[发明专利]一种利用真空快速熔炼制备涡轮叶片的装置

说明书

技术领域

本发明涉及高温合金精密铸造定向凝固技术领域，特指一种利用真空快速熔 炼制备涡轮叶片的装置。

背景技术

精密铸造定向凝固是在模壳型腔内部建立特定方向上的温度梯度，使液态金 属按一定的取向顺次凝固，以消除凝固方向上的横向晶界，形成柱状晶，提高径 向性能。

高性能涡轮叶片采用高温合金定向凝固法制备，于叶身处形成柱状晶，其应 用于内燃机涡轮增压器，可以大大提高内燃机性能与涡轮增压器使用寿命。

涡轮叶片的形状极为复杂，且叶缘部位厚度极薄，通常低于0.5mm，故在浇 注时充型困难，易形成浇不足等缺陷，成品率较低。

高温合金一般在真空环境下进行中频感应熔炼与浇注，真空室需要容纳熔炼 浇注等结构，真空室体积相对过大，抽真空耗时过长；同时，应用中频感应熔炼， 高温合金熔炼时间较长，导致生产率较低。

发明内容

本发明能够解决的技术问题有四个：

1、炉体体积过大导致的抽真空时间过长，能耗过高，生产效率低。

2、涡轮叶片复杂的形状导致浇不足问题严重，成品率低。

3、中频感应熔炼时间较长导致的生产率较低。

4、传统浇注过程中，坩埚内剩余金属，浇注飞溅，冒口过高等导致的高温 合金浪费。

为解决以上问题，本发明提供了一种利用真空快速熔炼制备涡轮叶片的装置， 该装置包括特制模壳、炉体、超音频感应线圈、柔性耐火材料底座。

所述特制模壳由一体式坩埚浇口杯和零件模组上下连接组成，一体式坩埚浇 口杯呈筒状，其内腔为漏斗形，直径上大下小，一体式坩埚浇口杯和零件模组之 间有台阶过度，一体式坩埚浇口杯的应用，简化了浇注系统结构，减小了炉体体 积，因此降低了抽真空时间，提高生产效率，并使加热后的特制模壳进入真空室 后，能够快速进入真空状态，降低模壳热量损失。

所述特制模壳的制备方法为：一体式坩埚浇口杯与模头的模具配合打蜡，其 中一体式坩埚浇口杯的底部镶嵌在模具型腔内，打蜡结束后，模头的蜡模与一体 式坩埚浇口杯底部连为一体，而后在模头上组装涡轮叶片蜡模，随后重复进行浆 料涂挂、淋砂工序直至模壳达到相应厚度；在浆料涂挂过程中，务必使浆料与一 体式坩埚浇口杯接触，再经淋砂工序，使零件模组与一体式坩埚浇口杯连接成整 体。

所述一体式坩埚浇口杯由常规Al₂O₃陶瓷经注射成型、烧结制成。

所述炉体由上下两部分组成，上部分为固定的圆柱形炉体，其内壁安装超音 频感应线圈，圆柱形炉体下端两侧设有真空阀门与真空泵连接，下部分为炉门， 炉门安装在导杆上，位于炉体底部，能够通过导杆上下移动；柔性耐火材料底座 固定在炉门上方，特制模壳放置在柔性耐火材料底座上，导杆带动炉门上升，与 圆柱形炉体下部连接闭合。

所述柔性耐火材料底采用石棉制成，上部有一定变形能力，可固定特制模壳。

所述炉门与圆柱形炉体下部连接闭合处设有密封圈。

所述超音频感应线圈，是指频率超过20KHZ的感应线圈；超音频感应熔炼 的应用，大大减少了金属熔化时间，配合较少的抽真空时间，可将生产的单位周 期，即模壳加热——添加高温合金——抽真空——熔化充型——凝固——放气 ——取出的时间减少到10分钟，因此，利用隧道式焙烧炉连续加热特制模壳便 非常合适。

所述隧道式焙烧炉，是指常规的后进前出式的燃气式焙烧炉。

所述特制模壳经加热后，加入定量计算的高温合金块，高温合金块卡在一体 式坩埚浇口杯内壁，再将特制模壳置于炉体炉门上的柔性耐火材料底座上，高温 合金在炉体内处于超音频感应线圈的磁场内；抽真空后，在超音频感应加热下， 高温合金迅速升温，几乎瞬间熔化，然后沿一体式坩埚浇口杯内腔迅速下落，进 入零件模组，利用液态金属整体下落时的冲击，可大大提高充型力，降低浇不足 发生的概率，提高成品率。

所述定量高温合金的计算方法，采用体积相等原则，即零件模组的体积与定 量高温合金的体积相等。

所述一体式坩埚浇口杯内定量高温合金块处于超音频感应线圈的磁场内，即 通过零件模组高度与一体式坩埚浇口杯高度的配合，使一体式坩埚浇口杯整体处 于超音频感应线圈的感应磁场范围内，从而确保定量高温合金金属块处于超音频 感应线圈的磁场内。