[发明专利]使用定向冷却的失蜡铸造法制造部件的方法

说明书

本发明涉及一种使用失蜡铸造法制造金属部件的方法，该金属部件由镍合金制成、具有柱状结构或单晶结构并具有至少一个细长形空腔，所述方法包括以下步骤：部件的蜡模型(20)，所述蜡模型具有与空腔相对应的陶瓷芯体(10)，陶瓷芯体包括用于保持在一纵向端的第一边缘部(14)和用于保持在相反端的第二边缘部(16)；围绕模型制作壳模，模具包括基部并且芯体的第一边缘部与基部处于相同端；将模具以基部设立于炉的炉床上的方式放置在炉中；将熔融合金倒入壳模中；通过从炉床开始沿传播方向逐渐冷却实现被倒入金属的定向凝固。本发明的特征在于，芯体(10)通过在芯体的第一边缘部(14)与模具的壁之间提供锚固的锚定构件(40)固定至壳模，芯体的第二边缘部(16)通过在模具的壁上滑动的保持构件(17)保持在模具中。

技术领域

本发明涉及金属部件领域，所述金属部件为比如通过在壳模中铸造金属获得的涡轮机叶片，并且涉及一种通过柱状或单晶式定向凝固制造这些部件的方法。

背景技术

通过失蜡铸造制造金属部件的方法包括以下相继步骤。首先，用蜡或另一种临时性材料生产待被制造的部件的模型。在适用的情况下，模型围绕同样由蜡制成的中央圆筒连接为一簇。由陶瓷材料制成的壳随后通过连续浸泡在适合组分的粉桨(包括悬浮在液体中的陶瓷材料颗料)中、替代性地通过喷洒耐火砂形成在这样组装的模型上。随后蜡模型在通过对由此形成的壳模进行加热来固结时被去除。接下来的步骤包括将熔融金属合金(特别是镍基高温合金)倒入壳模中，并且随后对获得的部件进行冷却以根据期望的单晶结构使部件定向凝固。在凝固后，通过敲击去除壳以便从壳中取出部件。最后，实施精加工步骤以便去除多余材料。

冷却和凝固步骤因此得到控制。金属合金的凝固为从液相改变至固相，定向凝固包括沿给定方向发展熔融金属池中的“核”的生长，从而通过控制热梯度和凝固速度避免了新核的出现。定向凝固可以为柱状式或单晶体式。柱状定向凝固包括沿同一方向定向所有的晶粒接点，从而晶粒接点不会促成裂缝的传播。单晶定向凝固包括完全消除晶粒接点。

定向柱状或单晶凝固以下述众所周知的方式实施：通过将壳模(在其底部敞开)放置在冷却的炉床上，随后，将组件引入能够将陶瓷模具保持在高于待铸造合金的液相线的温度下的加热设备中。一旦实施铸造，位于设置在壳模的底部处的开口中的金属几乎在与冷却炉床接触的瞬时凝固并且凝固大约一厘米的有限高度，在该有限高度内金属具有等轴粒状结构，即，金属在该有限高度内的凝固在无任何优选方向下自然地发生。在有限高度以上，由于所施加的外部热量，金属保持在液体状态。炉床在控制速度下向下移动以便从加热装置中取出陶瓷模具，从而导致金属的逐渐冷却，金属从模具的底部到模具的顶部继续凝固。

柱状定向凝固通过在炉床移动的操作期间在液固相变化区域中在质量和方向方面维持适当温度梯度来获得。这使得能够防止在凝固前沿的前方产生新核的过熔。因此，唯一允许晶粒成长的核为等轴区域中预先存在的、与冷却炉床接触而凝固的那些核。由此获得的柱状结构由一系列狭长晶粒组成。

单晶定向凝固还包括在待铸造部件与冷却炉床之间插置挡板或者晶粒选择器或者单晶核；控制热梯度和凝固速度使得在凝固前沿的前方不会产生新核。在冷却后成为单晶铸造部件。

当希望对铸造部件提供特别的机械和物理特性时，通常使用柱状或单晶定向凝固技术制造铸造部件，特别是涡轮机叶片。当铸造部件为涡轮机叶片时情况尤其如此。

附加地，如本身已知的，当使用具有或不具有定向凝固的失蜡铸造方法时，使用反馈器以便去除待制造部件的端部区域中的气孔缺陷。实际上，当生产蜡模型时会设置多余的容积，设置这些多余容积用以克服凝固后部件的易于具有气孔缺陷的区域。当制造壳时，多余的容积导致壳内的额外容积，多余容积在铸造期间以与壳的其他部分相同的方式填充熔融金属。反馈器为填充壳内多余容积的凝固金属的储存器。当出现气孔缺陷时，气孔缺陷随后移入至反馈器中，并不再位于制造的部件本身中。随后，一旦金属凝固并冷却，反馈器在例如通过机械加工、切削或研磨的部件精加工操作期间去除。