[发明专利]液体金属定向铸造设备和方法

说明书

技术领域

本发明的披露内容主要涉及一种用于铸造制品的设备和方法，且特别是，本发明涉及一种用于定向铸造制品的设备和方法。

背景技术

某些部件，如用于燃气轮机引擎的涡轮轮叶和定子叶片，通常是采用定向凝固铸造方法制造出来的。在该方法中，要构造用于被铸造的特定部件，例如涡轮机轮叶或叶片，的专用壳模。

定向凝固铸造可借助于获得单晶部件而增强这些部件的强度。这里，铸模组件通常包括壳模(型腔)和激冷板，其中所述激冷板位于铸模组件的最低位置处。整个铸模组件随后被升高而进入加热室内，在所述加热室中对所述铸模组件进行预热，且随后将处于过热液体熔融物状态下的所需超合金充注在所述铸模组件内。其后，优先对铸模组件的底部进行冷却、将所述底部浸没在液体金属冷却槽(cooling bath)，如熔融锡或铝内，以便在铸件中形成较大的温度梯度并且起动为了实现所需晶体成形而需要进行的非定向凝固过程，所述所需晶体成形以向上推进而穿过铸模组件的方式进行。换句话说，在铸模中充注有熔融金属之后，该铸模以受控速率被降低而进入到液体金属冷却槽内，从而转变部件上的热梯度，因此导致产生定向凝固。在结束壳模内部熔融物的凝固之后，铸模组件从该冷却槽、炉和壳体中被去除。

为了实现垂直向上的非定向晶体生长，沿轴向(垂直)方向构建出均匀的高热梯度，从而使得在壳模内存在水平的液体-固体界面，且该界面随着金属的冷却而垂直向上移动。该冷却沿垂直(轴向)方向以非定向方式发生。沿径向方向(即沿径向向着铸模组件外面的方向)产生的任何热量损失或热梯度可导致出现不受控的晶体生长。当壳模的外部部分在壳模的内部部分冷却之前产生冷却时会出现这种不受控的晶体生长并且这会导致产生非平面的液体-固体界面。

如上面所述，典型的铸模组件具有位于其底部处的激冷板，所述激冷板适于通过将热量从壳模传导至液体金属槽而实现壳模的冷却。然而，当前设计中存在的一个问题是激冷板与壳模之间的密封有效性。当前设计易于产生泄漏，即使得液体金属流入铸模组件内且使得铸造金属从铸模组件中流出而进入冷却槽内。如果没有有效的密封，则铸造金属通常会经受来自熔融物的液体金属的表面侵蚀，例如氧化、热腐蚀和热疲劳。此外，该熔融金属还将受到溢出的铸造金属的污染。因此，如果没有有效的密封，则会损害铸造工艺的可靠性。

发明内容

本文披露了用于使用熔融金属定向铸造制品且用于对铸模组件中的壳模进行密封的方法。在一个实施例中，用于定向铸造制品的方法包括对介于铸模激冷板与铸模组件中间的密封构件进行压缩，其中所述密封构件限定了所述铸模组件中的壳模的边界；将熔融金属充注在所述铸模组件中的所述壳模内；以受控速率从所述铸模组件的第一位置向着所述铸模组件的第二位置将所述铸模组件浸没在液体金属冷却槽内；并且随着从所述铸模组件的所述第一位置向着所述铸模组件的所述第二位置浸没所述熔融金属组件，将热量从所述铸模组件传送至所述液体金属冷却槽从而使所述熔融金属定向凝固。

在另一实施例中，用于对铸模组件中的壳模进行密封的方法包括在所述铸模组件的底表面中形成通道，其中所述通道限定了所述壳模的边界；将第一环置于所述通道中；并且将所述铸模组件紧固到铸模激冷板上并将所述第一环压缩靠在所述铸模激冷板和所述铸模组件上。

在又一实施例中，用于定向铸造制品的方法包括将铸模组件紧固到激冷板上，其中所述铸模组件包括用于接收熔融金属的开口、与所述开口流体连通的至少一个壳模和从至少一个壳模上沿侧向延伸出的裙缘，其中所述裙缘包括通道，所述通道被设置在底表面中并被构造用以围绕所述至少一个壳模，所述通道进一步包括被设置在其中的由可压缩材料制成的环，其中所述激冷板包括凸部，所述凸部具有与所述铸模组件的所述通道互补的形状；加热所述铸模组件；将熔融金属充注在所述铸模组件中的至少一个壳模中；以受控速率从所述铸模组件的第一位置向着所述铸模组件的第二位置降低所述激冷板和所述铸模组件而使其进入液体金属冷却槽内；并且随着所述铸模组件从所述第一位置向着所述第二位置转移，将热量从所述铸模组件传送至所述液体金属冷却槽从而使所述熔融金属凝固。