[发明专利]适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置

说明书

本发明属于定向凝固铸件熔模精密铸造技术领域，公开了一种适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置，包括：模具、第一隔热挡板、第二伸缩装置、保温挡板、第一伸缩装置、第二隔热挡板、冷却装置；所述模具位于第一隔热挡板与第二隔热挡板之间，所述第一伸缩装置设置在第二伸缩装置下方，第二伸缩装置与保温挡板、第二隔热挡板连接，第一伸缩装置连接在冷却装置上方。本发明降低杂晶的出现概率，提高单晶叶片的质量，提升成形率。在铸造过程中应用本装置铸造航空发动机单晶叶片，操作简单，可优化定向凝固过程中的叶片温度梯度分布，降低缺陷、杂晶的形成概率，同时提高了叶片质量与生产效率。

技术领域

本发明属于航空发动机单晶叶片的定向凝固铸件熔模精密铸造技术领域，具体涉及一种适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置。

背景技术

定向凝固工艺通过特定技术措施在铸件局部建立单向的温度梯度，从而使熔融金属沿特定晶体取向进行生长的一种工艺，常应用于航空发动机单晶叶片的铸造领域中。定向凝固技术利用机械抽拉系统使叶片模具移出炉体，从而在叶片局部建立单向温度梯度，通过对定向凝固过程中单晶叶片温度梯度和模具抽离速率的控制，可获得组织均匀的柱状晶或单晶叶片。另外，为提高航空发动机单晶叶片的铸造质量，通过在铸造炉腔内热区和冷区之间添加隔热挡板，可改进固液界面前沿液相中的温度梯度分布，降低杂晶与缺陷的形成概率。另外，部分先进的定向凝固设备中设置有空心圆环状的隔热挡板。在定向凝固过程中，这种结构可减少位于热区的模壳热量的热辐射损失，优化叶片热区与冷区之间固液交界处的温度梯度分布，提高单晶质量。但是，在定向凝固抽拉过程中，模具模壳中心的空心部分会导致远离圆环形隔热挡板的叶片内壁与外界交换热量，造成热量损失，使得温度梯度变小，截面出现偏移。同时，由于炉腔内热区的热量辐射到冷区，导致冷区温度升高，进而使得整个装置传热效果降低，严重劣化定向凝固过程中叶片固液交界面的温度梯度分布，导致杂晶和缺陷的出现，使得现有航空发动机单晶叶片的成型率不到三成，生产效率大幅降低。另一方面，现有定向凝固设备的中央隔热挡板主要是由位于冷区的位移控制装置通过伸缩过程来移动的，这种结构对于采用底部浇铸式模具的航空发动机单晶叶片无法适用。因此，由于现有定向凝固高温炉结构会劣化单晶叶片制备过程中的温度梯度分布，影响叶片的铸造质量，亟需发明一种适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置，优化底部浇铸式单晶叶片模具在定向凝固过程中的温度梯度，降低杂晶与缺陷的出现概率，从而提高叶片的成型率。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有定向凝固工艺在模具抽拉过程中，模具中心的空心部分会导致远离圆环形隔热挡板的叶片内壁与外界交换热量，造成热量损失，使得温度梯度变小，界面出现偏移；

(2)现有定向凝固工艺由于炉腔内热区的热量辐射到冷区，导致冷区温度升高，进而使得整个装置传热效果降低，严重劣化叶片定向凝固过程中固液交界面的温度梯度分布，导致杂晶和缺陷的出现频率增加，使得目前单晶叶片的成型率不到三成，生产效率大幅降低；

(3)现有定向凝固设备的中央隔热挡板无法适用于底部浇铸式模具的航空发动机单晶叶片。

发明内容

针对现有定向凝固工艺存在上述技术问题，本发明提出一种适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置，优化采用底注式浇注模具的航空发动机单晶叶片铸件在定向凝固过程中的温度梯度分布，降低缺陷和杂晶出现概率，提高叶片的成型率。

本发明是这样实现的，一种适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置，包括：

模具、第一隔热挡板、第二伸缩装置、保温挡板、第一伸缩装置、第二隔热挡板、冷却装置；

所述模具位于第一隔热挡板与第二隔热挡板之间，所述第一伸缩装置设置在第二伸缩装置下方，第二伸缩装置与保温挡板、第二隔热挡板连接，第一伸缩装置连接在冷却装置上方。