[发明专利]具有热罩的壳体模具

说明书

技术领域

本发明涉及铸造领域，更具体说是涉及壳体模具，以及制造和使用此壳体模具的方法。

背景技术

自古以来就已知所称的“失蜡”铸造方法或“失模”铸造方法。它们特别适于制造形状复杂的金属零件。这样，失模铸造特别使用于制造涡轮引擎叶片。

在失模铸造中，第一步骤通常包括从例如蜡或树脂等具有相对低的熔化温度的材料中形成图案，然后将该模具二次成型到该图案上。在将图案的材料从模具的内侧移除后，熔化的金属被浇铸到模具中，以填充该腔，其中图案通过从中移除而在模具内形成，这种方法因此得名。一旦该金属冷却和固化，模具就可以被张开或被摧毁，以恢复具有该图案的形状的金属零件。

为了能够同时制造多个零件，可以将在单个组件中的多个图案结合，其中它们通过树状物连接在一起，所述树状物在用于熔化的金属的该模具中形成铸造通道。

在可使用在失模铸造中的不同类型的模具中，已知的是，通过将图案或图案的组件浸入到泥浆中，然后通过在泥浆中涂层的图案或图案的组件上使耐火沙除尘以在图案或组件周围形成壳体，以及然后通过烘干壳体以固化泥浆并因此加固泥浆和沙而形成所称的“壳体”模具。可以设想浸入和除尘的几个连续的操作，以在烘干其之前获得足够厚度的壳体。在此上下文中所使用的术语“耐火砂”指的是任何颗粒尺寸的颗粒材料，所述颗粒材料足够小以满足所期望的制造公差，当在固体状态下时，所述颗粒材料能够承受熔化的金属的温度，并能够在壳体烘干的过程中由泥浆固定到单一固体件中。

在此上下文中所使用的术语“金属”指的是纯金属和金属合金，具体已知为例如自从20世纪70年代末就开发的那些单晶合金的金属合金。传统的金属合金是各向等大的多结晶体：在它们的固体状态下，它们形成多个通常大约为1mm的基本相同尺寸的颗粒，但所述颗粒差不多随机定向。在颗粒之间的界线构成了由这种合金所造的金属零件的弱点。然而，使用添加剂来加强这些颗粒间的界线具有降低熔点温度的缺陷，其尤其当以这种方式制造的零件在高温下使用时是缺点。通常，单晶合金是具有浓度低于10摩尔百分比(％mol)的钛和/或铝的镍合金。这样，在固化后，这些合金就形成具有第一相位和第二相位的二相位固体。该相位具有面心立方晶格，其中镍、铝和/或钛原子可以位于任何位置。相比之下，在r’相位中，铝和/或钛金属形成立方构造，位于立方体的八个角落，同时镍原子位于立方体的表面。

这些合金中的一个是镍合金“AM1”，其由SNECMA和ONERA实验室、巴黎的Ecole des Mines以及IMPHY SA联合开发。由这种合金制成的零件不仅可获得沿着所有应力轴均特别高的机械强度，而且可获得改进的热阻抗，因为可以省略用于将晶粒更强地结合在一起的添加剂。这样，由这种单晶合金制成的金属零件可以在例如涡轮的热零件中有利地使用。

然而，为了充分获益于单晶合金的优点以使通过铸造制成的零件获得有利的热机械性能，期望确保金属在模具中发生定向凝固。在本上下文中所使用的术语“定向凝固”指的是当熔化的金属从液态变成固态时，对在该熔化的金属中的固体晶体的成核现象和成长施加控制。此定向凝固的目的是为了避免在零件内的颗粒界线的负面效应。这样，定向凝固可以是柱状的或单晶的。柱状的定向凝固在于沿着相同的方向定向所有的颗粒界线，以使它们无法有利于扩大裂缝。单晶体的定向凝固在于确保零件作为单一晶体固化，以消除所有的颗粒界线。

已公开的法国专利申请FR 2 874 340的说明书描述了特别适于实施使用定向凝固的铸造方法的壳体模具。现有技术的壳体模具包括在铸造杯与基底之间沿着主轴线延伸的中央圆柱体以及设置为在中央圆柱体周围的组件的多个浇铸腔，每个所述浇铸腔均通过输送通道与铸造杯相连。为了使在浇铸腔里的熔化的金属能够定向凝固，每个浇铸腔还均经由挡板选择器与邻近于基底的起动器相连。而且，壳体模具还包括至少一个基本垂直于所述主轴线的热罩。

在使用所述壳体模具的一铸造方法中，在通过铸造杯浇铸熔化的金属后，熔化的金属从基底朝向铸造杯沿着所述轴线逐渐冷却。在此例中，这可以通过朝向基底沿着主轴线从加热器室中逐渐拉出壳体模具来执行，同时冷却该基底。

由于熔化的金属远离板逐渐地冷却，因此第一固体颗粒在邻近于板的起动器中成核。然后，挡板选择器的构造阻止超过一个的单一颗粒朝向每个浇铸腔延伸。

使用至少一个热罩的目的是尽量确保每个浇铸腔结晶的延伸前端保持基本垂直于主轴线。倾斜的延伸前端很可能导致不想要的颗粒在浇铸腔中成核。然而，发现阻止这种倾斜是困难的，尤其在形状复杂的浇铸腔中。

发明内容