一种气、液双介质冷却定向/单晶凝固装置及方法.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CN109877300A(43)申请公布日2019.06.14(21)申请号201910271488.4(22)申请日2019.04.04(71)申请人江苏永瀚特种合金技术有限公司地址214161江苏省无锡市滨湖区胡埭镇刘闾路11号(72)发明人冯宏伟秦虎曹荣韦恩润(74)专利代理机构无锡市大为专利商标事务所(普通合伙)32104代理人曹祖良(51)Int.Cl.B22D27/04(2006.01)B22D25/02(2006.01)C30B11/02(2006.01)C30B29/52(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种气、液双介质冷却定向/单晶凝固装置及方法(57)摘要本发明提供一种气、液双介质冷却定向/单晶凝固装置及方法，装置为定向/单晶真空炉模壳加热器，模壳加热器分为上模壳加热器和下模壳加热器，模壳加热器和双介质冷却环之间通过隔热挡板隔开，模壳放置在双介质结晶盘上。凝固方法包括如下步骤：加热；保温；二次重熔；浇铸；抽拉叶片；合金凝固；该方法通过双介质冷却环和结晶盘，双介质冷却环包括水冷环和气冷环；双介质结晶盘包括水冷结晶盘和气冷结晶盘，水冷环和水冷结晶盘与真空炉水冷系统相连，气冷环和气冷结晶盘与惰性气体装置相连，惰性气体经喷环喷至模壳上，在径向和轴向对模壳和模壳内的合金进行冷却。在定向凝固同时采用双气冷、水冷系统，实现快速高效定向凝固和单晶生长。CN109877300ACN109877300A权利要求书1/2页1.一种气、液双介质冷却定向/单晶凝固的装置，其特征在于，所述装置包括定向/单晶真空炉模壳加热器、双介质冷却环及双介质结晶盘（6）；定向/单晶真空炉模壳加热器分为上模壳加热器（7）和下模壳加热器（8），模壳加热器和双介质冷却环之间通过隔热挡板（9）隔开，模壳放置在双介质结晶盘（6）上。2.按照权利要求1所述的一种气、液双介质冷却定向/单晶凝固装置及方法，其特征是：所述双介质冷却环包括水冷环和气冷环，气冷环在水冷环的上方；所述气冷环包括环体（2）和在环体上设置的喷环（3）；所述气冷环通过气冷管路（5）与惰性气体发生装置相连，惰性气体经喷环（3）喷至模壳上，对模壳和模壳内的合金进行冷却；所述气冷环喷环（3）沿环体（2）内侧周向分布，喷环喷射气体的方向可调，流量、压力可调。3.按照权利要求1所述的一种气、液双介质冷却定向/单晶凝固装置，其特征是：所述双介质结晶盘（6）为紫铜材料制成，安装在模壳抽拉机构上方。4.按照权利要求1所述的一种气、液双介质冷却定向/单晶凝固装置，其特征是：所述双介质结晶盘（6）包括气冷上盘（12）和水冷下盘（13）；气冷上盘（12）和水冷下盘（13）通过密封圈（16）密封。5.按照权利要求4所述的一种气、液双介质冷却定向/单晶凝固装置，其特征在于，气冷上盘（12）包括气道（17）、喷气环（18）和进气口（19），所述气冷上盘（12）通过进气口（19）与惰性气体发生装置相连，惰性气体经喷气环（18）自底向上喷至模壳上，对模壳和模壳内的合金进行冷却；所述喷气环（18）沿气冷上盘（12）上部周向分布，喷气环（18）喷射气体的流量、压力可调。6.按照权利要求4所述的一种气、液双介质冷却定向/单晶凝固装置，其特征在于，所述水冷下盘（13）包括水道（14）和进出水口（15）；所述水冷下盘（14）通过进出水口（15）与真空炉水冷系统相连，对模壳和模壳内的合金进行冷却。7.一种气、液双介质冷却定向/单晶凝固装置及方法，其特征在于，模壳底部沿结晶盘喷气环（18）上方周向设置透气环，惰性气体经喷气环（18）和该透气环自底向上喷至模壳上，对模壳和模壳内的合金进行冷却。8.一种气、液双介质冷却定向/单晶凝固方法，其特征在于，所述凝固方法采用如权利要求1-7中任一项的装置进行；具体凝固方法包括如下步骤：步骤1：加热；当进行单晶/定向高温合金叶片精密浇铸时，模壳升至模壳感应加热器内，模壳感应加热器按照设定的升温曲线对模壳进行加热；步骤2：保温；当加热温度到达设定温度时，进行保温，视模壳尺寸大小，保温时间控制在30~60分钟；步骤3：二次重熔；将单晶母合金加至感应熔炼坩埚进行二次重熔；步骤4：浇铸；熔炼坩埚倾翻将二次重熔的合金夜浇注入模壳中；步骤5：抽拉叶片；2CN109877300A权利要求书2/2页模壳按设定的抽拉速率向下抽拉单晶/定向高温合金叶片；步骤6：合金凝固；模壳向下抽拉时，模壳加热器里模壳内合金液，经过双介质冷却结晶环和双介质结晶盘的共同作用，模壳散热，靠近双介质冷却结晶环和双介质结晶盘表面的那一层合金熔体迅速冷至结晶温度以下而开始结晶，合金凝固。3CN109877300A说明书1/4页一种气、液双介质冷