[发明专利]使用热等静压围绕第一金属构件形成第二金属构件的铸造

说明书

本发明涉及使用热等静压围绕第一金属构件形成第二金属构件的铸造。具体地，本公开内容主要涉及铸造模具，其包括围绕铸造核心的至少一部分的铸造壳体，该铸造核心包括第一金属构件和围绕第一金属构件的热等静压的第二金属构件。在一个方面，第一金属构件相比于第二金属构件可具有较低的熔点。在另一方面，第二金属构件可保持某一金属粉末晶粒结构。

技术领域

本公开内容主要涉及铸造核心（core）构件和采用这些核心构件的工艺方法。本发明的核心构件可包括使用热等静压围绕第一金属构件形成的第二金属构件。相比于第二金属构件，第一金属构件可包括较低熔点的金属。第一金属构件和第二金属构件提供在铸造操作中（例如在用来制作用于喷气式航空发动机的涡轮叶片或动力生成涡轮构件的超级合金的铸造中）的有用性能。

背景技术

许多现代的发动机以及下一代的涡轮发动机要求构件和部件具有错综复杂的几何形状，其需要新型的材料和制造技术。用于制造发动机部件和构件的常规技术涉及费力的熔模或失蜡铸造的工艺方法。熔模铸造的一个实例涉及在燃气涡轮发动机中使用的典型转子叶片的制造。涡轮叶片典型地包括中空的翼型件，其具有沿着叶片的跨距延伸的径向通道，这些径向通道具有一个或更多个入口用于在发动机中的操作期间接收加压的冷却空气。在叶片中的各种冷却通路中，包括设置在翼型件的中间位于前缘和后缘之间的曲折通道。翼型件典型地包括延伸穿过叶片以便接收加压冷却空气的入口，其包括局部特征结构例如短的紊流器肋或销以便增大在翼型件的加热侧壁和内部冷却空气之间的热传递。

这些涡轮叶片（典型地由高强度、超级合金金属材料形成）的制造涉及众多的步骤。首先，精密陶瓷核心制造成适形于在涡轮叶片内期望的复杂冷却通路。此外，生成精密铸模（die）或模具（mold），其限定涡轮叶片的精确的3D外表面，包括其翼型件、平台以及一体的榫接部。陶瓷核心组装在两个铸模半部内，这两个铸模半部在二者之间形成限定叶片的最终所得金属部分的空间或空隙。蜡注入到组装的铸模中以填充空隙并且围绕封装在其中的陶瓷核心。这两个铸模半部分离开来并且从模制蜡移除。模制蜡具有期望叶片的精确构造并且然后涂覆有陶瓷材料以形成围绕的陶瓷壳体（shell）。然后，蜡熔化并且从壳体移除，从而在陶瓷壳体和内部陶瓷核心之间留下对应的空隙或空间。熔化的超级合金金属然后灌注到壳体中以填充其中的空隙并且再次封装容纳在壳体中的陶瓷核心。熔化的金属经冷却并且固化，且然后外部壳体和内部核心适合地移除，从而留下在其中存在内部冷却通路的期望金属涡轮叶片。

铸造的涡轮叶片然后可经历附加的后铸造修正，例如但不限于根据需要穿过翼型件的侧壁钻取适合的成列膜冷却孔以便提供用于在内部导送的冷却空气的出口，该冷却空气然后在燃气涡轮发动机中的操作期间在翼型件的外表面上形成保护性的冷却空气膜或敷层（blanket）。然而，这些后铸造修正是受限制的，并且假定涡轮发动机的复杂性不断提高并且认识到涡轮叶片内的某些冷却回路的效率，需要对于更为错综复杂的内部几何形状的要求。尽管熔模铸造能够制造这些部件，但位置精度和复杂的内部几何形状使得采用这些常规制造工艺方法来制造变得更为复杂。因此，期望提供一种用于具有复杂内部空隙的三维构件的改进的铸造方法。

使用利用难熔金属和陶瓷铸造构件的组合的混合核心构件的精密金属铸造在本领域是已知的。混合核心已制成为包括难熔金属和陶瓷材料的部分。例如，参见名称为“混合核心的加成制造”的US2013/0266816。在该申请中揭示的用于制造混合核心的技术采用常规的粉末床技术。尽管混合核心例如在用于喷气式航空发动机的涡轮叶片的铸造中提供了对于铸造超级合金的附加灵活性，但仍然需要更加先进的熔模铸造核心技术。

发明内容

本发明涉及一种新颖的铸造模具，其包括围绕铸造核心的至少一部分的铸造壳体，该铸造核心包括第一金属构件和围绕第一金属构件的热等静压的第二金属构件。在一个方面，第一金属构件相比于第二金属构件可具有较低的熔点。在另一方面，第二金属构件可保持某一金属粉末晶粒结构。