)内装填合金料，利用真空系统(10)抽真空，待真空度达到一定标准后，利用真空感应炉(11)熔炼合金；同时，开启石墨保温炉(12)，预热模壳(1)；3)、待合金熔炼结束后，利用坩埚升降机构(13)使坩埚(8)上升，保证带籽晶(2)处模壳(1)浸入熔体中保持位置不动，合金液与籽晶(2)接触后，籽晶(2)表面部分熔化，状态稳定后定向凝固抽拉机构(6)开始向上提拉模壳(1)，籽晶(2)外延向下生长，生长速度通过抽拉速度控制；4)、待叶片生长结束后，移除模壳(1)并进行清理，最后获得铸件。8.按照权利要求7所述方法，其特征在于：合金充型前，合金液温度保持在1480‑1520℃，模壳(1)需在石墨保温炉(12)内保温10‑30min