[实用新型]一种多功能高梯度真空感应定向凝固单晶铸造炉

说明书

技术领域

本实用新型涉及单晶炉技术领域，主要应用于航空航天和地面燃气涡轮叶片、导向叶片生产；具体是一种多功能高梯度真空感应定向凝固单晶铸造炉。

背景技术

一、随着航空发动机及工业燃气轮机的发展，要求不断提高涡轮前的进口温度，以增大推力，提高效力，降低油耗。这就对高温合金及工艺提出更高的要求。航空和工业燃气轮机的发展，一直依赖于高温合金性能的提高，同时也推动着高温合金的发展。定向凝固高温合金(包括柱状晶高温合金和单晶高温合金)正是为满足上述要求而研发出的新型高温合金之一。

定向凝固高温合金是在定向凝固技术进步基础上发展起来的。所谓定向就是在真空状态下高温合金熔体在铸型中凝固时，通过一定的控制，生成几乎相互平行的柱状晶或单晶。如果用于航空发动机和工业燃气轮机的叶片，经过定向凝固，其结晶方向与叶片所受应力平行，这时叶片受力或耐温的能力就大大提高。为获得具有单向结晶结构的高温合金叶片，国内外无一不是采用真空感应定向凝固铸造炉进行生产高温合金航空铸造叶片和工业燃气轮机定向凝固叶片。

二、国内外概况及发展趋势

作为一种专门用于生产航空发动机和工业燃气轮机高温合金叶片的真空感应定向凝固铸造炉，国产定向凝固炉一般集中在科研院所的少数几个航空发动机厂，作新机研制叶片试验用，炉型小，功能少，温度梯度少，自动化程度低，操作不便，产品质量的复制性差，很不适应工厂的规模化生产。国家引进和发展的航空发动机和工业燃气轮机，其中的关键热端部件涡轮叶片和导向叶片，几乎全部采用先进的高温合金定向凝固柱状晶叶片和单晶叶片。为满足新机研制和生产的需要，设备大多从国外引进，如德国生产的AID真空感应定向凝固炉，莱宝公司ISP2/Ⅲ-EDS真空感应定向凝固炉；以及奥地利KOPP公司的真空感应炉；俄罗斯的YBHK-8N，LMC真空感应定向凝固炉等。

定向凝固柱状晶叶片和单晶叶片的生产过程控制复杂，周期长。产量低。随着先进航空发动机和工业燃气轮机制造技术的进步，设备少量的引进，必然不能满足生产发展的需要。如果能提供一种多功能高梯度，产品质量重复性好的，适合于工厂规模化生产的国产真空感应定向凝固炉，将会取得显著地社会经济效益。

现代航空发动机和工业燃气轮机涡轮叶片一般采用单晶高温合金，而导向叶片一般采用定向柱状晶或单晶高温合金。真空感应定向凝固铸造炉，根据铸模型壳精铸工艺的区别既可以用来生产高温合金定向凝固柱晶叶片又可以生产单晶叶片。定向凝固是目前工程叶片制备的主要技术，其中主要是水冷结晶快速定向凝固技术(HRS)和液态金属冷却(LME)定向凝固工艺。

实用新型内容

一般的真空感应定向凝固只具备单一功能，且温度梯度小，最高温度低，炉内温度上升速度缓慢，温度检测点少。在后期冷却过程中，温度下降缓慢。

为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种多功能高梯度真空感应定向凝固单晶铸造炉。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：

一种多功能高梯度真空感应定向凝固单晶铸造炉，包括炉体、熔炼装置、熔炼室真空抽气系统，铸模室真空抽气系统、熔炼电源装置、水冷系统；所述炉体为立式结构由熔炼室和铸模室焊接一体组成；所述熔炼装置设置于熔炼室的侧门上；所述熔炼室真空抽气系统与熔炼室无缝连接；所述铸模室真空抽气系统与铸模室无缝连接；所述熔炼电源装置与熔炼装置连接；所述水冷系统与铸模室连接。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型单晶铸造炉实现熔炼浇注的方式：除了传统翻转式坩埚的定向凝固或单晶叶片生产外，还可以进行底注式定向浇注，底注式坩埚浇注所生产的叶片，合金的纯净度高，叶片质量好。合金液中的非金属杂质比重轻，一般浮在液面。浇注最后都集聚在铸件的浇注系统内，因而铸件产品是纯净的，冶金质量是优良的，这一浇注方式也为设备自动化程度的提高提供了条件。

本实用新型的单晶铸造炉既可以水冷结晶快速定向凝固技术(HRS)又可使用液态金属冷却(LMC)定向凝固工艺。目前在工业上成熟应用的大多是HRS工艺，该方法基于Bridgman铸型移出技术，利用辐射挡板来隔离炉子的冷热区，从而有效地提高了温度梯度，HRS定向凝固技术上具有设备结构简单，工艺问道成熟。由于是利用水冷结晶器，冷却效果有限，特别适合制备航空发动机叶片的小型铸件。