[发明专利]利用第一金属构件和第二金属构件的铸造

说明书

技术领域

本公开大体上涉及铸造型芯构件和利用这些型芯构件的过程。本发明的型芯构件可包括一种或更多种第一金属构件和一种或更多种第二金属构件。第一金属构件和第二金属构件在铸造操作中，诸如在用于制作用于喷气式飞机发动机或功率生成涡轮构件的涡轮叶片的超级合金的铸造中，提供有用的特性。

背景技术

许多现代发动机和下一代涡轮发动机需要具有错综且复杂的几何形状的构件和零件，这需要新型材料和制造技术。用于制造发送机零件和构件的常规技术涉及熔模铸造或失蜡铸造的费力过程。熔模铸造的一个示例涉及用于燃气涡轮发动机中的典型转子叶片的制造。涡轮叶片通常包括中空翼型件，该中空翼型件具有沿着叶片的翼展延伸的径向通道，该径向通道具有用于在发动机中的操作期间接收加压冷却空气的至少一个或更多个入口。在叶片中的各种冷却通路之间，包括在前缘和后缘之间配置在翼型件中间的曲折通道。翼型件通常包括延伸通过叶片以用于接收加压冷却空气的入口，其包括诸如短湍流肋或销的局部特征，以用于增加翼型件的被加热侧壁与内部冷却空气之间的热量转移。

这些涡轮叶片的制造(通常由高强度、超级合金金属材料制造)涉及许多步骤。首先，将精密陶瓷型芯制造成符合在涡轮叶片内侧所需的错综的冷却通路。还形成精密刚模或模具，其限定涡轮叶片的精密3-D外部表面，包括其翼型件、平台和一体燕尾件。陶瓷型芯组装在两个刚模半部的内侧，这两个刚模半部在其间形成限定叶片的所得金属部分的空间或空隙。将蜡注入组装的刚模中，以填充空隙并包围包封在其中的陶瓷型芯。将这两个刚模半部分开并从模制的蜡中移除。模制的蜡具有期望叶片的精密构造，并然后用陶瓷材料涂覆该模制的蜡，以形成包围的陶瓷壳。然后，蜡被熔融并从壳中移除，从而在陶瓷壳与内部陶瓷型芯之间留下对应的空隙或空间。然后将熔融的超级合金金属浇注到壳中以填充其中的空隙，并再次包封容纳在壳中的陶瓷型芯。熔融金属被冷却和凝固，并然后适当地移除外部壳和内部型芯，从而留下期望的金属涡轮叶片，在叶片中得到内部冷却通路。

然后，可以对铸造的涡轮叶片进行额外的铸造后修改，诸如但不限于根据需要穿过翼型件的侧壁钻合适膜冷却孔排，以用于提供用于在内部导送的冷却空气的出口，空气然后在燃气涡轮发动机中的操作期间在翼型件的外部表面上形成保护性冷却空气膜或覆层(blanket)。然而，这些铸造后修改是有限的，且考虑到涡轮发动机的不断增大的复杂性和涡轮叶片内侧的某些冷却回路的所认知的效率，需要更复杂且错综的内部几何形状。虽然熔模铸造能够制造这些零件，但是位置精度和错综的内部几何形状对于利用这些常规制造过程的制造而言变得更加复杂。因此，期望提供用于具有错综内部空隙的三维构件的改进的铸造方法。

使用采用耐火金属和陶瓷铸造构件的组合的混合型芯构件的精密金属铸造在本领域中是已知的。已制作了包括耐火金属和陶瓷材料的部分的混合型芯。例如，参见题为“Additive manufacturing of hybrid core.”的美国专利2013/0266816。在该申请中公开的用于制造混合型芯的技术利用常规粉末床技术。虽然混合型芯提供了用于例如在喷气式飞机发动机中使用的涡轮叶片的铸造中的超级合金的铸造的额外的灵活性，但是仍然需要更先进的熔模铸造型芯技术。

发明内容

本公开大体上涉及包括铸造型芯的铸造模具，该铸造型芯包括第一金属构件和第二金属构件。在一方面中，第一金属构件可具有比第二金属构件低的熔点。在另一方面中，第二金属构件可包围第一金属构件的至少一部分，并且当第一金属构件被移除时在铸造型芯中限定腔。第一金属构件和/或第二金属构件中的一个或更多个可通过使用本文所述的先进直接激光熔融和/或烧结方法的添加制造过程形成。铸造型芯还可包括由陶瓷材料形成的外壳模具。

在示例实施例中，第一金属构件可包括铝、铜、银、和/或金，且第二金属构件可包括钼、铌、钽、和/或钨。此外，第一金属构件和/或第二金属构件可包括合金。

第一金属构件和/或第二金属构件中的一个或更多个可适于在铸造构件内限定冷却孔、后缘冷却通道、或微通道和其他结构。第一金属构件和/或第二金属构件还可适于提供型芯支承结构、平台型芯结构、或末梢旗(tip flag)结构。为非耐火金属和/或耐火金属的若干种金属构件可用于单个铸造型芯中，或者可单独使用或与陶瓷铸造型芯组件中的其他铸造构件一起使用。

本发明还涉及制作铸造构件的方法，包括：从包括第一金属构件和第二金属构件的铸造模具组件移除第一金属构件，以在模具组件内形成腔，第一金属构件具有比第二金属构件低的熔点，