[发明专利]铸造单晶金属部件的方法

说明书

发明背景

本发明涉及铸造业领域，并且特别地涉及铸造单晶金属部件。

传统的金属合金是各方等大和多晶的：在固态，它们形成基本上相同尺寸，通常1毫米（mm）数量级的大量颗粒，但是颗粒的方向或多或少程度上是随机的。颗粒之间的连接构成了这种合金所制造的金属部件中的弱点。然而，用于加强这些颗粒间连接的添加剂的应用具有降低熔化温度的缺陷，当用这种方法所生产的部件在高温下使用时，这特别地麻烦。

为了解决该缺陷，首先提出柱形多晶的合金，其中颗粒固化有确定的方向。通过在金属部件上主要载荷的方向上定向颗粒，可以增加在特定方向上这种部件的强度。然而，即使在受到沿着特定轴线被强烈地定向的力作用的部件中，诸如，例如受到离心力作用的涡轮机叶片中，它还是可以有利于提供沿着其它轴线的更大强度。

那就是为什么自从二十世纪七十年代结束，已经开发了新的所谓“单晶”金属合金，其能够铸造形成为单个颗粒的部件，通常，这种单晶合金是镍合金，具有小于10%摩尔（mol%）的钛和/或铝的浓度。因此，固化后，这些合金形成两相固体，具有希腊语的第二十个字母（Υ）的第一相和希腊语的第二十个字母撇号（Υ’）的第二相。Υ相具有中心是立方晶体晶格的面，其中镍、铝和/或钛的原子可以占据任何位置。相反，在Υ’相中，铝和/或钛的原子形成立方结构，占据立方体的八个角，而镍原子占据立方体的面。

这些新合金之一是“AM1”镍合金，其是由斯奈克玛（Snecma），法国国家航天航空研究中心（ONERA）实验室和巴黎矿业大学（l′Ecole des Mines de Paris）和Imphy SA联合开发的。由这种合金所制造的部件不仅能够获得沿着所有力轴线的特别高水平的机械强度，它们也具有抵抗高温的改善性能，因为它们不需要用于将它们的晶粒更坚固地粘合在一起的任何添加剂。因此，基于这种单晶合金所生产的金属部件可以有利地例如，用在涡轮机的热部分中。

然而，即使使用这种特别的合金时，也难以避免这种部件生产过程中的再结晶现象，在部件中再次产生晶粒和新的弱点。在常规的铸造方法中，熔化合金通过模具中至少一个浇铸通道，被浇铸到模具的模槽中，合金固化后，移除模具，以释放部件，然后对部件进行热处理，诸如淬火，例如，其中金属首先被加热以随后被快速地冷却，以均质化单晶中Υ相和Υ’相，而不会引起它熔化。

然而，铸造后部件所受到的机械撞击可以局部地破坏单晶的晶格的稳定性。此后，热处理可以在通过那种方式已经被破坏稳定性的位置中触发不想要的再结晶，因此失去部件的单晶性质和在其中产生了弱点。即使进行了相当大的努力，也非常难以避免重几十公斤的模具处理中的机械撞击，特别地因为模具本身的移除涉及机械冲击的使用。而且，就其本身而言，热处理温度的有限降低不可能显著地防止这些再结晶现象。

发明的目的和概述

本发明寻求补救这些缺陷。为此目的，本发明寻求提出铸造方法，其可以在浇造到模具中的合金已经被固化后，很大程度地限制部件热处理后的再结晶现象。

通过下列事实达到该目的：在本发明至少一个实施方式中的铸造方法中，在合金在模具中已经被固化之后，但是在模具移除结束之前，进行热处理。

通过这些规定，在可能消弱形成部件的单晶的晶体结构的操作之前，进行热处理。尽管本领域技术人员可能已经想到热处理期间模具的至少一些残余部分的存在将使热处理不太有效，但是已经发现通过该方法可以更早地进行热处理，而不会对金属部件具有有害的作用，并且相反地，更早地进行该热处理，可以避免热处理期间出现的不想要的再结晶。

特别地，如果所述模具的移除包括通过锤击的移除的第一步骤和通过喷射水流的移除的随后步骤，所述热处理可以有利地至少在喷射水流的移除之前进行，常常发现该喷射水流的移除是随后所进行的热处理期间出现的再结晶现象的来源。

在可替代的实施方式中，然而可以设想甚至在开始移除模具之前进行热处理。在这种情况下，应该通过其它方法，特别地几何方法抗击这种再结晶现象。