一种用于高温合金单晶叶片制造的铸型及其定向凝固装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(10)授权公告号CN103192063B(45)授权公告日(45)授权公告日2015.03.11(21)申请号201310110707.3US2005022959A1,2005.02.03,全文.US3754592A,1973.08.28,全文.(22)申请日2013.04.01王飞等.高温合金空心叶片用陶瓷型芯的研(73)专利权人东方电气集团东方汽轮机有限公究进展.《航空制造技术》.2009,(第19期),第司60-64页.地址618000四川省德阳市高新技术产业园区金沙江西路666号审查员郑玉凯(72)发明人马德新杨功显巩秀芳(74)专利代理机构成都蓉信三星专利事务所(普通合伙)51106代理人刘克勤段雪茵(51)Int.Cl.B22D27/04(2006.01)(56)对比文件CN101934368A,2011.01.05,全文.CN2808362Y,2006.08.23,全文.权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种用于高温合金单晶叶片制造的铸型及其定向凝固装置(57)摘要本发明提供了一种用于高温合金单晶叶片制造的铸型，在定向凝固装置中使用，所述铸型呈圆柱形，包括内层陶瓷薄壳和外部填充夹层；所述陶瓷薄壳形成的内部空腔用于浇注高温合金熔体、形成高温合金铸件，陶瓷薄壳外周利用桶形围板交替填充导热材料和隔热材料、粘接形成具有多层水平导热层和隔热层的填充实体。本发明的实体导热铸型工艺，可在现行的定向凝固炉中进行浇注和定向凝固，能使叶片的各个侧面受到比较均匀的加热，因而能有效消除后果严重的阴影效应及其引发的组织缺陷；改变了现行设备中冷热区之间几乎完全贯通的状况，实现了热区与冷区之间的封闭性隔绝，有利于减少热量散失，大大提高铸件内温度梯度，形成单晶生长的最佳热温条件。CN103192063BCN103192063B权利要求书1/1页1.一种用于高温合金单晶叶片制造的铸型，在定向凝固装置中使用，其特征在于：所述铸型呈圆柱形，包括内层陶瓷薄壳和外部填充夹层；所述陶瓷薄壳形成的内部空腔用于浇注高温合金熔体，形成高温合金铸件，陶瓷薄壳外周利用桶形围板交替填充导热材料和隔热材料、粘接形成具有多层水平导热层和隔热层的填充实体。2.根据权利要求1所述的用于高温合金单晶叶片制造的铸型，其特征在于：所述导热层与隔热层的厚度比为8～11：1。3.根据权利要求1所述的用于高温合金单晶叶片制造的铸型，其特征在于：所述圆柱型铸型外径略小于定向凝固装置加热室底部环形隔热板的内径。4.根据权利要求1所述的用于高温合金单晶叶片制造的铸型，其特征在于：所述导热材料为石墨或碳化硅。5.根据权利要求1所述的用于高温合金单晶叶片制造的铸型，其特征在于：所述隔热材料为陶瓷浆料，烧结后形成陶瓷隔热层。6.具有根据权利要求1所述的用于高温合金单晶叶片制造的铸型的定向凝固装置，包括加热室和铸模冷室，所述加热室和铸模冷室是上下相通、相互隔热的真空腔，其特征在于：所述真空腔体内设置有升降工作台和铸型，铸型的陶瓷薄壳内装有高温合金试样；所述铸模冷室内的冷却装置是对应铸型外周面设置的水冷套。2CN103192063B说明书1/4页一种用于高温合金单晶叶片制造的铸型及其定向凝固装置技术领域[0001]本发明涉及高温合金部件的精密铸造，具体是用于高温合金单晶叶片制造的一种实体导热铸型及其定向凝固装置。背景技术[0002]为了提高航空发动机和工业燃气轮机的性能，高温合金涡轮叶片需用定向凝固的工艺制成柱晶或单晶组织，如图1所示。为此先用精密铸造的方法制作高温合金单晶叶片的陶瓷模壳3，为保证强度，陶瓷模壳3一般比较厚、其最厚处的厚度可达数厘米。陶瓷模壳3放入定向凝固装置的加热室中加热，然后将熔化后的高温合金试样4浇入陶瓷模壳3中，通过升降工作台8以设定的速度缓慢下降进入铸模冷室，造成陶瓷模壳3自下而上的冷却和陶瓷模壳3内的高温合金铸件5的定向凝固，形成柱晶或单晶组织。[0003]现行的单晶叶片的生产工艺存在着几个重要缺点：[0004]一是由于陶瓷模壳3具有一定的厚度、其导热性很差；特别是重型燃机用的大型叶片的陶瓷模壳3更厚，造成该叶片凝固过程中冷却太慢，影响了产品的的质量。[0005]二是定向凝固装置中是靠辐射的方式加热和冷却，由于辐射传热的方向性，叶片背对加热室内的加热器的一侧（阴侧）在热区A得不到有效的加热，而到了冷区B（铸模冷室）又因背对铸模冷室中的冷却装置的得不到有效的冷却，凝固条件非常恶劣，造成叶片阴侧集中出现缺陷，被称为阴影效应。[0006]三是叶片形状复杂，截面变化大，陶瓷模壳3在加热室中从热区A到冷区B的抽拉工程中，两区间无法有效隔绝，基本处于贯通状态，不但造成热量的严重散失，更无法建立较高的温度