一种单晶导向叶片蜡模结构的制作方法

1.本实用新型属于单晶叶片制备技术领域，尤其涉及一种单晶导向叶片蜡模结构。


背景技术：

2.单晶涡轮叶片包括转子叶片和导向叶片，是航空发动机的核心热端部件，其中导向叶片由于缘板非常宽大，制成单晶铸件的难度更大。为了优化机械性能，单晶叶片一般要求晶体的【001】取向与叶身8轴向一致，这可以通过将叶片垂直组树的方式来实现(图1)，将中柱2垂直安装在平面底盘17中部，并利用中柱2将横浇道3及浇口杯4连接，在叶片下端粘接轴向一致的选晶器蜡模6，再将选晶器蜡模6垂直安装在平面型激冷底板上。金属液浇注进浇口杯4并经横浇道3充入模壳，经选晶器蜡模与平面型激冷底板相接触。选晶器蜡模起晶段的热流垂直向下进入激冷板，而以【001】晶向为优先方向的晶粒则沿与热流方向相反的方向向上生长。也就是说，选晶器蜡模里生长出的单晶具有垂直方向的【001】晶向，并扩展到整个叶片，使得叶片轴向与【001】晶向一致。这种方法一般适用于叶身8狭长而缘板不宽的单晶转子叶片的生产。而对于导向叶片，单晶生长很难扩展到宽大的缘板，单晶成品率不高，而且宽大的下缘板7和上缘板9上端面由于得不到补缩，会产生严重的表面疏松。
3.综上，有必要对现有单晶导向叶片蜡模结构进行改进。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种单晶导向叶片蜡模结构，利用上述蜡模结构可以制备出叶片轴向与单晶【001】晶向一致，而且缘板表面无疏松缺陷的单晶导向叶片。
5.为此，本实用新型实施例提供的单晶导向叶片蜡模结构，包括叶片蜡模、选晶器蜡模和浇注系统蜡模，所述浇注系统蜡模包括凸面底盘、中柱、横浇道及浇口杯，所述中柱垂直安装在所述凸面底盘中部的第一圆锥台上，并利用所述中柱将所述横浇道及所述浇口杯连接，所述第一圆锥台与定向凝固炉的激冷底板上的第二圆锥台形状及大小一致；
6.所述选晶器蜡模的起始端与所述第一圆锥台的侧面连接，螺旋端与所述叶片蜡模的下缘板底端的一个边角连接，所述横浇道与叶片蜡模的上缘板顶端的一个边角连接，所述选晶器蜡模的轴向与所述第一圆锥台的侧面垂直，并与所述叶片蜡模的叶身轴向保持平行。
7.具体的，所述叶片蜡模的上、下缘板的下倾角之间连接有引晶条。
8.具体的，所述叶片蜡模的上、下缘板的上翘角之间连接有补缩条。
9.具体的，所述第一圆锥台的母线的倾斜角度为20
°‑
70
°
。
10.具体的，所述第一圆锥台的母线的倾斜角度为45
°
。
11.具体的，所述中柱的轴线与所述圆锥台的轴线重合。
12.具体的，所述叶片蜡模围绕所述第一圆锥台均匀设置多个，每个所述叶片蜡模均通过一个所述选晶器蜡模与所述第一圆锥台的侧面连接。
13.与现有技术相比，本实用新型至少一个实施例具有如下有益效果：
14.1、采用带有第一圆锥台的凸面底盘蜡模，组装蜡树时将选晶器粘接在凸面底盘的第一圆锥台上，使得选晶器轴向以及叶片轴向与第一圆锥台侧面垂直，熔炼浇注时将模壳安放在同样形状的凸面型激冷底板上，浇注后选晶器内的热流q会沿激冷底板上圆锥台侧面的法向方向进入激冷底板，定向晶粒则沿热流q的相反方向生长，经过选晶器后得到与叶片轴向平行的单晶生长，长入叶片下缘板的斜下角，再扩展到整个叶片，最后得到了轴向与单晶【001】晶向一致的单晶叶片，满足了对单晶叶片一次晶向的要求。
15.2、利用上述蜡模结构制备的模壳底部形成有与激冷底板适配的凹腔，模壳与激冷底板装配时，可以利用脱蜡后凸面底盘上第一圆锥台留下的空位进行定位，模壳可以快速精准的安装至激冷底板上。
16.3、叶片采用倾斜组树结构，缘板的凝固过程是斜着向上顺序进行，得到源源不断的液体补缩，避免了两个缘板上端面的严重疏松，得到质量良好的单晶导向叶片铸件。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是现有导向叶片蜡树结构示意图；
19.图2是本实用新型实施例提供的导向叶片蜡树结构示意图；
20.图3是本实用新型实施例提供的激冷底板与叶片模壳组装示意图；
21.其中：1、凸面底盘；2、中柱；3、横浇道；4、浇口杯；5、第一圆锥台；6、选晶器蜡模；7、下缘板；8、叶身；9、上缘板；10、导向叶片模壳；11、激冷底板；12、补缩条；13、引晶条；14、上翘角；15、下倾角；16、第二圆锥台；17、平面底盘。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
24.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
25.参见图2，一种单晶导向叶片蜡模结构，包括叶片蜡模、选晶器蜡模6和浇注系统蜡模，浇注系统蜡模包括凸面底盘1、中柱2、横浇道3及浇口杯4，中柱2垂直安装在凸面底盘1中部的第一圆锥台5上，并利用中柱2将横浇道3及浇口杯4连接，凸面底盘1与定向凝固炉的激冷底板11形状及大小一致，也即，在激冷底板11上设有与第一圆锥台5大小及形状一致的第二圆锥台5，选晶器蜡模6的起始端与第一圆锥台5的侧面连接，螺旋端与叶片蜡模的下缘板7底端的一个边角连接，横浇道3与叶片蜡模的上缘板9顶端的一个边角连接，选晶器蜡模6的轴向与第一圆锥台5的侧面垂直，并与叶片蜡模的叶身8轴向保持平行。
26.参见图2和图3，利用上述蜡模结构制备单晶导向叶片的具体过程如下：s1、压制蜡模
27.压制叶片蜡模、选晶器蜡模6和浇注系统蜡模，浇注系统蜡模包括凸面底盘1、中柱2、横浇道3及浇口杯4；
28.s2、蜡模组树
29.将中柱2垂直安装在凸面底盘1中部的第一圆锥台5上，并利用中柱2将横浇道3及浇口杯4连接，随后将选晶器蜡模6呈圆柱形的起始端与第一圆锥台5的侧面连接，并使选晶器蜡模6的轴向与第一圆锥台5的侧面垂直，将选晶器蜡模6的螺旋端粘接在叶片蜡模的下缘板7底端的一个边角处，并使选晶器蜡模6的轴向与叶片蜡模的叶身8轴向保持平行，将横浇道3与叶片蜡模的上缘板9顶端的一个边角连接，组成导向叶片蜡树；
30.s3、模壳的制备
31.对蜡树逐层涂挂耐火涂料，经干燥硬化后进行脱蜡和焙烧，得导向叶片模壳10；
32.s4、熔炼浇注
33.熔炼浇注设备为真空定向凝固炉，熔炼浇注时将模壳安放在真空定向凝固炉同样形状的凸面型激冷底板11上，浇注的金属液经模壳的浇口杯4和横浇道3进入模壳内腔，并经选晶器蜡模6与激冷底板11中部第二圆锥台16的侧面接触。
34.本实施例中，生产时将铜质的激冷底板11安装在升降台上，通水保持冷却状态，在上面安装陶瓷模壳，陶瓷模壳底部形成有与第二圆锥台16适配的锥台凹腔，将模壳上升到加热室，关闭炉门抽真空，通电将模壳进行预热。将加热室之上坩埚里的高温合金锭进行感应熔化和过热，浇入模壳的浇口杯4，浇注的金属液经模壳的浇口杯4和横浇道3进入模壳内腔，并经选晶器蜡模6与斜锥面的激冷底板11相接触，金属液中的热流q沿斜锥面的法线方向进入激冷底板11，以【001】晶向为优先方向的晶粒则沿与热流q相反的方向倾斜向上生长。经选晶器蜡模里生长出的单晶扩展到整个叶片，在此过程中单晶的晶向保持不变，即单晶叶片的轴向与单晶的【001】晶向与平行。
35.本实施例，将选晶器蜡模6的圆柱起始端垂直粘结在第一圆锥台5的侧面上，将定向凝固炉的激冷底板11修改为与凸面底盘1适配形状，并将叶片采用倾斜组树结构，不仅保证导向叶片的顺序凝固，避免了缘板边角产生杂晶和缘板表面产生疏松，而且保证了叶片轴向与单晶【001】晶向一致，满足了对单晶叶片一次晶向的要求。另外，模壳的底部形成有与激冷底板11适配的锥台凹腔，模壳与激冷底板11装配时，可以利用脱蜡后凸面底盘1上第一圆锥台5留下的空位进行定位，模壳可以快速精准的安装至激冷底板11上。
36.在实际应用中，中柱2的轴线与第一圆锥台5的轴线重合，第一圆锥台5母线的倾斜度β以45
°
为宜，可在20
°
到70
°
的范围内调整，过高的倾斜度不利于叶片蜡模的组装，过低的
倾斜度，宽大的缘板上端面得不到补缩，会产生表面疏松。
37.此外，为提高生产效率，降低生产成本，蜡模模组包括多个围绕第一圆锥台5均匀分布的叶片蜡模，每个叶片蜡模均通过一个选晶器蜡模6与第一圆锥台5的侧面连接，这样的设计，使得一次制备过程，可以生产出多个导向叶片。
38.参见图2，在一些实施例中，在蜡模组树时，在叶片蜡模的上、下缘板的下倾角15之间连接引晶条13，在叶片蜡模的上、下缘板的上翘角14之间连接补缩条12，从选晶器蜡模长出的单晶，长入叶片下缘板7的斜下角，然后一部分继续沿下缘板7生长，一部分沿引晶条13长入上缘板9，两个缘板的凝固过程始终是倾斜向上进行，由于一直得到来自斜上方的液体补缩，所以两个缘板表面都不会产生疏松。
39.本实施例中，通过在叶片蜡模的上、下缘板的下倾角15之间连接引晶条13，可以有效避免因过冷而产生杂晶，通过在叶片蜡模的上、下缘板的上翘角14之间连接补缩条12，使得凝固收缩时得到来自上方的金属液补缩，不会发生疏松缺陷。
40.上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
41.同时，上述本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
42.另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
43.上述实施例仅仅是清楚地说明本实用新型所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。