CN110293216A - 一种用于改善定向或单晶铸件质量的过渡盘、及凝固炉 - Google Patents

Abstract

本发明适用于铸造技术领域，提供了一种用于改善定向或单晶铸件质量的过渡盘、及凝固炉，其安置在水冷铜盘和模壳底盘之间，起到降低金属液漏出危险、减少铸件中夹杂、改善铸件晶粒组织的作用。

Description

一种用于改善定向或单晶铸件质量的过渡盘、及凝固炉

技术领域

本发明属于铸造技术领域，尤其涉及一种改善单晶或定向铸件的过渡盘、及凝固炉。

背景技术

航空发动机和工业燃气轮机中的高温合金单晶和定向叶片是利用精密铸造加定向凝固的工艺制成。在真空炉内，高温合金熔化后浇入安放在水冷铜盘上的陶瓷模壳中，金属液受到水冷铜盘的激冷首先凝固。随着陶瓷模壳下降进入冷却区，模壳内的合金熔体由下向上定向凝固，晶粒由下向上定向生长，形成垂直走向的柱状晶组织。若设置选晶器只让一个晶粒通过，则可得到性能更好的单晶组织。

为了提高生产效率，通常都用一个陶瓷模壳浇注多只叶片。如图1所示，模壳1中的叶片型腔2围绕中心柱3呈环形排列。每个叶片型腔下部为单晶或定向起晶段4的底端开口5。浇注前将陶瓷模壳放置在真空定向凝固炉内的水冷铜盘7上。

水冷铜盘的作用首先是承托陶瓷模壳，需要与模壳底部的下表面紧密接触，避免金属液从模壳底部开口处漏出。水冷铜盘的第二个作用是对接触到的金属液进行激冷，形成大量的细小晶粒，在向上生长过程中的竞争中，那些斜向生长的晶粒因速度慢会被淘汰，最后剩下那些垂直生长的晶粒，形成具有优良性能的定向组织或单晶组织。

如图1所示，现有的凝固炉中，用的水冷铜盘7与模壳1存在的第一个问题是由于模壳1底部是大平面，中心和外缘部分存在结构上的差别，在烧结和浇注前的预热过程中会产生相对变形，使得模壳1底面变得不平整，外缘部分会上翘，而粗大厚实的中心支撑柱部分则相对下凸，顶在水冷铜盘上，使得模壳1底面开口与水冷铜盘接触处产生间隙6，导致高温金属液的浇漏，严重时还会造成设备的损坏。一般在装炉前将陶瓷模壳1底面进行研磨，以减小铸件型腔下端开口与铜盘接触处的间隙。但陶瓷模壳1坚硬且底面积大，不易磨平。而装炉后高温预热过程中产生的模壳底部相对变形造成的与铜盘的间隙6更是无法避免和消除，这给后续的浇注安全性带来隐患。

现用的水冷铜盘的另一问题是由于水冷铜盘温度很低，在高温的炉膛内会引起各种物质如油污的沉积。这些油污等沉积物会在浇注时与约1500度高温的金属液时发生气化反应，在铸件内产生夹杂和孔洞。

现用的水冷铜盘的第三个问题也是由于水冷铜盘温度很低，炽热的高温金属液浇到上面时会发生严重飞溅，不能与其紧密结合，使得热量的不能均匀向下传递，影响到晶粒的平行垂直生长和定向及单晶组织在晶向上的优化。

发明内容

本发明提供一种改善单晶或定向铸件的过渡盘、及凝固炉，旨在解决现有凝固炉模壳易变形、浇筑时易产生夹杂和孔洞、以及晶向优化的问题。

本发明是这样实现的，提供了一种用于改善定向或单晶铸件质量的过渡盘，安置在水冷铜盘和模壳底盘之间，起到降低金属液漏出危险、减少铸件中夹杂、改善铸件晶粒组织的作用。

优选的，形状为圆环状，中心为圆洞，所述过度盘的宽度大于20mm，保证对模壳底面的开口处形成安全的封堵，对开口处的金属液形成有效的激冷。

优选的，所述过度盘的厚度不小于10mm，以防止太薄发生变形。

优选的，所述过度盘用具有良好导热性的紫铜制作，能够将模壳内的热量有效传到下面的水冷铜盘。

优选的，所述过度盘通过中心的圆洞避开所述模壳底部中心凸出部位，使模壳底盘开口处与过渡盘紧密接触，从而降低了金属液漏出的危险。

优选的，通过消除沉积物气化和减少金属液飞溅减少了铸件中的夹杂。

优选的，通过金属液与过渡盘的良好结合而改善铸件的晶粒组织。

一种用于改善定向或单晶铸件质量的凝固炉，包括：炉体、设置于炉体内的水冷盘、设置于所述水冷盘上的过度盘；所述过渡盘用于放置模壳，所述过度盘至少覆盖所述模壳上的起晶段开口区域，所述过渡盘对应所述模壳中柱区域设置有避让结构。

优选的，所述避让结构为设置在过渡盘上的中心圆洞，使所述过度盘为圆环状结构。

优选的，所述过度盘的宽度大于20mm，所述过度盘的厚度大于等于10mm。

本发明所达到的有益效果：本发明的过渡盘安置在真空定向凝固炉中的水冷铜盘上。环形过度盘中心设置的圆孔避免了与模壳底部中心凸起部位的接触，基本消除了与模壳底面的间隙，避免了浇漏的危险。环形盘的宽度和形状与模壳底盘底面环形排列的起晶段开口相对应，能有效起到对金属液的封堵和激冷作用。还通过减少沉积物汽化和金属液飞溅减少了铸件中的夹杂。具体的：

1、原先的模壳直接放在大平面的水冷铜盘上，由于模壳底部中心突出不能与铜盘紧密接触，容易引起金属液从间隙漏出的事故。而环形过渡盘中心为空，不会与模壳底部中心突出部位相顶，这保证了呈环状排列的铸件的型腔下端开口能落到过渡盘上实现紧密接触，避免了高温合金液浇漏的危险。

2、原先的模壳直接放在大平面的水冷铜盘上，由于水冷铜盘温度很低，在高温的炉膛内会引起各种物质如油污的沉积。这些油污等沉积物会在浇注时与高温的金属液时发生气化反应，在铸件内产生夹杂和孔洞。改进后的模壳放在了过渡盘上，不会产生各种物质如油污的沉积，比水冷铜盘要干净得多，避免了浇注时沉积物的气化和金属液飞溅，减少了铸件中的夹杂。

3、原先由于水冷铜盘温度很低，炽热的金属液浇到上面时会发生严重飞溅，金属液与水冷铜盘不能紧密结合，形成间隙，使得热量不能均匀向下传递，影响到晶粒的垂直生长和定向及单晶组织在晶向上的优化。而过渡盘温度较高，金属液与其接触较好，不会产生间隙，热量能够均匀向下传递，有利于晶粒的垂直生长和定向及单晶组织在晶向上的优化。

附图说明

图1是为现在用于制造单晶叶片的陶瓷模壳与水冷铜盘纵剖面示意图；

图2是本发明环形过渡盘的使用方式示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种改善单晶或定向铸件的过渡盘，如图2所示，该过渡盘8应用于凝固炉的炉体内，其设置于炉体内的水冷盘7上；该过渡盘8用于放置模壳1，所述过度盘8至少覆盖所述模壳1上的起晶段开口5区域，所述过渡盘8对应所述模壳1中柱3区域设置有避让结构。

本实施例中，过渡盘8采用导热性好的材料，例如紫铜，模壳1为陶瓷模壳，过渡盘8的外轮廓根据水冷盘7以及模壳1的形状进行布置，本实施例中，水冷盘7及模壳1的形状为圆形，过渡盘8的形状也采用圆形结构。

如图2所示，过度盘8的避让结构可为设置在过渡盘上的中心圆洞，使所述过度盘为圆环状结构，中心圆洞有效的避免陶瓷模壳1的变形导致的下凸。

本实施例中，所述过度盘8的宽度大于20mm，保证对模壳底面的开口处形成安全的封堵，对开口处的金属液形成有效的激冷。

本实施例中，所述过度盘的厚度大于等于10mm，以防止太薄的情况下，过渡盘8本身发生形变。

本发明制造一种具有良好导热性的环形金属(如紫铜)盘，放置在真空定向凝固炉的水冷铜盘上，再在浇注前放上陶瓷模壳，使模壳底部环形排列的起晶段开口都被环形过渡盘安全堵住。抽真空后预热后浇注入合金液，金属液在模壳底面的开口处与过渡盘接触，被激冷形成细密的多晶层，并向上生长，随着向下抽拉模壳形成进行定向甚至单晶凝固。使用环形过渡盘减少甚至消除了与模壳底部的间隙，从而降低了金属液漏出的危险。还通过减少沉积物汽化和金属液飞溅减少了铸件中的夹杂。并对铸件的起始晶粒组织有改善作用。

基于上述使用过渡盘的凝固炉，铸件的制造过程如下：

1、按照失蜡铸造的工艺压制出叶片蜡模，将多个蜡模围绕中间柱组合成环状的蜡模串，底盘与水冷铜盘相同。用反复粘桨淋砂的方法制成预定厚度的陶瓷模壳，并进行脱蜡和焙烧；

2、用导热好的材料如紫铜制作合适尺寸的环形盘，外轮廓与水冷铜盘和模壳底盘相同，中心圆孔尽量大，圆环宽度与模壳底面的环状排列的起晶段开口相对应，实现对金属液的安全封堵；

3、将环形过渡盘放置在炉内的铜盘上，再将模壳放在环形过渡盘上，升入加热室内，关炉门、抽真空，开启加热器，加热至预定温度进行保温。将高温合金熔液浇入陶瓷模壳内，将模壳按照预定速度向冷室下降，实现定向或单晶凝固。

4、在凝固过程结束后，将铸模冷室破真空后打开，取出并破除模壳，切除浇注***，对铸件质量进行检查。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于改善定向或单晶铸件质量的过渡盘，其特征在于，安置在水冷铜盘和模壳底盘之间，起到降低金属液漏出危险、减少铸件中夹杂、改善铸件晶粒组织的作用。

2.如权利要求1所述用于改善定向或单晶铸件质量的过渡盘，其特征在于，形状为圆环状，中心为圆洞，所述过度盘的宽度大于20mm，保证对模壳底面的开口处形成安全的封堵，对开口处的金属液形成有效的激冷。

3.如权利要求1或2所述用于改善定向或单晶铸件质量的过渡盘，其特征在于，所述过度盘的厚度不小于10mm，以防止太薄发生变形。

4.如权利要求1或2所述用于改善定向或单晶铸件质量的过渡盘，其特征在于，所述过度盘用具有良好导热性的紫铜制作，能够将模壳内的热量有效传到下面的水冷铜盘。

5.如权利要求1或2所述用于改善定向或单晶铸件质量的过渡盘，其特征在于，所述过度盘通过中心的圆洞避开所述模壳底部中心凸出部位，使模壳底盘开口处与过渡盘紧密接触，从而降低了金属液漏出的危险。

6.如权利要求1或2所述用于改善定向或单晶铸件质量的过渡盘，其特征在于，通过消除沉积物气化和减少金属液飞溅减少了铸件中的夹杂。

7.如权利要求1或2所述用于改善定向或单晶铸件质量的过渡盘，其特征在于，通过金属液与过渡盘的良好结合而改善铸件的晶粒组织。

8.一种用于改善定向或单晶铸件质量的凝固炉，其特征在于，包括：炉体、设置于炉体内的水冷盘、设置于所述水冷盘上的过度盘；所述过渡盘用于放置模壳，所述过度盘至少覆盖所述模壳上的起晶段开口区域，所述过渡盘对应所述模壳中柱区域设置有避让结构。

9.如权利要求8所述的凝固炉，其特征在于，所述避让结构为设置在过渡盘上的中心圆洞，使所述过度盘为圆环状结构。

10.如权利要求8所述的凝固炉，其特征在于，所述过度盘的宽度大于20mm，所述过度盘的厚度大于等于10mm。