[发明专利]一种用于优化高温合金叶片定向柱晶组织的模壳

说明书

技术领域

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优化其定向柱晶组织的模壳。

背景技术

如图1所示，制造定向凝固柱晶组织的高温合金叶片时，需在专用的定向凝固装置中进行。首先，将陶瓷模壳1安放在水冷底盘5上，再开启加热器将其预热到合金高温合金以上；然后，向陶瓷模壳1内浇入熔化后的高温合金熔体2，陶瓷模壳1的底部的高温合金熔体2受到水冷底盘5的激冷首先凝固。随着热量向下传出和陶瓷模壳1下降进入冷却区，陶瓷模壳1内的高温合金熔体2由下向上定向凝固，高温合金铸件3的晶粒由下向上定向生长，形成垂直走向的柱状晶组织。

但是在叶片的缘板部分，由于高温合金铸件3的截面突然横向变大，热量不能垂直向下传出，定向凝固遭到破坏，因而生成粗大的外来杂晶晶粒4-1和4-2。这些缘板部分的外来杂晶晶粒4-1和4-2晶粒粗大、晶向不好，破坏了叶片垂直走向的的柱状晶组织、使其性能受到严重影响；外来杂晶晶粒4-1和4-2甚至还会斜向长入高温合金铸件3的叶片叶身部分，造成更大的影响。特别是重型燃机用的大型叶片，缘板部位的外来杂晶晶粒4-1和4-2尤其突出明显，问题更为严重。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种用于优化高温合金叶片定向柱晶组织的模壳，能够使叶片缘板部位形成理想的柱晶组织。

本发明所采用的技术方案是：

一种用于优化高温合金叶片定向柱晶组织的模壳，在定向凝固装置中使用，所述模壳上的叶片缘板突出部位底部和水冷底盘顶部之间设置有引晶柱，该引晶柱沿晶体生长方向设置，引晶柱内部有空腔，且引晶柱的内部空腔与模壳内部空腔贯通。

所述引晶柱是若干根，对应叶片缘板突出部位的截面均匀设置、相互平行。

本发明所产生的有益效果是：

本发明的用于优化高温合金叶片定向柱晶组织的模壳，采用定向柱晶引晶技术，利用定向凝固工艺生产出的高温合金叶片具有沿轴向生长的柱晶组织，由于消除了有害的横向晶界，高温性能比起普通的精密铸造方法生产出的等轴晶组织有了显著提高。

根据本发明，在缘板突出部分和水冷底盘之间，添加上一定数量和相应形状的引晶柱。作为铸件的附加部分，引晶柱须在组装蜡模时用相应的蜡条粘上，通过粘浆淋砂制成模壳，脱蜡后形成空腔。浇注后引晶柱起着将缘板的热量垂直向下传出的作用，同时柱内的定向凝固过程会延续到缘板内，使缘板也形成良好的柱晶组织。

附图说明

图1为现有的高温合金叶片的定向凝固工艺示意图；

图2为本发明的高温合金叶片的定向凝固工艺示意图。

图中标号表示：1、陶瓷模壳，2、高温合金熔体，3、高温合金铸件，4、外来杂晶晶粒，5、水冷底盘，6、柱状晶组织，7、引晶柱。

具体实施方式

如图2所示，本发明是一种用于优化高温合金叶片定向柱晶组织的模壳，在定向凝固装置中使用，本具体实施方式中，模壳为陶瓷模壳1。模壳（陶瓷模壳1）上的叶片缘板突出部位底部和水冷底盘5顶部之间设置一定数量和相应形状的引晶柱7。引晶柱7沿晶体生长方向设置，引晶柱7在模壳中形成空腔，与模壳（陶瓷模壳1）的内部空腔贯通。根据高温合金铸件3的生长需要，引晶柱7可制成柱形、块形或板形，也可制成多个分散或成束的细条形，以使得本发明模壳的制壳过程（粘浆淋砂）尽量少受影响。引晶柱7可是若干根，对应叶片缘板突出部位的截面均匀设置、相互平行。

本具体实施方式中，将熔化后的高温合金熔体2浇注在陶瓷模壳1内后，引晶柱7起着将叶片缘板突出部位的热量垂直向下传出的作用，同时引晶柱7内部空腔的定向凝固过程会延续到叶片缘板突出部位，使叶片缘板突出部位也形成良好的柱状晶组织6。具体的：使用本发明的用于优化高温合金叶片定向柱晶组织的模壳进行高温合金的定向凝固时，从水冷底盘5开始，在引晶柱7-1和7-2的内部腔体中从下至上定向均匀地生长晶体铸条，并延伸至叶片缘板突出部位的陶瓷模壳1内部，使得叶片缘板突出部位的高温合金铸件3为晶向好、晶粒小且均匀的定向凝固柱状晶组织6。

本发明的用于优化高温合金叶片定向柱晶组织的模壳的制作方法十分简单，关键步骤在于蜡模组装工序，具体如下：

首先，将相应的引晶蜡柱，插入已组装好的叶片蜡模的缘板和底板之间。此时，既要保证缘板处得到理想的柱晶组织，也要考虑到加工面和切割问题。引晶柱7作为陶瓷模壳1的附加部分，必须在组装蜡模时、使用与引晶柱7相同尺寸的蜡条粘在叶片蜡模上。