[发明专利]一种单晶涡轮叶片陶瓷铸型的制造方法

摘要

本发明公开了一种单晶涡轮叶片陶瓷铸型的制造方法，根据单晶涡轮叶片的晶粒取向要求，设计并制造带有特定螺旋选晶器的一体式陶瓷铸型。针对定向凝固制造单晶叶片时，截面突变处(如叶身与缘板交接处)型壳厚度加大，传热能力降低，容易造成杂晶等晶体缺陷的现象，在满足浇铸强度的要求下，通过拓扑优化，设计传热通道，提高铸型传热能力，进而提高定向凝固时固-液界面前沿的温度梯度，使得整个叶片都能获得良好的单晶组织。

主权项

一种单晶涡轮叶片陶瓷铸型的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：1）根据单晶涡轮叶片晶粒取向的要求，利用铸造有限元软件设计相匹配的螺旋选晶器，包括螺旋选晶段的匝数、相邻螺旋段的距离和起晶器的尺寸；2）根据带有螺旋选晶器的单晶空心涡轮叶片设计初始铸型，将其导入铸造有限元软件中，进行传热和应力分析；在应力计算过程中，针对应力集中的区域，改变铸型的型壳外壁的形状以消减应力；根据各个时刻热应力分布情况，选择符合热强度、受应力最小的壁厚，以该壁厚为消减应力后初始铸型的均匀壁厚，得到二次铸型；3）将设计好的二次铸型置于定向凝固的模拟环境中进行传热分析，得到二次铸型的传热规律及温度梯度分布，针对截面突变处，以铸型强度作为初始边界条件，通过拓扑优化，设计传热通道，提高截面突变处的传热能力，形成三次铸型；4）然后对三次铸型重复传热分析、应力分析和定向凝固模拟分析，并进行修改直到变截面处复合定向凝固的温度梯度要求，并能承受定向晶生长过程中受到的应力，得到定型铸型；5）将设计好的铸型通过光固化快速成型技术制造出树脂原型模具，利用凝胶注模的方法制造单晶涡轮叶片陶瓷铸型。