鑄造方法和鑄造制品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鑄造方法和鑄造制品。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于降低孔隙度的鑄造方法以及由該方法形成的鑄造制品。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的渦輪機(jī)葉片之類的多種部件通常通過定向凝固(DS)/單晶(SC)鑄造技術(shù)形成。更具體地，許多部件通常通過鑄造“拉坯(withdrawal)”技術(shù)形成，在該“拉坯”技術(shù)中，將熔融物填充的熔模模具從鑄造爐中拉出。將熔融物填充的熔模模具從鑄造爐中拉出允許模具中的熔融金屬或合金冷卻并凝固，從而在該模具內(nèi)形成該部件。
[0003]隨著熔融金屬或合金冷卻，它會收縮，從而導(dǎo)致在諸如渦輪機(jī)葉片尖端護(hù)罩之類的部件的多個部分內(nèi)形成孔隙。一種對形成在部件中的孔隙進(jìn)行填充的方法包括熱等靜壓(hipping)過程。該hipping過程是昂貴的。
[0004]在本領(lǐng)域中，在該過程和/或所形成的部件的特性方面具有改進(jìn)的鑄造方法和鑄造制品會是合乎需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個示例性實施例中，一種鑄造方法包括提供鑄造爐，該鑄造爐包括處于下端的拉坯區(qū)域，將模具定位在鑄造爐內(nèi)，將熔融材料定位在模具中，將該模具經(jīng)過鑄造爐中的拉坯區(qū)域部分地拉出拉坯距離，該拉坯距離提供局部拉出部分，隨后將該局部拉出部分的至少一部分經(jīng)過該拉坯區(qū)域再插入到鑄造爐中，并且隨后將模具從鑄造爐中經(jīng)過該拉坯區(qū)域完全拉出以產(chǎn)生鑄造制品。該再插入使該局部拉出部分內(nèi)的凝固部分部分地再熔化以利用熔融材料對形成在該凝固部分中的孔進(jìn)行填充。
[0006]在另一示例性實施例中，一種鑄造方法包括提供鑄造爐，該鑄造爐包括處于下端的拉坯區(qū)域，將模具定位在鑄造爐內(nèi)，將熔融材料定位在模具中，將該模具經(jīng)過鑄造爐中的拉坯區(qū)域部分地拉出持續(xù)拉坯時間以提供局部拉出部分，將該局部拉出部分的至少一部分經(jīng)過該拉坯區(qū)域再插入到鑄造爐中，并且隨后將模具從鑄造爐中經(jīng)過該拉坯區(qū)域完全拉出以產(chǎn)生鑄造制品。該再插入使模具的拉出部分中的凝固部分部分地再熔化以利用熔融材料填充形成在凝固部分中的孔。
[0007]在另一示例性實施例中，一種鑄造制品包括對應(yīng)于通過下列過程形成的微觀結(jié)構(gòu)和孔隙度，該過程包括從鑄造爐部分拉出、再插入、和完全拉出模具以形成鑄造制品。
[0008]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將通過下面結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例進(jìn)行的更為詳細(xì)的說明而變得明白，附圖作為示例示出了本發(fā)明的原理。
【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)本公開的一種實施例的鑄造方法的流程圖。
[0010]圖2示出了根據(jù)本公開的一種實施例的鑄造方法的過程視圖。
[0011]圖3示出了根據(jù)本公開的一種實施例的鑄造方法的增強(qiáng)視圖。
[0012]圖4示出了根據(jù)本公開的一種實施例的包括多次再插入在內(nèi)的鑄造方法的增強(qiáng)視圖。
[0013]在任何可能的位置處，相同的附圖標(biāo)記將貫穿視圖用于表示相同的元件。
【具體實施方式】
[0014]所提供的是一種鑄造方法和一種鑄造制品。與并不利用本文中所公開的特征中的一個或多個的鑄造方法和鑄造制品相比，本公開的實施例減少了鑄造制品中的孔隙，提高了鑄造制品的效率，降低了鑄造成本，降低了鑄造制品中的再結(jié)晶，在不利用熱等靜壓(hipping)的情況下形成鑄造制品，或其組合。
[0015]參照圖1-3，鑄造方法100包括提供鑄造爐200 (步驟110)，將模具210定位在鑄造爐200內(nèi)(步驟120)，以及將熔融材料220定位在模具210中(步驟130)。接著，將包括熔融材料220在內(nèi)的模具210經(jīng)過例如根據(jù)一個實施例處于鑄造爐200的下端201中的拉坯區(qū)域205部分地拉出(步驟140)拉坯距離217，提供了局部拉出部分213。在該局部拉出部分213中的熔融材料220至少部分地結(jié)晶以形成凝固部分215。
[0016]在部分拉出(步驟140)之后，在一個實施例中，鑄造方法100包括將模具210保持于拉坯距離217處持續(xù)部分拉坯保持時間，隨后將該局部拉出部分213的至少一部分經(jīng)過該拉坯區(qū)域205再插入(步驟150)到鑄造爐200中以形成再插入部分。該部分拉坯保持時間包括任何適當(dāng)?shù)某掷m(xù)時間，例如但不限于不高于約5分鐘、處于約15秒至約5分鐘之間，處于約30秒至約5分鐘之間，或其任何組合、子組合、范圍、或子范圍。該再插入(步驟150)使凝固部分215部分地再熔化以填充例如在部分拉出(步驟140)期間形成在該凝固部分215中的孔214(參見圖3)。在再插入(步驟150)之后，將再插入部分保持在鑄造爐200內(nèi)持續(xù)再插入保持時間，隨后將模具210從鑄造爐200中完全拉出(步驟160)以使熔融材料220結(jié)晶并形成鑄造制品300。該再插入保持時間包括任何適當(dāng)?shù)某掷m(xù)時間，例如但不限于不高于約5分鐘，處于約15秒至約5分鐘之間，處于約30秒至約5分鐘之間，或其任何組合、子組合、范圍、或子范圍。該部分拉坯保持時間與再插入保持時間是相似的，大致相似的，或不同的。
[0017]參照圖2-3，鑄造爐200包括用于接收模具210 (參見圖2)并將熔融材料220 (參見圖3)的溫度維持于熔融材料結(jié)晶溫度或高于該熔融材料結(jié)晶溫度的任何適當(dāng)?shù)蔫T造爐。一種適當(dāng)?shù)蔫T造爐包括但不限于定向凝固鑄造爐。在一個實施例中，在將熔融材料220定位在模具210 (步驟130)中之前，鑄造爐200接收和/或預(yù)熱該模具210。在另一實施例中，鑄造爐200接收和/或預(yù)熱多個模具210。在再一實施例中，在鑄造爐200內(nèi)的多個模具210之間形成間隙。為了便于增強(qiáng)對于多個模具210內(nèi)的溫度進(jìn)行的控制，模具210的定位包括但不限于豎向指向(vertical indexing)、計算引導(dǎo)(calculated guiding)、半熱絕緣該間隙、或其組合。熔融材料220隨后被經(jīng)過鑄造爐200中的孔206引入到模具210中?？?06包括任何適當(dāng)?shù)目祝绲幌抻跔t200的上端202中的孔、管道、澆口、或其組入口 ο
[0018]該模具210包括用于接收熔融材料220并形成鑄造制品300的任何適當(dāng)?shù)哪＞?。例如，在一個實施例中，模具210包括陶瓷恪模殼型鑄模(ceramic investment shellmold)，該陶瓷熔模殼型鑄模具有與對應(yīng)于鑄造制品300的形狀的一個或多個型腔連通的澆口杯。熔融材料220包括適用于鑄造的任何材料，并且被基于待形成的鑄造制品300進(jìn)行選擇。例如，用于形成渦輪機(jī)葉片的熔融材料220包括能夠定向凝固和/或單晶成型的任何材料。適用的材料包括但不限于金屬、超級合金(例如，鎳、鈷、或鐵基超級合金)、或其組合。在另一示例中，熔融材料220具有下述組成:按重量計算約9.8%的鉻、約7.5%的鈷、約1.5 %的鉬、約6 %的鎢、約4.8 %的鉭、約0.5 %的鈮、約4.2 %的鋁、約3.6 %的鈦、約0.08 %的碳、約0.0I %的硼、約0.1 %的鉿，并且余量為鎳。
[0019]參照圖3，將模具210部分拉出(步驟140)該拉坯距離217使該局部拉出部分213中的熔融材料220暴露于鑄造爐200外側(cè)的降低溫度。鑄造爐200外側(cè)的該降低溫度使局部拉出部分213內(nèi)的熔融材料220冷卻。冷卻該熔融材料220使熔融材料220至少部分地結(jié)晶以便在局部拉出部分213內(nèi)形成凝固部分215。該結(jié)晶使熔融材料220收縮，從而增大了結(jié)晶材料的密度并在凝固部分215內(nèi)形成孔214。隨著結(jié)晶繼續(xù)，結(jié)晶材料的增多降低或消除了進(jìn)入孔214中的熔融材料220流。諸如但不限于模具210的尺寸和/或形狀之類的多個特征促進(jìn)了凝固部分215的孔隙度的增大或減小。
[0020]在一個實施例中，拉坯距離217被選擇成與鑄造制品300的包括增加的成孔特性的至少一個區(qū)域相符，該區(qū)域例如但不限于初始拉出區(qū)段、包括增大厚度的區(qū)段、連續(xù)區(qū)段、或其組合。例如，在另一實施例中，拉坯距離217對應(yīng)于渦輪機(jī)葉片的葉片尖端護(hù)罩。拉還距離217包括但不限于處于約0.250英寸(約0.635cm)至約6英寸(約15.24cm)之間，處于約0.250英寸(約0.635cm)至約3英寸(約7.62cm)之間，處于約0.250英寸(約0.635cm)至約I英寸(約2.54cm)之間，處于約0.250英寸(約0.635cm)至約0.750英寸(約1.910cm)之間，處于約0.250英寸(約0.635cm)至約0.500英寸(約1.270cm)之間，或其任何組合、子組合、范圍、或子范圍。在達(dá)到拉坯距離217之后，將該局部拉出部分213再插入(步驟150)到鑄造爐200中。
[0021]該局部拉出部分213的再插入(步驟150)使形成在凝固部分215中的結(jié)晶材料部分地再熔化以便利用熔融材料220填充全部的或基本上全部的孔214?？?14內(nèi)的熔融材料220在模具210的完全拉出(步驟160)期間凝固以降低鑄造制品300的孔隙度。通過在部分拉出(步驟140)和再插入(步驟150)期間降低孔隙度，鑄造方法100在不進(jìn)行諸如但不限于熱等靜壓之類的鑄造后孔隙度處理的情況下降低鑄造制品300的孔隙度。此外，在不進(jìn)行與熱等靜壓相關(guān)的再結(jié)晶的情況下，部分拉出(步驟140)和再插入(步驟150)降低了鑄造制品300的孔隙度。
[0022]在部分拉出(步驟140)期間，將模具210以部分拉坯坯速率從鑄造爐200中拉出。適用的部分拉坯速率包括但不限于處于約I英寸/小時(約2.54cm/小時)至約30英寸/小時(約76.2cm/小時)之間，處于約I英寸/小時(約2.54cm/小時)至約15英寸/小時(約38.1cm/小時)之間，處于約I英寸/小時(約2.54cm/小時)至約10英寸/小時(約25.4cm/小時)之間，處于約I英寸/小時(約2.54cm/小時)至約7英寸/小時(約17.8cm/小時)之間，或其任何組合、子組合、范圍、或子范圍。在另一實施例中，該部分拉坯速率促進(jìn)了(facilitate)形成在凝固部分215中的結(jié)晶的類型和/或數(shù)量。例如，在模具210的部分拉出(步驟140)期間，降低該部分拉坯速率延長了該局部拉出部分213暴露于鑄造爐200外側(cè)的降低溫度的持續(xù)時間。延長的暴露增大了在凝固部分215中形成的結(jié)晶的數(shù)量。
[0023]在完全拉出(步驟150)期間，將模具210以完全拉坯速率從鑄造爐200中拉出。適當(dāng)?shù)耐耆魉俾拾ǖ幌抻谔幱诩sI英寸/小時(約2.54cm/小時)至約30英寸/小時(約76.2cm/小時)之間，處于約I英寸/小時(約2.54cm/小時)至約15英寸/小時(約38.1cm/小時)之間，處于約I英寸/小時(約2.54cm/小時)至約10英寸/小時(約25.4cm/小時)之間，處于約I英寸/小時(約2.54cm/小時)至約7英寸/小時(約17.8cm/小時)之間，或其任何組合、子組合、范