螺旋選晶器12頂部，最終長(zhǎng)滿整個(gè)型腔;支撐桿 14位于整個(gè)烙模組的中屯、，增加模殼的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，起到一定的支撐作用。水冷系統(tǒng)包括 水冷環(huán)7和水冷板15,均需要通入循環(huán)冷卻水;水冷環(huán)7較低的溫度可W加快鑄件系統(tǒng)在該 區(qū)域的福射散熱，增強(qiáng)對(duì)鑄件系統(tǒng)的冷卻能力；水冷板15對(duì)螺旋選晶器12起晶段底部的激 冷作用，可W促進(jìn)螺旋選晶器12起晶段底部形核面大量形核。
[0017]在本實(shí)施例中，參見(jiàn)圖1和圖2,鑄件系統(tǒng)的鑄件型腔基體模殼9采用烙模組結(jié)構(gòu)， 至少包括兩個(gè)豎直的分段變截面的圓柱形鑄件型腔，分段變截面的圓柱形鑄件型腔的頂部 通過(guò)橫向的烙體流通通道相互連通，誘注口 13位于烙體流通通道上，對(duì)應(yīng)誘注口 13的烙體 流通通道的底部下沉成為緩沖腔，在緩沖腔的底部和底部水冷板15之間通過(guò)固定安裝支撐 桿14進(jìn)行連接和支撐。
[001引在本實(shí)施例中，參見(jiàn)圖2,固定福射擋板6上方的爐體1的內(nèi)腔部分為加熱區(qū)，在在 爐體1內(nèi)的加熱區(qū)設(shè)有加熱器2，加熱器2包括上加熱單元3、分區(qū)擋板4和下加熱單元5，上加 熱單元3和下加熱單元5的中間用分區(qū)擋板4隔開(kāi)，上加熱單元巧日熱溫度高于下加熱單元5 的加熱溫度，有效提高了溫度梯度，固定福射擋板6下方為冷卻區(qū)設(shè)有水冷環(huán)7。
[0019] 在本實(shí)施例中，利用圖2的裝置進(jìn)行變截面鑄件的定向凝固，試樣為不同截面的長(zhǎng) 度分別為40mm和60mm的變截面鑄件，其變截面尺寸為10mm，加熱器溫度為1500°C，水冷環(huán)7 和底部水冷板15的初始溫度為25°C，并持續(xù)水冷，模殼初始溫度均為1500°C，模殼厚度6mm， 合金烙體初始溫度為1500°C，誘注完成后，保溫一段時(shí)間至溫度基本恒定后，W2mm/min的 拉速將鑄件系統(tǒng)和底部水冷板15從加熱區(qū)向冷卻區(qū)緩慢抽拉，實(shí)現(xiàn)自下而上的定向凝固， 所制備的單晶的微觀組織實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。
[0020] 對(duì)比例一： 為了突出雙層模殼法抑制變截面處雜晶形成的效果，變截面處不加保溫模殼11時(shí)，進(jìn) 行與實(shí)施例一同樣的定向凝固實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的其他參數(shù)與實(shí)施例一的設(shè)置相同，所制備的單 晶的微觀組織實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。
[0021] 結(jié)合實(shí)施例一和對(duì)比例一的對(duì)比可知，如圖3所示，在相同的拉速下，對(duì)比例一不 加保溫模殼11，在鑄件變截面拐角處10有雜晶產(chǎn)生;而再實(shí)施例一中設(shè)有保溫模殼11后，鑄 件變截面拐角處10無(wú)雜晶產(chǎn)生。因此，在實(shí)施例一中，變截面處加保溫模殼11的雙層模殼法 確實(shí)能明顯抑制變截面處雜晶形成，獲得均一的單晶組織。
[0022] 實(shí)施例二： 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處在于： 在本實(shí)施例中，利用實(shí)施例一控制變截面處雜晶形成的裝置進(jìn)行變截面鑄件的定向凝 固，增大變截面尺寸至15mm，試樣為不同截面的長(zhǎng)度分別為30mm和60mm的變截面鑄件，加熱 器溫度為1500°C，水冷環(huán)7和底部水冷板15的初始溫度為25°C，并持續(xù)水冷，模殼初始溫度 均為1500°C，模殼厚度6mm，合金烙體初始溫度為1500°C，誘注完成后，保溫一段時(shí)間至溫度 基本恒定后，W2mm/min的拉速將鑄件系統(tǒng)和底部水冷板15從加熱區(qū)向冷卻區(qū)緩慢抽拉，實(shí) 現(xiàn)自下而上的定向凝固，所制備的單晶的微觀組織實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。
[002引對(duì)比例二： 為了突出雙層模殼法抑制變截面處雜晶形成的效果，變截面處不加保溫模殼11時(shí)，進(jìn) 行與實(shí)施例二同樣的定向凝固實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的其他參數(shù)與實(shí)施例二的設(shè)置相同，所制備的單 晶的微觀組織實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。
[0024] 結(jié)合實(shí)施例二和對(duì)比例二的對(duì)比可知，如圖4所示，在相同的拉速下，對(duì)比例二不 加保溫模殼11，在鑄件變截面拐角處10有雜晶產(chǎn)生;而再實(shí)施例二中設(shè)有保溫模殼11后，鑄 件變截面拐角處10無(wú)雜晶產(chǎn)生。因此，在實(shí)施例二中，變截面處加保溫模殼11的雙層模殼法 確實(shí)能明顯抑制變截面處雜晶形成，獲得均一的單晶組織。
[0025] 上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可W 根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，凡依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)和原理下 做的改變、修飾、替代、組合或簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，只要符合本發(fā)明的發(fā)明目的， 只要不背離本發(fā)明控制變截面處雜晶形成的方法的技術(shù)原理和發(fā)明構(gòu)思，都屬于本發(fā)明的 保護(hù)犯i圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種控制變截面處雜晶形成的方法，其特征在于:設(shè)置定向凝固裝置，由鑄件型腔模 殼形成金屬定向凝固工作空間，并使定向凝固工作空間形成豎直的分段變截面的圓柱形鑄 件型腔，在鑄件型腔的變截面拐角處的鑄件型腔模殼部分形成局部雙層模殼，局部雙層模 殼是由保溫模殼和鑄件型腔模殼分別作為內(nèi)外殼層結(jié)合形成的復(fù)合模殼，利用保溫模殼包 圍鑄件變截面拐角，進(jìn)而控制鑄件在變截面處的徑向溫度梯度為0.5~1.0°C/mm，同時(shí)控制 其加熱爐內(nèi)腔溫度為1450~1550°C，采用水冷系統(tǒng)作為對(duì)鑄件起晶段進(jìn)行冷卻，在定向凝 固裝置內(nèi)的固-液界面處和初生凝固組織中形成設(shè)定的過(guò)冷度，并控制定向凝固鑄坯的拉 速連續(xù)可調(diào)；將鑄件型腔模殼與拉桿固定，然后一起上升進(jìn)入定向凝固裝置的加熱爐中設(shè) 定位置處，然后向鑄件型腔模殼中澆鑄金屬熔體，澆注完成后，保溫至溫度基本恒定后，根 據(jù)設(shè)定抽拉速度及溫度梯度，以1~4mm/min的拉速將鑄件型腔模殼、初生凝固鑄件和水冷 系統(tǒng)一并從加熱爐內(nèi)的加熱區(qū)向冷卻區(qū)緩慢抽拉，使在鑄件型腔模殼中的金屬熔體進(jìn)行自 下而上的定向凝固形成單晶組織。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述控制變截面處雜晶形成的方法，其特征在于:在鑄件起晶段利用 螺旋選晶器的螺旋段的選擇作用，逐漸生長(zhǎng)金屬單晶凝固組織。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述控制變截面處雜晶形成的方法，采用控制變截面處雜晶形成的 裝置來(lái)實(shí)施，所述控制變截面處雜晶形成的裝置包括爐體(1)和加熱器(2)，其特征在于:在 所述加熱器(2)下方設(shè)有固定輻射擋板(6)，所述固定輻射擋板(6)將整個(gè)所述爐體（1)的內(nèi) 腔分為上方的加熱區(qū)和下方的冷卻區(qū)，鑄件系統(tǒng)從加熱區(qū)拉到冷卻區(qū)使金屬熔體進(jìn)行自下 而上的定向凝固，所述鑄件系統(tǒng)包括鑄件型腔基體模殼(9)、螺旋選晶器(12)和模殼頂部的 澆注口（13)，所述鑄件型腔基體模殼(9)內(nèi)部形成豎直分段變截面的圓柱形鑄件型腔，液態(tài) 高溫合金熔體經(jīng)所述澆注口（13)澆入鑄件型腔基體模殼(9)中，在鑄件變截面拐角（10)處 的鑄件型腔基體模殼(9 )內(nèi)表面固定設(shè)置保溫模殼（11 )，使鑄件變截面拐角（10 )處的鑄件 型腔模殼部分形成局部雙層結(jié)構(gòu)的復(fù)合模殼，利用保溫模殼（11)包圍鑄件變截面拐角 (10)，進(jìn)而控制變截面鑄件(8)在變截面處的徑向溫度梯度為0.5~1 °C/mm，所述螺旋選晶 器（12)的頂部與鑄件型腔基體模殼(9)的底部連通，所述螺旋選晶器（12)的底部固定安裝 在設(shè)置于加熱區(qū)和冷卻區(qū)分界線位置處的底部水冷板（15)上，在變截面鑄件(8)起晶段利 用螺旋選晶器的螺旋段的選擇作用，最終只有一個(gè)晶粒生長(zhǎng)到螺旋選晶器（12)的頂部，逐 漸生長(zhǎng)金屬單晶凝固組織，最終長(zhǎng)滿整個(gè)型腔，控制變截面鑄件(8)的拉速連續(xù)可調(diào)，將所 述鑄件系統(tǒng)與拉桿固定，然后一起上升進(jìn)入定向凝固裝置的爐體(1)中設(shè)定位置處，然后向 鑄件型腔中澆鑄金屬熔體，澆注完成后，保溫至溫度基本恒定后，根據(jù)設(shè)定抽拉速度及溫度 梯度，以1~4mm/min的拉速將鑄件系統(tǒng)從加熱爐內(nèi)的加熱區(qū)向冷卻區(qū)緩慢抽拉，使在鑄件 型腔中的金屬熔體進(jìn)行自下而上的定向凝固形成單晶組織。4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述控制變截面處雜晶形成的方法，其特征在于:所 述鑄件系統(tǒng)的鑄件型腔基體模殼(9)采用熔模組結(jié)構(gòu)，至少包括兩個(gè)豎直的分段變截面的 圓柱形鑄件型腔，分段變截面的圓柱形鑄件型腔的頂部通過(guò)橫向的熔體流通通道相互連 通，所述澆注口（ 13)位于熔體流通通道上，對(duì)應(yīng)所述澆注口（ 13)的熔體流通通道的底部下 沉成為緩沖腔，在緩沖腔的底部和底部水冷板(15)之間通過(guò)固定安裝支撐桿（14)進(jìn)行連接 和支撐。5. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述控制變截面處雜晶形成的方法，其特征在于:所 述保溫模殼(11)與鑄件型腔基體模殼(9)間隙性接觸。6.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述控制變截面處雜晶形成的方法，其特征在于：固 定輻射擋板(6)上方的所述爐體（1)的內(nèi)腔部分為加熱區(qū)，在在爐體（1)內(nèi)的加熱區(qū)設(shè)有加 熱器(2)，加熱器(2)包括上加熱單元(3)、分區(qū)擋板(4)和下加熱單元(5)，所述上加熱單元 (3)和所述下加熱單元(5)的中間用所述分區(qū)擋板(4)隔開(kāi)，所述上加熱單元(3)加熱溫度高 于所述下加熱單元(5)的加熱溫度，固定輻射擋板(6)下方為冷卻區(qū)設(shè)有水冷環(huán)(7)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種控制變截面處雜晶形成的方法，通過(guò)在變截面處使用雙層模殼法，能切實(shí)有效的抑制變截面處雜晶形成，在相對(duì)較高的拉速下獲得單晶組織，獲得機(jī)械性能優(yōu)良的高溫合金鑄件。本發(fā)明變截面鑄件定向凝固裝置由加熱系統(tǒng)、鑄件系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)組成，鑄件系統(tǒng)從加熱區(qū)拉到冷卻區(qū)可以實(shí)現(xiàn)自下而上的定向凝固。采用雙層模殼法有優(yōu)異的抑制雜晶形成的效果，對(duì)多葉片成組制造并獲得性能優(yōu)異的單晶高溫合金葉片，提高生產(chǎn)效率具有重要的指導(dǎo)意義。
【IPC分類】B22D27/04, C30B29/52, C30B11/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105436478
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511008332
【發(fā)明人】玄偉東, 李傳濤, 謝信亮, 任忠鳴, 李傳軍, 任興孚, 王寶軍
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年12月30日