高溫合金單晶透平葉片成型用蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高溫合金單晶透平葉片成型用蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)，所述透平葉片具有從葉身部周壁凸起的緣板部；所述成型用蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)在精鑄的制殼工藝中使用，蠟樹(shù)上具有對(duì)應(yīng)透平葉片輪廓形狀的葉片蠟?zāi)?，所述葉片蠟?zāi)Ｔ谙灅?shù)上以傾斜方式成型，葉片蠟?zāi)５母鞑课焕膺叧蕛A斜狀。本發(fā)明有效避免了所成型模殼的葉片模腔各部位棱邊處于水平橫置狀態(tài)，確保它們傾斜，進(jìn)而在定向凝固工藝中，能夠減少、甚至杜絕葉片模腔緣板部邊角處因過(guò)度凸出和下垂而所造成的雜晶缺陷產(chǎn)生，從而提高葉片的單晶成品率。
【專利說(shuō)明】高溫合金單晶透平葉片成型用蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫合金部件的精密鑄造，具體是一種高溫合金單晶透平葉片成型用蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]由于單晶組織能夠明顯地提高高溫合金部件的性能，因而，單晶技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用于工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的葉片制造。透平葉片通體呈軸向延伸的狹長(zhǎng)型結(jié)構(gòu)，其葉身部能夠在定向凝固工藝中可靠地實(shí)現(xiàn)順序的單晶生長(zhǎng)。然而，透平葉片的葉根部和葉身部之間通常是具有從葉身部周壁凸起的緣板部的，即緣板部的橫截面積大于葉根部橫截面積/葉身部橫截面積，整個(gè)透平葉片的輪廓形狀趨向于近似“十字狀”。由于透平葉片的這種結(jié)構(gòu)特性，使得葉身部和葉根部與緣板部的連接處發(fā)生橫截面的突然擴(kuò)展，從而在定向凝固工藝中，緣板部處會(huì)形成較大的過(guò)早冷卻和凝固，這種過(guò)早冷卻、凝固將直接導(dǎo)致成型的透平葉片內(nèi)雜晶缺陷產(chǎn)生，進(jìn)而使透平葉片的單晶成型結(jié)構(gòu)被破壞。
[0003]參見(jiàn)圖1:現(xiàn)有高溫合金透平葉片成型模殼的成型蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)是:在蠟樹(shù)上設(shè)置有對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)要求的“十字狀”透平葉片的葉片蠟?zāi)?，為了確保在定向凝固工藝中單晶體能夠順序生長(zhǎng)，葉片蠟?zāi)在蠟樹(shù)上以軸向豎置成型，即葉片蠟?zāi)的葉身部13和葉根部11軸向豎置、與蠟樹(shù)的軸向方向基本一致，僅有葉片蠟?zāi)的緣板部12在軸向豎置的葉身部13和葉根部11之間橫置、呈徑向擴(kuò)展，這尤其以緣板部12的邊角處14 (即最大凸起輪邊)橫向凸起更為明顯，葉身部13的底部設(shè)有選晶蠟?zāi)? (與啟晶蠟?zāi)? —體)；以此所成型模殼在定向凝固工藝中，模殼放置在水冷銅盤(pán)上，啟晶模腔與水冷銅盤(pán)接觸。此成型模殼雖在定向凝固中使軸向豎置的葉身部?jī)?nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)順序的單晶生長(zhǎng)，但水平橫置的緣板部因橫截面的突然擴(kuò)展，緣板部的邊角處則極易出現(xiàn)雜晶，進(jìn)而使緣板部?jī)?nèi)部及葉根部?jī)?nèi)部的單晶成長(zhǎng)“勢(shì)頭”被破壞，即整個(gè)透平葉片的單晶成型結(jié)構(gòu)被破壞，無(wú)法可靠、有效地鑄造出高性能的高溫合金單晶透平葉片。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)上述透平葉片的結(jié)構(gòu)特性以及現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種所成型模殼能夠可靠實(shí)現(xiàn)單晶體順序生長(zhǎng)的高溫合金單晶透平葉片成型用蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種高溫合金單晶透平葉片成型用蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)，所述透平葉片具有從葉身部周壁凸起的緣板部；所述成型用蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)在精鑄的制殼工藝中使用，蠟樹(shù)上具有對(duì)應(yīng)透平葉片輪廓形狀的葉片蠟?zāi)＃鋈~片蠟?zāi)Ｔ谙灅?shù)上以傾斜方式成型，葉片蠟?zāi)５母鞑课焕膺叧蕛A斜狀。
[0006]所述臘樹(shù)上還具有選晶臘|旲和啟晶臘|旲；所述選晶臘|旲和啟晶臘1?在臘樹(shù)上以傾斜方式成型，它們的傾斜方向與葉片蠟?zāi)５娜~身部?jī)A斜方向一致。
[0007]所述選晶蠟?zāi)：蛦⒕災(zāi)５膬A斜角度等于或大于葉片蠟?zāi)５娜~身部?jī)A斜角度。
[0008]所述啟晶蠟?zāi)５牡撞吭O(shè)有導(dǎo)熱體。
[0009]所述導(dǎo)熱體為楔形結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
1.本發(fā)明通過(guò)將葉片蠟?zāi)Ｔ谙灅?shù)以傾斜方式成型，從而有效避免了所得成型模殼的葉片模腔各部位棱邊處于水平橫置狀態(tài)，確保它們傾斜，進(jìn)而在定向凝固工藝中，能夠減少、甚至杜絕葉片模腔緣板部邊角處因過(guò)度凸出和下垂而所造成的雜晶缺陷產(chǎn)生，從而提聞葉片的單晶成品率；
2.本發(fā)明通過(guò)將所成型模殼的啟晶器以傾斜布置來(lái)調(diào)整熱流方向，進(jìn)而可使單晶的晶體取向與透平葉片的葉身部軸向趨于一致，能夠?qū)崿F(xiàn)透平葉片結(jié)構(gòu)性能的最佳化；
3.本發(fā)明通過(guò)在所成型模殼的啟晶模腔內(nèi)設(shè)置調(diào)整熱流方向的導(dǎo)熱體，加強(qiáng)對(duì)啟晶器內(nèi)熱流方向的調(diào)整，可靠確保透平葉片結(jié)構(gòu)性能的最佳化。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0012]圖1是現(xiàn)有軸向豎置式透平葉片成型模殼的成型蠟?zāi)＝Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中代號(hào)含義:1一葉片蠟?zāi)＃?1一葉根部；12—緣板部；13—葉身部；14一邊角處；2—選晶蠟?zāi)＃?—啟晶蠟?zāi)＃?一導(dǎo)熱體。

【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
參見(jiàn)圖2:本發(fā)明為一種高溫合金單晶透平葉片成型用的陶瓷模殼的成型蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)，該透平葉片的葉身部和葉根部之間具有從葉身部周壁凸起的緣板部。本發(fā)明具體在精鑄的制殼工藝中使用，確保所成型陶瓷模殼在定向凝固工藝中所成型透平葉片的高溫合金能夠?qū)崿F(xiàn)單晶體順序生長(zhǎng)。本發(fā)明的蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)具有葉片蠟?zāi)?、選晶蠟?zāi)?和啟晶蠟?zāi)?。
[0017]其中，葉片蠟?zāi)?的空間形狀對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)要求的透平葉片輪廓形狀，即由從上到下的葉根部11、緣板部12和葉身部13組成趨近于“十字狀”結(jié)構(gòu)。該葉片蠟?zāi)?在蠟樹(shù)上以傾斜方式成型，即葉身部13 (亦包括了葉根部11)的軸線與蠟樹(shù)的軸線形成傾斜夾角，該傾斜夾角的選值范圍在0?45°之間且不得為端值，通常根據(jù)設(shè)計(jì)透平葉片本身的結(jié)構(gòu)特征來(lái)優(yōu)選中間值，例如20°、30°、40°等，總之，這些選值的最終目的是必須確保葉片蠟?zāi)?的各部位(包括葉根部11、緣板部12和葉身部13)棱邊呈傾斜狀；且為了使所成型陶瓷模殼的葉片模腔的緣板部能夠在定向凝固中順利實(shí)現(xiàn)單晶體生長(zhǎng)，葉片蠟?zāi)?的緣板部12從葉身部13凸出最大的輪邊(即邊角處14)應(yīng)上翹、傾斜，以此能夠延緩此處在定向凝固工藝中的冷卻時(shí)間，以避免雜晶缺陷產(chǎn)生。
[0018]為了保證所成型陶瓷模殼的葉片模腔內(nèi)高溫合金在定向凝固中單晶體能夠順序生長(zhǎng)，在上述具有葉片蠟?zāi)?的蠟樹(shù)上還設(shè)有選晶蠟?zāi)?和啟晶蠟?zāi)?，該選晶蠟?zāi)?和啟晶蠟?zāi)?為一體化布置在蠟樹(shù)中的葉片蠟?zāi)?下方，以傾斜方式成型，具體的傾斜角度是:確保它們的軸向方向與葉片蠟?zāi)?的葉身部13軸向方向一致，即平行或盡可能平行；但是，由于定向凝固爐內(nèi)溫度梯度的影響，陶瓷模殼啟晶器內(nèi)的熱流會(huì)有向下的分量，不完全平行于啟晶器的軸向，因而為抵消這種影響，可以將蠟樹(shù)上的啟晶蠟?zāi)?的傾斜角度更大一些，即啟晶蠟?zāi)?的軸線與蠟樹(shù)的軸線之間的傾斜夾角大于葉身部13軸線與蠟樹(shù)軸線之間的傾斜夾角，通常約在10°范圍內(nèi)合理選擇。這樣所成型陶瓷模殼可以在定向凝固中調(diào)整單晶透平葉片的晶體取向與葉身部軸向的趨于一致化。
[0019]上述高溫合金單晶透平葉片成型用蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)的組裝及成型陶瓷模殼的方法，具體包括下列順序步驟:
1).根據(jù)透平葉片的設(shè)計(jì)形狀制作葉片蠟?zāi)?，以及一體的選晶和啟晶蠟?zāi)?；根?jù)所成型葉片蠟?zāi)５慕Y(jié)構(gòu)特征確定葉片蠟?zāi)Ｔ谙灅?shù)底盤(pán)上的傾斜方向和角度，傾斜方向的合理確定是確保葉片蠟?zāi)Ｉ系木壈宀孔畲笸钩鲚嗊吷下N，傾斜角度的合理確定是確保葉片蠟?zāi)５母鞑课焕膺吘鶅A斜、且確保選晶和啟晶蠟?zāi)５目煽堪惭b傾斜；
2).按照步驟I)確定的傾斜方向和角度將葉片蠟?zāi)?、選晶和啟晶蠟?zāi)?duì)應(yīng)安裝在蠟樹(shù)底盤(pán)上；使葉片蠟?zāi)Ｔ谙灅?shù)底盤(pán)上以傾斜方式豎置，葉片蠟?zāi)Ｔ谙灅?shù)底盤(pán)上呈偏離中心的傾斜狀；使選晶和啟晶蠟?zāi)Ｌ幵谌~片蠟?zāi)５南路剑詫?duì)應(yīng)于葉片蠟?zāi)Ｈ~身部軸向的方向安裝在蠟樹(shù)底盤(pán)上；
3).用反復(fù)粘槳淋砂的方法在步驟2)的蠟樹(shù)上制作陶瓷模殼；對(duì)陶瓷模殼進(jìn)行脫蠟、燒殘蠟和燒結(jié)處理，得透平葉片成型模殼。
[0020]上述陶瓷模殼在定向凝固工藝中的具體使用是:
1).將陶瓷模殼放置在真空定向凝固爐內(nèi)的水冷銅盤(pán)上，必要時(shí)事先將陶瓷模殼的殼底進(jìn)行研磨，使模殼的底盤(pán)下表面與水冷銅盤(pán)的上表面形成緊密接觸；
2).將陶瓷模殼升入加熱室內(nèi)，關(guān)爐門(mén)、抽真空，開(kāi)啟加熱器，預(yù)熱至設(shè)定溫度，將熔化后的高溫合金澆入陶瓷模殼內(nèi)；高溫合金熔體通過(guò)向水冷銅盤(pán)的散熱，隨著陶瓷模殼向冷室的下降，啟晶器內(nèi)的一些柱晶晶粒長(zhǎng)入狹窄彎曲的選晶器內(nèi)，經(jīng)過(guò)相互競(jìng)爭(zhēng)，最后只有一個(gè)晶粒長(zhǎng)出并進(jìn)入葉身部?jī)?nèi)，變?yōu)槿~身部的單晶凝固；在緣板部通過(guò)凝固區(qū)時(shí)，要適當(dāng)降低抽拉速度，使凝固界面由葉身部緩慢進(jìn)入傾斜的緣板部，將被抬高的緣板部的邊角處順序凝固；
3).在凝固過(guò)程結(jié)束后，將鑄模冷室放真空后打開(kāi)，取出并破開(kāi)模殼，取出鑄件；
4).檢查鑄件質(zhì)量，統(tǒng)計(jì)單晶成品率，測(cè)量葉身部的晶體取向；根據(jù)結(jié)果調(diào)整葉片和啟晶器的傾斜角度，以達(dá)到最佳效果。
[0021]實(shí)施例2
參見(jiàn)圖3:本發(fā)明為一種高溫合金單晶透平葉片成型用的陶瓷模殼的成型蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)，該透平葉片的葉身部和葉根部之間具有從葉身部周壁凸起的緣板部。本發(fā)明具體在精鑄的制殼工藝中使用，確保所成型陶瓷模殼在定向凝固工藝中所成型透平葉片的高溫合金能夠?qū)崿F(xiàn)單晶體順序生長(zhǎng)。本發(fā)明的蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)具有葉片蠟?zāi)?、選晶蠟?zāi)?和啟晶蠟?zāi)?。
[0022]其中，葉片蠟?zāi)的空間形狀對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)要求的透平葉片輪廓形狀，即由從上到下的葉根部11、緣板部12和葉身部13組成趨近于“十字狀”結(jié)構(gòu)。該葉片蠟?zāi)在蠟樹(shù)上以傾斜方式成型，即葉身部13 (亦包括了葉根部11)的軸線與蠟樹(shù)的軸線形成傾斜夾角，該傾斜夾角的選值范圍在O?45°之間且不得為端值，通常根據(jù)設(shè)計(jì)透平葉片本身的結(jié)構(gòu)特征來(lái)優(yōu)選中間值，例如20°、30°、40°等，總之，這些選值的最終目的是必須確保葉片蠟?zāi)的各部位(包括葉根部11、緣板部12和葉身部13)棱邊呈傾斜狀；且為了使所成型陶瓷模殼的葉片模腔的緣板部能夠在定向凝固中順利實(shí)現(xiàn)單晶體生長(zhǎng)，葉片蠟?zāi)?的緣板部12從葉身部13凸出最大的輪邊(即邊角處14)應(yīng)上翹、傾斜，以此能夠延緩此處在定向凝固工藝中的冷卻時(shí)間，以避免雜晶缺陷產(chǎn)生。
[0023]為了保證所成型陶瓷模殼的葉片模腔內(nèi)高溫合金在定向凝固中單晶體能夠順序生長(zhǎng)，在上述具有葉片蠟?zāi)?的蠟樹(shù)上還設(shè)有選晶蠟?zāi)?和啟晶蠟?zāi)?，該選晶蠟?zāi)?和啟晶蠟?zāi)?為一體化布置在蠟樹(shù)中的葉片蠟?zāi)?下方，以傾斜方式成型，具體的傾斜角度是:確保它們的軸向方向與葉片蠟?zāi)?的葉身部13軸向方向一致，即平行或盡可能平行。為了可靠地調(diào)整所成型陶瓷模殼的啟晶器軸向熱流和晶粒生長(zhǎng)方向，在蠟樹(shù)的啟晶蠟?zāi)?底部?jī)?nèi)設(shè)有銅質(zhì)或石墨成型的導(dǎo)熱體4，該導(dǎo)熱體4為上表面傾斜的楔形結(jié)構(gòu)。這樣所成型陶瓷模殼可以在定向凝固中調(diào)整單晶透平葉片的晶體取向與葉身部軸向的趨于一致化，可靠地確保透平葉片結(jié)構(gòu)性能的最佳化。
[0024]上述高溫合金單晶透平葉片成型用蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)的組裝及成型陶瓷模殼的方法，具體包括下列順序步驟:
1).根據(jù)透平葉片的設(shè)計(jì)形狀制作葉片蠟?zāi)＃约耙惑w的選晶和啟晶蠟?zāi)?；根?jù)所成型葉片蠟?zāi)５慕Y(jié)構(gòu)特征確定葉片蠟?zāi)Ｔ谙灅?shù)底盤(pán)上的傾斜方向和角度，傾斜方向的合理確定是確保葉片蠟?zāi)Ｉ系木壈宀孔畲笸钩鲚嗊吷下N，傾斜角度的合理確定是確保葉片蠟?zāi)５母鞑课焕膺吘鶅A斜、且確保選晶和啟晶蠟?zāi)５目煽堪惭b傾斜；
2).按照步驟1)確定的傾斜方向和角度將葉片蠟?zāi)?、選晶和啟晶蠟?zāi)?duì)應(yīng)安裝在蠟樹(shù)底盤(pán)上；使葉片蠟?zāi)Ｔ谙灅?shù)底盤(pán)上以傾斜方式豎置，葉片蠟?zāi)Ｔ谙灅?shù)底盤(pán)上呈偏離中心的傾斜狀；使選晶和啟晶蠟?zāi)Ｌ幵谌~片蠟?zāi)５南路剑詫?duì)應(yīng)于葉片蠟?zāi)Ｈ~身部軸向的方向安裝在蠟樹(shù)底盤(pán)上，將銅質(zhì)/石墨成型的楔形導(dǎo)熱體設(shè)置在啟晶蠟?zāi)５牡撞浚?br> 3).用反復(fù)粘槳淋砂的方法在步驟2)的蠟樹(shù)上制作陶瓷模殼；對(duì)陶瓷模殼進(jìn)行脫蠟、燒殘蠟和燒結(jié)處理，得透平葉片成型模殼。
[0025]上述陶瓷模殼在定向凝固工藝中的具體使用是:
1).將陶瓷模殼放置在真空定向凝固爐內(nèi)的水冷銅盤(pán)上，陶瓷模殼啟晶模腔內(nèi)的導(dǎo)熱體底面與水冷銅盤(pán)上表面接觸；必要時(shí)事先將陶瓷模殼的殼底進(jìn)行研磨，使陶瓷模殼啟晶模腔內(nèi)的導(dǎo)熱體底面與水冷銅盤(pán)的上表面形成緊密接觸；
2).將陶瓷模殼升入加熱室內(nèi)，關(guān)爐門(mén)、抽真空，開(kāi)啟加熱器，預(yù)熱至設(shè)定溫度，將熔化后的高溫合金澆入陶瓷模殼內(nèi)；高溫合金熔體通過(guò)向水冷銅盤(pán)的散熱，隨著陶瓷模殼向冷室的下降，啟晶器內(nèi)的一些柱晶晶粒長(zhǎng)入狹窄彎曲的選晶器內(nèi)，經(jīng)過(guò)相互競(jìng)爭(zhēng)，最后只有一個(gè)晶粒長(zhǎng)出并進(jìn)入葉身部?jī)?nèi)，變?yōu)槿~身部的單晶凝固；在緣板部通過(guò)凝固區(qū)時(shí)，要適當(dāng)降低抽拉速度，使凝固界面由葉身部緩慢進(jìn)入傾斜的緣板部，將被抬高的緣板部的邊角處順序凝固；
3).在凝固過(guò)程結(jié)束后，將鑄模冷室放真空后打開(kāi)，取出并破開(kāi)模殼，取出鑄件；將導(dǎo)熱體回收，留作下次使用；
4).檢查鑄件質(zhì)量，統(tǒng)計(jì)單晶成品率，測(cè)量葉身部的晶體取向；根據(jù)結(jié)果調(diào)整葉片和啟晶器的傾斜角度，以達(dá)到最佳效果。
[0026]上述各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明，而非對(duì)其限制。盡管參照上述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)上述各實(shí)施例的具體技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高溫合金單晶透平葉片成型用蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)，所述透平葉片具有從葉身部周壁凸起的緣板部；所述成型用蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)在精鑄的制殼工藝中使用，蠟樹(shù)上具有對(duì)應(yīng)透平葉片輪廓形狀的葉片蠟?zāi)?1)，其特征在于:所述葉片蠟?zāi)?I)在蠟樹(shù)上以傾斜方式成型，葉片蠟?zāi)?I)的各部位棱邊呈傾斜狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高溫合金單晶透平葉片成型用蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述蠟樹(shù)上還具有選晶臘|旲(2)和啟晶臘|旲(3);所述選晶臘|旲(2)和啟晶臘|旲(3)在臘樹(shù)上以傾斜方式成型，它們的傾斜方向與葉片蠟?zāi)?I)的葉身部(13)傾斜方向一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述高溫合金單晶透平葉片成型用蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述選晶蠟?zāi)?2)和啟晶蠟?zāi)?3)的傾斜角度等于或大于葉片蠟?zāi)?I)的葉身部(13)傾斜角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述高溫合金單晶透平葉片成型用蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述啟晶蠟?zāi)?3)的底部設(shè)有導(dǎo)熱體(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述高溫合金單晶透平葉片成型用蠟樹(shù)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述導(dǎo)熱體(4)為楔形結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】B22C9/22GK104439077SQ201410770230
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】馬德新, 張瓊元, 王海洋, 劉艷領(lǐng), 曾洪, 趙代銀, 楊功顯 申請(qǐng)人:東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司