模芯组件及熔模铸造方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201510954079.6 | 申请日 | 2015-12-17 | 公开(公告)号 | CN106890945A | 公开(公告)日 | 2017-06-27 |
| 申请人 | 通用电气公司; | 发明人 | 武颖娜; 徐惠宇; 魏斌; 吴志玮; | ||||
| 摘要 | 本 发明 揭示模芯组件。该模芯组件包括：至少一个芯，其包括主体部且包括熔点高于1500摄氏度的抗高温材料，所述主体部的长径比大于50且所述主体部包括熔点高于1500摄氏度的高熔点金属；及壳模，环绕所述芯且和所述芯之间形成空腔来接收 熔化 的铸件金属。本发明还揭示一种熔模 铸造 方法。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种模芯组件，其特征在于，所述模芯组件包括： |
||||||
| 说明书全文 | 模芯组件及熔模铸造方法技术领域[0001] 本发明有关一种模芯组件和熔模铸造方法，尤其涉及一种用来熔模铸造带深长孔的铸件具有芯的模芯组件和熔模铸造方法。 背景技术[0002] 熔模铸造方法广泛地用来成型具有复杂几何结构的金属元件，尤其是具有内孔的元件。熔模铸造方法首先成型模芯组件，其包括壳模和固定在壳模内的芯。然后通过将熔化的钢水注入成型好的模芯组件中冷却形成固体的金属铸件。铸件形成后，将壳模和芯去除。现有的芯通过陶瓷材料形成，陶瓷可抗高温，但陶瓷较脆，容易断裂。尤其是在铸造较大的元件中较深的孔洞时，陶瓷芯也较长，陶瓷芯的强度较低，更容易断裂。 [0003] 因此，有必要提供一种解决方案来解决至少一个上面提及的问题。 发明内容[0004] 本发明的一个方面在于提供一种模芯组件。该模芯组件包括：至少一个芯，其包括主体部且包括熔点高于1500摄氏度的抗高温材料，所述主体部的长径比大于50且所述主体部包括熔点高于1500摄氏度的高熔点金属；及壳模，环绕所述芯且和所述芯之间形成空腔来接收熔化的铸件金属。 [0005] 本发明的另一个方面在于提供一种熔模铸造方法。该熔模铸造方法包括：形成至少一个芯，所述芯包括主体部且包括熔点高于1500摄氏度的抗高温材料，所述主体部的长径比大于50且所述主体部包括熔点高于1500摄氏度的高熔点金属；形成壳模，所述壳模环绕所述芯且和所述芯之间形成空腔；引入熔化的铸件金属至所述空腔内形成铸件；及去除所述壳模。附图说明 [0006] 通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中： [0007] 图1所示为本发明模芯组件一个实施例的截面图； [0008] 图2所示为本发明模芯组件另一个实施例的截面图； [0009] 图3所示为本发明模芯组件另一个实施例的截面图； [0010] 图4所示为本发明模芯组件另一个实施例的截面图； [0011] 图5所示为本发明模芯组件另一个实施例的截面图； [0012] 图6所示为本发明模芯组件另一个实施例的截面图； [0013] 图7所示为本发明模芯组件另一个实施例的截面图； [0014] 图8所示为本发明模芯组件另一个实施例的截面图； [0015] 图9所示为本发明模芯组件另一个实施例的横截面示意图； [0016] 图10所示为本发明模芯组件另一个实施例的截面图； [0017] 图11所示为本发明熔模铸造方法一个实施例的流程图。 具体实施方式[0018] 除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。另外，“连接”或者“相连”等类似的词语并非用来区分两个元件之间的直接或间接连接。当然，除非另行说明，此元件间可以直接或间接连接。 [0019] 本发明的模芯组件可以用于熔模铸造中。模芯组件可用来熔模铸造涡轮机的元件，例如各种形状和尺寸的叶片，可在叶片内形成较深的内孔。模芯组件也可用来铸造排气柱的冷却管，还可以用于铸造其他元件，在铸造的元件内可形成较长的孔洞。图1所示为一个实施例的模芯组件10的截面图。模芯组件10包括至少一个芯12和壳模14。仅为了图示说明的作用，图中仅示出了一个芯12。在实际应用中，模芯组件10可以具有一个或多个芯12，芯12的数目可以根据实际应用中需要形成的孔洞的数目确定。 [0020] 芯12包括主体部16且包括熔点高于1500摄氏度的抗高温材料。主体部16的长径比大于50。在本实施例中，主体部16为圆柱形的实心棒，主体部16的长径比为主体部16的纵向长度L和横截面的直径D。例如，主体部的纵向长度L为300mm且横截面的直径D为2mm，此仅为一个示例，并不限于此。且主体部16的长径比不限于图中所画的比例关系。主体部16包括熔点高于1500摄氏度的高熔点金属。本实施例中，主体部16还包含抗高温材料。高熔点金属和抗高温材料混合在一起。主体部16包括基底18和混杂在基底18内的添加物20。在一个实施例中，基底18包括高熔点金属，添加物20包括抗高温材料。在另一个实施例中，基底18包括抗高温材料，添加物20包括高熔点金属。在图示实施例中，添加物20为粉末状，分布在基底18中。在另一个实施例中，主体部16包括金属陶瓷，金属陶瓷包括高熔点金属和陶瓷。陶瓷为抗高温材料。 [0021] 在一个实施例中，抗高温材料包括石英、陶瓷、铂族金属和金属陶瓷中的至少一种。抗高温材料可以是前述金属的纯金属、合金或混合物。金属陶瓷为由陶瓷硬质相与金属或合金粘结相组成的结构材料，其具有较好的韧性和热稳定性。在一个实施例中，金属陶瓷包含WC-Co系复合材料或TiC-TiN-Mo-Ni系复合材料。在一个实施例中，高熔点金属包括钼、钨、钛、铂族金属、钽、铬和铌中的至少一种。主体部16可以包含前述高熔点金属的纯金属、合金或混合物。在一个实施例中，主体部16可以包含钼基合金，例如，钼铬合金(MoCr)、钼钴铬合金(MoCoCr)、钼钨合金(MoW)和钼锆钛合金(TZM，MoZrTi)。主体部16可以包含钨基合金(W based alloy)或钛钼合金(TiMo)。 [0022] 抗高温材料和高熔点金属选择不同的材料来形成芯12，因此芯12至少包含两种不同的材料。抗高温材料可以防止芯12因熔化的铸件金属(例如，镍基高温合金、钴基高温合金)的高温而变形。金属材料可以增加芯12的强度和/或韧性。在本实施例中，高熔点金属的熔点高于铸件金属的熔点，高熔点金属不易在熔化的铸件金属的高温下熔化。 [0023] 壳模14环绕芯12且和芯12之间形成空腔22来接收熔化的铸件金属(未图示)。壳模14可以用陶瓷材料形成，且壳模14的形状和尺寸与实际需要铸造的元件的外形和尺寸一致。芯12在壳模14中的位置也根据实际需要铸造的元件的孔的位置决定。本实施例中的芯 12可以在铸件形成后完全去除，可以通过腐蚀法去除。 [0024] 图2所示为另一个实施例的模芯组件10的截面图。图2所示的模芯组件10类似于图1所示的模芯组件10。相比较于图1所示的模芯组件10，图2所示的模芯组件10的芯12的主体部16为空心管。主体部16的长径比为空心管的长度L和外直径D的比值。空心管的外直径D的尺寸与实际需要形成的孔的直径相等。图2所示的主体部16的材料类似于图1中的主体部16的材料。本实施例中的芯12在铸件形成后完全去除。在腐蚀去除芯时，空心管暴露的面积较大，其与腐蚀液接触面积较大，因此较易去除空心管。 [0025] 图3所示为另一个实施例的模芯组件10的截面图。图3所示的模芯组件10类似于图1所示的模芯组件10。图3中芯12的主体部16也包括基底18和混杂在基底18内的添加物20。 相比较于图1所示的实施例，图3中的添加物20为细丝，其沿芯12的纵长方向排布在基底18中。在另一个实施例中，细丝状的添加物20可以交织排布在基底18内。在再一个实施例中，添加物20可以是其他形状。在图3实施例中，芯12为细长的实心棒。在另一个实施例中，如图 4所示，芯12为空心管，其形状类似于图2的芯12的形状。图4的芯12具有和图3的芯12相同的材料，在此不再重复说明。图3和图4实施例的芯13在铸件形成后完全去除。 [0026] 图5所示为另一个实施例的模芯组件10的截面图。图5所示的模芯组件10类似于图1所示的模芯组件10。相比较于图1所示的模芯组件10，图5所示的模芯组件10的芯12进一步包括形成在主体部16外表面的涂层24。涂层24包括抗高温材料。本实施例中，主体部16由高熔点金属制成，涂层24可防止主体部16因熔化的铸件金属的高温而变形，也可防止主体部 16的高熔点金属与熔化的铸件金属反应，防止主体部16的表面氧化。在一个实施例中，涂层 24可以是将抗高温材料涂抹在主体部16上形成的薄层。另一个实施例中，涂层24可以是颗粒状的抗高温材料分布在主体部16的表面。在另一个实施例中，主体部16为高熔点金属的基底且混杂有抗高温材料。主体部16中的抗高温材料可以与涂层24的抗高温材料相同或不同。本实施例中的芯12在铸件形成后完全去除。 [0027] 图6所示为另一个实施例的模芯组件10的截面图。图6所示的模芯组件10类似于图5所示的模芯组件10。相比较于图5所示的模芯组件10，图6所示的模芯组件10的芯12的主体部16为空心管。在一个实施例中，空心管16的外表面涂有涂层24。在另一个实施例中，空心管16的内表面和外表面都涂有涂层24。本实施例中的涂层24和主体部16的材料类似于图5所示的实施例。 [0028] 图7所示为另一个实施例的模芯组件10的截面图。图7中的芯12的主体部16为空心管，空心管16包括高熔点金属材料。芯12进一步包括填充于空心管16内的填充物26，填充物26包括抗高温材料。抗高温材料的填充物26可以冷却空心管16，防止空心管16在铸造的高温下变形。在本实施例中，填充物26包括若干粉末，例如陶瓷粉，其具有一定的流动性，可注入空心管16内，铸件形成后可将陶瓷粉从空心管16中倒出。在一个实施例中，空心管16为不易在熔化的铸件金属的高温下熔化的金属。在铸件形成后，将空心管16去除。在另一个实施例中，空心管16为与铸件金属类似或相同的高熔点金属材料，例如镍基高温合金或钴基高温合金。空心管的高熔点金属的熔点与铸件金属的熔点接近或相等。在一个实施例中，空心管16的高熔点金属材料可以采用通用电气公司的镍基高温合金GTD111、GTD222和GTD444，GTD111、GTD222和GTD444分别包含多于50％的镍(Ni)、一些铬(Cr)、少量的其他金属元素(例如钴(Co)、钨(W)、铝(Al))和少量的非金属元素(例如碳(C)、硼(B))。空心管16的高熔点金属材料还可采用镍基高温合金IN738，其包含62重量百分比(wt％)的镍、16wt％的铬以及少量的其他一些金属和非金属元素。但空心管16的材料不限于上述所提及的材料。在铸件形成后，空心管16留在铸件中，和铸件成为一体作为所需的元件。此时，空心管16的内部尺寸，例如内径，设置成与所需形成的孔洞的尺寸相同。如此形成的孔洞的内壁较光滑。 [0029] 图8所示为另一个实施例的模芯组件10的截面图。图8所示的模芯组件10类似于图7所示的模芯组件10。相比较于图7所示的模芯组件10，图8中填充物26包括与空心管16接触的实心棒。填充物26为棒状，其为抗高温材料且与空心管16完全接触。在另一个实施例中，填充物26还可以是其他形态。图7和图8中的填充物26也可填充于图2、图4和图6的空心管中。 [0030] 图9所示为另一个实施例的模芯组件10的横截面示意图。图9中示出了两种芯的主体部161和162的横截面。主体部161具有圆形的横截面。主体部162具有非圆形的横截面，本实施例中为椭圆型。主体部162的横截面为椭圆形时，主体部162的长径比为主体部162的纵向长度和较长的直径的比值。在其他实施例中，主体部16还可具有其他形状的非圆的横截面，例如矩形、多边形或不规则形状(未图示)。此时主体部16的长径比为主体部16的纵向长度和横截面上最长的径向长度的比值。在一个实施例中，主体部16具有不同的横截面。 [0031] 图10所示为另一个实施例的模芯组件10的截面图。本实施例中，芯12的主体部16具有非直的形状。主体部16在纵向方向上为非直的。在一个实施例中，主体部16在纵向方向上为具有一定弧度的弯曲形状。在另一实施例中，主体部16在纵向方向上为有规则或无规则变化的非直形状。主体部16的长径比为纵向的曲线的总长度和径向最长长度的比值。图10中的主体部16可以是空心管或实心棒，芯12的结构和材料等可以与图1-9的实施例相似。 [0032] 图1至图10实施例的芯12具有高熔点金属，芯12的强度和韧性较好，芯12不易断裂。芯12还包含有抗高温材料，可以防止芯12变形、氧化。如此可以制造长径比大于50的较长的芯12，用来形成较长的孔洞。且可以制造形状复杂的较长的芯12，用来形成形状复杂的孔。 [0033] 图11所示为一个实施例的熔模铸造方法40的流程图。步骤41中，形成至少一个芯。芯包括主体部且包括熔点高于1500摄氏度的抗高温材料。主体部的长径比大于50且主体部包括熔点高于1500摄氏度的高熔点金属。在一个实施例中，至少利用高熔点金属和抗高温材料形成芯的主体部。可以形成实心棒的主体部或空心管状的主体部。在一个实施例中，主体部包括基底和混杂在基底内的添加物，基底包括高熔点金属，添加物包括抗高温材料。在另一个实施例中，基底包括抗高温材料，添加物包括高熔点金属。在一个实施例中，在主体部的外表面形成涂层，涂层包括抗高温材料。在另一个实施例中，主体部为空心管，且用填充物填充空心管，填充物包括抗高温材料。填充物可以是粉末或实心棒。形成芯的步骤41可以形成图1至10实施例中所描述芯，此处不再重复说明。 [0034] 步骤43中，形成壳模。壳模环绕芯且和芯之间形成空腔。在一个实施例中，利用模具成型材料(例如蜡)按照需要铸造的元件成型模具，然后在模具外形成包覆模具的壳模，接着移除模具成型材料留下壳模，如此壳模的形状和尺寸和元件的形状和尺寸相同。在一个实施例中，模具成型材料将芯嵌入其中，移除模具成型材料后，留下芯在壳模中。在另一个实施例中，壳模形成后，将芯放入并固定在壳模中。壳模可以用陶瓷泥浆形成。如此模芯组件形成，壳模和芯之间形成有空腔，可以收容熔化的铸件金属。 [0035] 步骤45中，引入熔化的铸件金属至空腔内形成铸件。高温的熔化的铸件金属注入壳模中后迅速冷却形成固体的铸件。步骤47中，去除壳模。一个实施例中，通过腐蚀的方法将陶瓷壳模去除。在一个实施例中，芯的主体部由和铸件金属相似的金属制成，且主体部外表面不具有抗高温材料的涂层时，芯的主体部可以留在铸件中，和铸件一体形成所需的元件。主体部为空心管，中间填充有抗高温材料的填充物来冷却空心管，填充物在铸件完成后去除。空心管的内部尺寸等于所需形成的孔洞的尺寸。在另一个实施例中，铸件方法40进一步包括完全去除芯。可以通过腐蚀法将芯完全去除。例如，当芯的主体部中含有抗高温材料时，或当芯包括抗高温材料的涂层时，或芯的高熔点金属材料与铸件金属不同也不相似时，完全去除芯。芯的外围尺寸与需要形成的孔洞的尺寸一致。 [0036] 方法40的动作以功能模块的形式图示，图11所示的模块的先后顺序和模块中动作的划分并非限于图示的实施例。例如，某些模块可以按照不同的顺序进行；一个模块中的动作可以与另一个或多个模块中的动作组合，或拆分为多个模块。 [0037] 虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于涵盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈