[发明专利]利用热模具浇铸的铸造工艺

说明书

本发明涉及铸造领域，并且特别涉及一种铸造工艺，该铸造工艺包括将模具(1)预热至第一温度，在高于第一温度的第二温度下以液态铸造金属，模具从预热开始一直在第一温度下保持在主炉窑(100)中，第一温度和第二温度之间的差异不超过80℃，至少从浇铸开始，模具(1)中金属的冷却和固化保持在小于0.1Pa的压力下，从主炉窑(100)移除模具(1)，并且使固化的金属脱模。

技术领域

本发明涉及金属浇铸领域。在本文中，“金属”是指纯金属和金属合金。

背景技术

已知的铸造工艺包括至少一个将金属以液态浇铸到模具中的步骤，接着在模具中冷却和固化金属，然后将固化的金属从模具移除，尤其是在制造诸如燃气涡轮机叶片的后缘之类的具有特别精细的部分的部件时，可能会发生缺陷。实际上，在浇铸的时候金属与模具之间的温差会导致金属的一部分在模腔最窄的通道中过早冷却和凝固，这可能在模制的零件中导致裂纹、空隙或其它缺陷。

为了减少浇铸期间的热冲击，已经提出了在专用炉窑中进行预热模具的第一步骤。但是，使用这种专用的预热炉窑需要从预热炉窑中取出模具并将其运输到浇铸场所。在该提取和运输期间，模具开始冷却，这再次增加了缺陷的可能性。此外，利用热模具进行的这些额外操作使铸造工艺复杂化，并需要额外的时间和空间，同时还增加了车间事故的风险。

发明内容

本公开旨在通过提出一种铸造工艺来解决这些缺点，该铸造工艺可以更有效地避免缺陷，同时减少模具移动并简化工艺。

在至少一个实施例中，该目的由于以下事实而得以实现：在将模具预热至第一温度之后，从预热开始，在以第一温度保持在主炉窑中的模具中以第二温度以液态进行金属的浇铸，该第二温度高于第一温度并且例如至少等于1250℃，第一温度与第二温度之间的差异不大于170℃并且较佳地不大于100℃，甚至80℃，并且模具中金属的冷却和固化进行，同时至少从浇铸开始将模具在低于0.1Pa的压力下保持在主炉窑中，然后从主炉窑提取模具。

由于这些规定，减少了浇铸的热冲击并降低了金属的冷却速度，从而限制了由于在模腔最窄的通道中金属过早固化而造成缺陷的风险，同时还限制了模具的移动和工艺操作的数量。

为了进一步降低通过该铸造工艺获得的零件中出现缺陷的风险，可以执行在以小于0.1Pa的压力保持在主炉窑中的模具中冷却和固化金属的步骤，其中炉窑冷却速率小于或等于7℃/min。这种受控的冷却避免裂纹和其它类似缺陷，特别是由于金属和模具材料的热收缩率不同而引起的裂纹和其它类似缺陷。

为了限制主炉窑被模具占用的时间并因此提高生产率，模具预热的步骤可以至少部分地在不同于主炉窑的预热炉窑中进行。

具体地，金属可以固化成等轴颗粒。该工艺因此不限于利用引导的晶体生长的铸造，而是适用于传统的多晶等轴金属合金，其以固态形式形成多个颗粒，这些颗粒基本上尺寸相同，通常为1mm的数量级，但或多或少地随机取向。

模具具体地可以是例如通过所谓的失蜡或失模工艺在模腔周围形成的壳模。在这种情况下，为了甚至更有效地避免由该工艺导致的零件中的缺陷的形成，模具围绕模腔的至少第一部分所具有的壁厚可以小于模具围绕模腔的第二部分的壁厚。具体地，当模具由多个叠置的层形成时，如通过将模型浸入砂浆浴(bain de barbotine)中若干次而形成的壳模那样，模具的第二部分可具有比模具的第一部分更多的层数。通过这样调节模具的壁厚，特别是根据在相同位置处的腔体的厚度，可以避免金属和模具材料热收缩率的不同致使在冷却和凝固期间在金属上产生过大的机械应力，该应力可能导致裂缝和其它类似缺陷。模具、尤其是围绕模腔中金属的最易损坏的部分的壁厚的局部减小，降低了模具在冷却期间在这些位置处可以传递到下层金属的应力。

为了避免金属在铸造期间过早固化，其持续时间可以小于2秒，或者甚至1秒或更少。

该铸造工艺可以具体地用于与固化的金属一起形成具有特别精细的零件的部件，诸如例如至少一个燃气轮机叶片之类。