一种定向凝固炉用中心加热和中央冷却装置.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CN107385513A(43)申请公布日2017.11.24(21)申请号201710795064.9(22)申请日2017.09.06(71)申请人中国科学院金属研究所地址110016辽宁省沈阳市沈河区文化路72号(72)发明人周亦胄赵乃仁金涛孙晓峰(74)专利代理机构沈阳科苑专利商标代理有限公司21002代理人许宗富周秀梅(51)Int.Cl.C30B29/52(2006.01)C30B11/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图6页(54)发明名称一种定向凝固炉用中心加热和中央冷却装置(57)摘要本发明公开了一种定向凝固炉用中心加热和中央冷却装置，属于高温合金加工制造技术领域。该装置是在定向凝固炉中增加中心加热系统和中央冷却系统，提高高温合金定向凝固过程中的温度梯度；其中：所述中心加热系统包括筒形发热体，该发热体设置于以环状方式排列的多个模壳围绕的中心轴位置处，通电后对型壳内侧进行加热；所述中央冷却系统包括圆柱状金属管，设于水冷底盘的中央位置，通过在圆柱状金属管内通入冷却水对型壳内侧进行冷却；通过增加中心加热系统和中央冷却系统，实现定向凝固过程中铸件内外两侧单晶生长的温度梯度一致，实现快速高效定向凝固及单晶生长。该方法适于制造定向凝固及单晶零件。CN107385513ACN107385513A权利要求书1/1页1.一种定向凝固炉用中心加热和中央冷却装置，其特征在于：该装置是在定向凝固炉中增加中心加热系统和中央冷却系统，提高高温合金定向凝固过程中的温度梯度；其中：所述中心加热系统包括筒形发热体，该发热体设置于以环状方式排列的多个模壳围绕的中心轴位置处，通电后对型壳内侧进行加热；所述中央冷却系统包括圆柱状金属管，设于水冷底盘的中央位置，通过在圆柱状金属管内通入冷却水对型壳内侧进行冷却；通过增加中心加热系统和中央冷却系统，实现定向凝固过程中铸件内外两侧单晶生长的温度梯度一致。2.根据权利要求1所述的定向凝固炉用中心加热和中央冷却装置，其特征在于：所述中心加热系统还包括水冷铜电极和测温热电偶，所述水冷铜电极与与筒形发热体顶端相连接，用于引电；所述测温热电偶置于筒形发热体内部。3.根据权利要求2所述的定向凝固炉用中心加热和中央冷却装置，其特征在于：所述筒形发热体为等静压石墨或耐高温金属材料，加热功率根据加热区域大小设于5-30kw之间，为单相引电结构，加热电压控制在40V以下，保证真空环境下的稳定工作。4.根据权利要求2所述的定向凝固炉用中心加热和中央冷却装置，其特征在于：所述水冷铜电极为铜管结构，由水冷铜电极作为悬臂支撑在熔炼室内并置于保温桶内部，使筒形发热体呈悬吊方式。5.根据权利要求1所述的定向凝固炉用中心加热和中央冷却装置，其特征在于：所述中央冷却系统的圆柱状金属管为空心双层冷却套结构，包括外管和内管，外管和内管之间通入高速流动冷却水。6.根据权利要求5所述的定向凝固炉用中心加热和中央冷却装置，其特征在于：所述水冷底盘的中心开设与所述空心双层冷却套的外径相适应的通孔，空心双层冷却套经该通孔安装进水冷底盘的中央并能在该通孔内自由滑动，空心双层冷却套与定向凝固炉模壳的抽拉杆之间设有动密封组件，保证对真空的密封性能。7.根据权利要求5所述的定向凝固炉用中心加热和中央冷却装置，其特征在于：所述空心双层冷却套的外管采用导热良好的金属材质制作，可以提供足够的冷却温度梯度。8.根据权利要求5所述的定向凝固炉用中心加热和中央冷却装置，其特征在于：所述空心双层冷却套的内管顶端为喇叭形水口，保证冷却水流到顶端时能够形成局部流动加速的作用，进而增加冷顶端的冷却效果和提高整体流速的作用。9.根据权利要求5所述的定向凝固炉用中心加热和中央冷却装置，其特征在于：所空心双层冷却套内通入5-6bar的流动水，且需要采用纯水冷却，以防止内冷却水结垢产生水道堵塞的情况。10.根据权利要求1所述的定向凝固炉用中心加热和中央冷却装置，其特征在于：该装置还包括挡热板，设于所述圆柱状金属管的顶端。2CN107385513A说明书1/5页一种定向凝固炉用中心加热和中央冷却装置技术领域：[0001]本发明涉及高温合金制造技术领域，具体涉及一种定向凝固炉用中心加热和中央冷却装置，用于定向凝固及单晶高温合金的定向凝固制备。背景技术：[0002]众所周知，铸造高温合金具有高强度、高耐热性的优点，随着精密铸造工艺和陶瓷型芯技术的发展，其已成为现代航空发动机涡轮叶片和导向叶片首选材料。早期用精密铸造工艺制成的高温合金叶片为等轴晶组织，组织基体被杂乱无序的晶界切割。在长期的实践中，研究人员发现这些晶界在高温受力条件下为薄弱部位，使叶片性能被严重减弱；叶片断裂失效时，裂纹扩展经常是沿垂直于受力方向