[发明专利]燃气轮机叶片铸件的定向凝固方法和生产该铸件的装置

说明书

本发明涉及燃气轮机叶片铸件的定向凝固方法和生产该铸件的装置，具体是铸造技术领域，特别是通过至少一个惰性气体超声波气流在模具中冷却熔体的处理，气流在叶片铸件凝固区域引导到模具。该方法在燃气轮机定子叶片和转子叶片的耐热合金铸件的生产中特别有用。生产定向凝固和单晶结构的燃气轮机叶片铸件的装置包括置于真空外壳中的工艺腔室，被隔热屏水平分为加热区域和冷却区域，隔热屏置于保持环上，保持环安装在加热腔室和冷却腔室之间的圆柱壁中距壁底座优选0.30‑0.55的壁高度的位置，冷却腔室外壳由两部分构成，在其之间设置供给惰性气体气流的环形气体收集器，其装配有置于距隔热屏的底部表面优选45‑75mm的双向气体喷射器。

技术领域

本发明的主题是燃气轮机叶片铸件的定向凝固方法和用于生产定向凝固和单晶结构的燃气轮机叶片铸件的装置。

本发明涉及铸造技术领域，特别是模具中的熔体通过其冷却的处理，并且可以应用于燃气轮机的定子叶片和转子叶片的耐热合金铸件的生产。

背景技术

存在已知的燃气轮机叶片铸件的生产方法，所述燃气轮机叶片铸件具有定向凝固和单晶结构，其基于在铸造模具中耐热合金熔融物的定向凝固，这在俄罗斯专利RU2152844(B22D27/04，2000年7月20日公开)、RU2157296(B22D27/04，2000年10月10日公开)、RU2211746(B22D27/04，2001年12月26日公开)、和美国专利公开US6311760B2和欧洲专利公开EP2727669A2和EP1321208A2中公开。

已知的方法包括：具有凝固合金的真空陶瓷壳模具从加热区域到冷却区域的竖直移动，并且使用惰性气体气流对其冷却，其中惰性气体气流通过具有喷嘴的喷射器产生，喷射器大致径向于冷却区域的轴线和/或沿着冷却区域的轴线从顶部到底部引导冷却气流。

按照技术本质和所实现技术效果来说最接近的方法是美国专利US5921310(B22D27/04，1999年7月13日公开)中公开的制造定向凝固和单晶结构的涡轮机叶片铸件的方法，其包括将待填充熔体的铸造模具移动到加热区域中，从坩埚倒出温度在合金液相线温度以上的耐热合金熔融物，具有熔体的真空铸造模具从加热区域通过隔热屏的开口移动到冷却区域，并且通过使用在冷却区域上部的惰性气体气流冷却铸造模具，在距冷却区域上部不大于40mm的位置，定向凝固耐热合金熔融物，惰性气体气流被引导通过开口或喷嘴、向下和沿着铸造模具的外表面被引导。

已知方法的共同缺点是在具有不同宽度翼弦的叶片铸造期间很难提供稳定和最佳的冷却条件以便在凝固前沿达到最大纵向和最小横向的温度梯度。这导致铸件中的结构缺陷，特别是在铸件从一个厚度转变到另一厚度的区域，导致了可使用产品的百分比减少和过度气体消耗。

此外用于基于定向凝固来生产由耐热合金制成的定向凝固和单晶结构的燃气轮机叶片铸件的装置在专利US3690367(B22D41/00，1979年9月12日公开)、RU2152844(B22D27/04，2000年7月20日公开)、RU2157296(B22D27/04，2000年10月10日公开)、US6311760B2(B22D27/04，2001年11月6日公开)和RU2211746(B22D27/04，2001年12月26日公开)中公开。用于实现定向凝固最有效的是生产铸件的装置呈置于真空外壳中竖直圆柱腔室的形式、用具有中心开口的隔热屏在加热区域和冷却区域之间分开。腔室在加热区域中包括用于熔化和倾倒合金到铸造模具中的设备，并且在冷却区域中包括用于供给冷却剂(通常是冷冻后的惰性气体)到铸造模具表面的喷嘴，冷却剂从加热区域引导到紧邻喷嘴的冷却区域中。

已知装置的共同缺点是很难在具有熔体的铸造模具的加热和冷却期间提供稳定和最佳条件，该条件在整个模具高度上对形成铸件的定向凝固和单晶结构是必须的。