本發明專利技術提供了一種高溫合金的定向凝固裝置，包括加熱室和鑄模冷室，所述加熱室和鑄模冷室是上下相通、相互隔熱的真空腔，其腔體內設置有升降工作臺，升降工作臺上放置模殼，高溫合金熔體在加熱室內澆入模殼、隨升降工作臺下降進入鑄模冷室而定向凝固；所述鑄模冷室內設置有噴射冷卻裝置，包括依次連接的噴嘴、冷卻液導管和冷卻液盛具，所述加熱室底部的出爐口處均勻設置一圈噴嘴、噴嘴的噴出端對應模殼外周面，冷卻液導管上設置有噴射泵。本發明專利技術裝置簡單緊湊，在現有定向凝固爐上稍作添置、無需建新爐和變動原有結構；無須添加加熱裝置進行熔化和保溫，操作大大簡化；冷卻效果優越；能簡單且有效地解決葉片模殼散熱問題，改善單晶葉片的生長條件。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及高溫合金部件的精密鑄造，具體是在高溫合金部件的精密鑄造所用的一種定向凝固裝置及其使用方法。
技術介紹
為了提高航空發動機和工業燃氣輪機的性能，高溫合金渦輪葉片需要利用精密鑄造加定向凝固的工藝制成柱晶或單晶組織。在真空爐內，高溫合金熔化后澆入高溫陶瓷模殼中以設定的速度緩慢下降進入冷區，造成陶瓷模殼自下而上的冷卻和陶瓷模殼內鑄件的定向凝固、形成高溫合金的柱晶或單晶組織。但是，由于陶瓷模殼導熱性很差，在真空中通過輻射向外散熱效率低下，造成其葉片鑄件凝固過程中冷卻速度和溫度梯度不高，影響了產品的質量。特別是重型燃機用的大型葉片由于體積大，散熱問題更加嚴重?，F在世界上正積極開發新工藝以改善單晶葉片的生長條件。其中最著名的為液態金屬浸浴冷卻工藝。如圖1所示，在加熱室A底部設置一個液態金屬的熔池，陶瓷模殼3降入池中通過傳導散熱。但此法附加設備龐大，需耗巨資建新爐，且操作繁瑣，要將成噸的錫或鋁使用昂貴的加熱油11熔化并保溫、作為液態冷卻劑。由于生產成本很高，效率低下，導致此工藝雖專利技術幾十年但一直難于應用到生產中。另一種改善葉片散熱的方法是氣體冷卻法，是向抽拉出爐膛的模殼噴射惰性氣體如氬氣進行強制冷卻。但由于氣體會吹入爐膛而使爐溫大大降低，反而降低了葉片質量，因而這種方法也未能得到應用。冶金企業利用連續鑄造工藝生產形狀簡單的金屬線材、板材或管材半成品，或制造低熔點金屬(如銅、鋁)的單晶或柱狀晶金屬產品，是結構簡單的等截面無鑄型產品或半成品的連續鑄造。在無鑄型的連續鑄造`時，對連續鑄造的產品或半成品進行噴水冷卻是必不可少的工序之一，同時，為防止水與熾熱的金屬接觸引起的氧化缺陷、汽膜熱阻甚至爆炸危險，也有考慮用其他冷卻液如液態金屬或熔鹽(離子液體)。但是，由于上述產品或半成品一般為普通的黑色金屬或有色金屬，其加工的精度要求不高、可以有大量的加工余量，噴水冷卻直接作用在該產品或半成品的金屬表面上，容易與表面發生氧化反應，且工作環境要求不高、一般在空氣環境中進行，不適用于本專利技術的帶型殼的高溫合金定向凝固工藝的冷卻。
技術實現思路
本專利技術的目的在于:提供了一種用于高溫合金的定向凝固裝置及其使用方法，能簡單且有效地解決葉片模殼散熱問題，改善單晶葉片的生長條件。本專利技術所采用的技術方案是: 一種高溫合金的定向凝固裝置，包括加熱室和鑄模冷室，所述加熱室和鑄模冷室是上下相通、相互隔熱的真空腔，其腔體內設置有升降工作臺，升降工作臺上放置模殼，高溫合金熔體在加熱室內澆入模殼、隨升降工作臺下降進入鑄模冷室而定向凝固；所述鑄模冷室內設置有噴射冷卻裝置，包括依次連接的噴嘴、冷卻液導管和冷卻液盛具，所述加熱室底部的出爐口處均勻設置一圈噴嘴、噴嘴的噴出端對應模殼外周面，冷卻液導管上設置有噴射栗。所述鑄模冷室內設置有冷卻液循環裝置，包括冷卻液收集盤和回流管，所述冷卻液收集盤設置在升降工作臺的頂部外周上，冷卻液收集盤的底部設置有冷卻液回流孔、通過回流管連接冷卻液盛具。所述噴嘴底部內側設置有一圈遮板，該遮板呈倒置的傘狀、其底部開口對應冷卻液收集盤內側。所述噴嘴為霧化噴嘴。所述冷卻液為液態鎵銦錫合金。所述模殼為陶瓷模殼。所述的高溫合金的定向凝固裝置的使用方法，具體步驟為: 安裝工作: 1)在現有的定向凝固爐的鑄模冷室內、圍繞加熱室底部的出爐口處均勻設置一圈噴嘴，并將噴嘴通過冷卻液導管與冷卻液盛具連接，在冷卻液導管上設置噴射泵； 2)把陶瓷模殼放置在升降工作臺上，并在升降工作臺頂部外周安裝冷卻液收集盤，并使用回流管將冷卻液收集盤底部的冷卻液回流孔與冷卻液盛具相連； 3)在噴嘴底部內側設 置一圈遮板，所述遮板呈倒置的傘狀、其底部開口對應冷卻液收集盤內側； 4)將銦錫液態合金作為冷卻液，倒入冷卻液盛具內； 定向凝固裝置的使用: 5)通過升降工作臺將陶瓷模殼升入加熱室內；關閉定向凝固爐的爐門、并對加熱室和鑄模冷室內腔抽真空； 6)開啟加熱室內的加熱器、對陶瓷模殼進行預熱，然后將熔化的高溫合金熔體澆入陶瓷模殼； 7)通過升降工作臺將陶瓷模殼以設定速度的勻速緩慢下降至鑄模冷室； 8)當陶瓷模殼進入鑄模冷室后，打開噴射泵，使冷卻液以霧滴狀噴向陶瓷模殼、對陶瓷模殼內部的高溫合金熔體進行強制冷卻； )9噴嘴底部內側的遮板防止冷卻液濺出、換熱后的冷卻液沿陶瓷模殼下流，遮板和陶瓷模殼上的冷卻液經冷卻液收集盤和回流管收集至冷卻液盛具，如此完成冷卻液的循環工作； 10)在高溫合金定向凝固過程即將結束時，關閉噴射泵，并將鑄模冷室放真空后打開，取出陶瓷模殼、并從中取出定向凝固后的高溫合金鑄件。本專利技術所產生的有益效果是: 與通常的采用液態金屬熔池冷卻的高溫合金的定向凝固相比，本專利技術有如下特點: (1)本專利技術的裝置簡單緊湊，可利用原有的定向凝固爐稍作添置，無需建新爐和變動原有結構； (2)由于冷卻液體用量大大減小(從液態金屬浴冷法的數噸減為一升左右)，可使用室溫下為液態的鎵銦錫(Ga-1n-Sn)合金。無須添加加熱裝置進行熔化和保溫，操作大大簡化； (3)液態金屬為室溫，且經過水冷保持低溫，比加溫過熱的錫液或鋁液冷卻效果要好。與采用氣體冷卻的高溫合金的定向凝固相比，本專利技術有如下特點: (O由于本專利技術中冷卻介質是液體，冷卻效果比氣體要好得多； (2)由于冷卻介質是金屬液體，不會像氣體那樣上升進入爐膛而降低爐溫； (3)液態的冷卻介質能自動回流到儲備容器，不必另設復雜的回收系統； (4)液態冷卻介質不會像氣體那樣影響爐內氣氛和真空狀況。與采用噴水冷卻的無鑄型的連續鑄造相比，本專利技術有如下特點: (1)本專利技術為帶陶瓷鑄型的高溫合金精密鑄造，與上述的無鑄型的連續鑄造不同； (2)本專利技術的產品材料為高溫合金，與上述產品或半產品為普通的黑色金屬或有色金屬不同； (3)本專利技術的產品形狀為復雜的渦輪葉片、是無加工余量的產品，與上述產品或半成品的形狀一般為簡單的、等截面結構不同； (4)本專利技術的冷卻作用部位在陶瓷模殼外表面，與上述的噴水冷卻直接作用在產品或半產品的金屬表面不同； (5)本專利技術的加工環境十分精密嚴格苛刻、工作條件必須在真空爐內，與上述噴水冷卻環境要求較低、可以直接直接作用在空氣中不同。`附圖說明圖1所示的是現有技術的冷卻裝置的使用狀態示意 圖2所示的是本專利技術冷卻裝置的使用狀態示意圖。圖中標號表示:1、加熱器，2、保溫層，3、陶瓷模殼，4、高溫合金熔體，5、高溫合金鑄件，6、隔熱陶瓷球，7、升降工作臺，8、底盤，9、冷卻用液態金屬，10、攪拌裝置，11加熱油，12、隔熱板，13、噴嘴，14、噴射泵，15、遮板，16、冷卻液收集盤，17、回流管，18、冷卻液盛具，19、冷卻液，20、水冷爐底，A、加熱室，B、鑄模冷室。具體實施例方式如圖2所不,本專利技術是一種高溫合金的定向凝固裝置,包括加熱室A和鑄模冷室B,加熱室A和鑄模冷室B是上下相通、相互隔熱的真空腔，其腔體內設置有升降工作臺7。升降工作臺7上放置模殼，高溫合金熔體4在加熱室A內澆入模殼、隨升降工作臺7下降進入鑄模冷室B而定向凝固。本具體實施方式中，模殼是陶瓷模殼3，陶瓷模殼3內裝有液態的高溫合金熔體4。加熱室A內部設置有加熱器1、外部設置有保溫層2，加熱室A和鑄模冷室B之間設本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種高溫合金的定向凝固裝置，包括加熱室和鑄模冷室，所述加熱室和鑄模冷室是上下相通、相互隔熱的真空腔，其腔體內設置有升降工作臺，升降工作臺上放置模殼，高溫合金熔體在加熱室內澆入模殼、隨升降工作臺下降進入鑄模冷室而定向凝固；其特征在于：所述鑄模冷室內設置有噴射冷卻裝置，包括依次連接的噴嘴、冷卻液導管和冷卻液盛具，所述加熱室底部的出爐口處均勻設置一圈噴嘴、噴嘴的噴出端對應模殼外周面，冷卻液導管上設置有噴射泵。
【技術特征摘要】
1.一種高溫合金的定向凝固裝置，包括加熱室和鑄模冷室，所述加熱室和鑄模冷室是上下相通、相互隔熱的真空腔，其腔體內設置有升降工作臺，升降工作臺上放置模殼，高溫合金熔體在加熱室內澆入模殼、隨升降工作臺下降進入鑄模冷室而定向凝固；其特征在于:所述鑄模冷室內設置有噴射冷卻裝置，包括依次連接的噴嘴、冷卻液導管和冷卻液盛具，所述加熱室底部的出爐口處均勻設置一圈噴嘴、噴嘴的噴出端對應模殼外周面，冷卻液導管上設置有噴射泵。2.根據權利要求1所述的高溫合金的定向凝固裝置，其特征在于:所述鑄模冷室內設置有冷卻液循環裝置，包括冷卻液收集盤和回流管，所述冷卻液收集盤設置在升降工作臺的頂部外周上，冷卻液收集盤的底部設置有冷卻液回流孔、通過回流管連接冷卻液盛具。3.根據權利要求2所述的高溫合金的定向凝固裝置，其特征在于:所述噴嘴底部內側設置有一圈遮板，該遮板呈倒置的傘狀、其底部開口對應冷卻液收集盤內側。4.根據權利要求1所述的高溫合金的定向凝固裝置，其特征在于:所述噴嘴為霧化噴嘴。5.根據權利要求1所述的高溫合金的定向凝固裝置，其特征在于:所述冷卻液為液態鎵銦錫合金。6.根據權利要求1所述的高溫合金的定向凝固裝置，其特征在于:所述模殼為陶瓷模殼。7.根據權利要求1所述的高溫合金的定向凝固裝置的使用方法，其特征在于:具體步驟為: 安裝工作...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馬德新，楊功顯，鞏秀芳，
申請(專利權)人：東方電氣集團東方汽輪機有限公司，
類型：發明
國別省市：
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