单晶熔炼模具的制作方法
【专利说明】单晶熔炼模具
【背景技术】
[0001] 本发明涉及铸造领域，并且更特别地涉及用于铸造的模具，也涉及制造壳模的方 法，以及涉及使用这种模型的铸造方法。
[0002] 在下面的描述中，术语"高"、"低"、"水平的"和"垂直的"由金属正被铸造成模具 时，这种模具的正常定向所定义。
[0003] 自从古代就已经知道所谓的"失蜡"或"失模型"铸造方法。它们特别地适于生产 复杂形状的金属部件。因此，使用失模型铸造特别地用于生产涡轮发动机叶片。
[0004] 在失模型铸造中，第一步骤正常地包括由具有相对低的熔化温度的材料诸如，例 如由蜡或树脂制造模型。用耐火材料涂覆模型本身，以形成模具，并且特别地壳模类型的模 具。从模具内部移除或排除模型的材料后，这是为什么这种方法称为失模型铸造方法，将 熔化金属铸造到模具中，以用材料填充被从其移除或排除的模型已经在模具内部形成的模 腔。一旦金属已经冷却和固化，可以打开或毁掉模具，以回收具有模型形状的金属部件。在 本发明的上下文中，术语"金属"应该理解为不仅包括纯金属，还包括尤其是金属合金。
[0005] 为了能够同时制造多个部件，可以将多个模型联合在单个组件中，在单个组件中 通过树形将多个模型连接在一起，该树形在模具中形成用于熔化金属的铸造通道。
[0006] 在失模型铸造中可以使用的各种类型模具中，所谓的"壳"模是已知的，通过将模 型或模型组件浸在崩料中，然后将耐火砂喷粉到涂覆有崩料的模型或模型组件上，以在模 型或组件周围形成壳，然后，烘烤壳以烧结它和由此固结崩料和砂。可以设想浸入和喷粉的 几次连续操作以在烘烤壳之前获得足够厚度的壳。术语"耐火砂"用在本发明上下文中指 任何颗粒材料，该颗粒材料的粒径足够小以满足期望的生产公差，该颗粒材料当在固体状 态时能够经受熔化金属的温度，并且在壳的烘烤期间能够固结为单件。
[0007] 为了在通过铸造所生产的部件中获得特别地有利的热机械特性，可以期望确保金 属在模具中经历定向固化。术语"定向固化"用在本发明的上下文中意指当熔化金属从液 体通过到固态时，对熔化金属中固态晶体的成核和生长施加控制。这种定向固化的目的是 为了避免部件内颗粒边界的不利影响。因此，定向固化可以是柱状的或单晶的。柱状定向 固化包括在相同方向上定向所有颗粒边界，以致于它们不能促进传播裂缝。单晶定向固化 包括确保部件固化为单晶，以排除所有颗粒边界。
[0008] 为了获得这种单晶定向固化，模具通常具有在模腔下方通过选择通道连接模腔的 起始腔，如法国专利FR2 734 189和US专利4 548 255中通过实施例所公开的。当金属正 在模具中固化时，模具从起始腔开始逐渐地冷却，以引起其中晶体成核。选择通道的作用首 先是有利于单个颗粒，其次是能够使单个颗粒从在起始腔中成核的该颗粒的结晶前面朝向 模腔前进。
[0009] 然而，特别地当模具具有所谓的"壳模"类型时，该"壳模"由将要接收熔化金属的 腔和通道周围的相对薄的壁组成，这种构造的缺点是确保模具具有机械强度，因为模腔占 据了正常地更小的起始腔之上的高位置。为此目的，如专利US4 940 073中所示，通常的 实践是在模具中包括支撑杆。
[0010] 然而，穿入到起始腔和模腔中的这种支撑杆可以干扰颗粒成核和扩展。
【发明内容】
[0011] 因此，本发明通过提出带有模腔、支撑杆、形状能够使得颗粒成核的起始腔的用于 单晶腔的模具，以及提供适于支撑杆的支撑件，以及连接起始腔顶部用于扩展单个颗粒到 模腔的选择通道，寻求修正这些缺点。
[0012] 在至少一个实施方式中，通过下列事实而达到该目的：起始腔包括倒置漏斗形式 的至少第一体积和形成底座的不同的第二体积，该第二体积位于第一体积的底部和在至少 一个水平方向上相对于所述第一体积明显地突出，其中支撑杆相对于选择通道侧向地偏移 以及连接起始腔的第二体积和模腔。术语"倒置漏斗形式"用于意指具有会聚轮廓的形状， 以致于第一体积的最大截面位于邻接第二体积，并且第一体积的最小截面位于位于远离第 二体积。该形状不一定是锥形，也不一定是轴对称的。术语"明显地突出"用于意指第一体 积的底部边缘和第二体积的顶部边缘之间的水平差异容易被常规测量装置检测到。因此， 尽管支撑杆被侧向地偏移，第二体积的该水平突出可以给支撑杆提供稳定基座，因此可以 避免干涉经由漏斗形第一体积在起始腔和选择通道之间过渡中所选择的颗粒。
[0013] 特别地，第二体积可以在所述第一体积的整个周边的周围水平地突出，因此在第 一体积和第二体积之间产生不连续性，该不连续性促进选择颗粒。
[0014] 此外，所述第一体积可以关于垂直轴线是轴对称的，因此方便朝向圆形部分的选 择通道的过渡，因此降低了干涉颗粒成核的风险，并且也降低了模具壁中弱点的风险。
[0015] 而且，所述第二体积可以是关于垂直轴线非轴对称的，特别地，当组装用于制造模 具的模型组件时，以方便定位用于起始腔的可熔化的模型。然而，第二体积特别地可以相对 于垂直平面是对称的，因此方便使用喷射模塑生产可熔化的模型，通过使得模型更易被脱 膜，该可熔化的模型将被用于形成该腔。
[0016] 为了获得在所述第一体积和在选择通道中特别地均匀的温度条件，支撑杆相对于 选择通道的侧向偏移可以使得支撑杆和第一体积之间的最小距离大于支撑杆周围模具的 厚度加上第一体积周围模具的厚度之和。模具特别地可以是通过"失蜡"或"失模型"方法 产生的"壳"模类型的模具，因此可以获得具有相对薄壁的模具。
[0017] 特别地，所述选择通道可以是折流板形成的选择通道，特别地用于可靠地确保选 择单晶颗粒的目的。此外，所述选择通道可以具有圆形横截面，特别地用于确保选择通道周 围的模具壁的完整性，并且也为了避免干涉选择通道的锐角转角中颗粒成核。
[0018] 本发明也提供了铸造方法，其包括例如，通过"失蜡"或"失模型"方法，至少制造 这种模具，铸造熔化金属到模具中，冷却金属，同时从起始腔开始金属的定向固化，以及拆 除模具，以回收原金属铸件。举例说明，该方法也包括精加工原金属铸件的另外的步骤。
【附图说明】
[0019] 通过阅读下面以非限制性实施例方式所给出的实施方式的详细描述，可以更好地 理解本发明，并且更好地呈现其优点。
[0020] 图1是表示定向固化铸造方法实施的示意图。
[0021] 图2是表示铸造模型组件的示意图。
[0022] 图3是本发明实施方式中起始腔的侧视图，具有相应的选择通道，以及一部分相 应的模腔和陶瓷支撑杆；以及
[0023] 图4是用于图3的起始腔的可熔化的模型的平面图。
【具体实施方式】
[0024] 图1表示通过铸造方法通常进行的熔化金属如何逐渐冷却以获得定向固化。
[0025] 该方法中使用的壳模1包括沿着主轴线X在铸造杯5和板形基座6之间延伸的中 心下降器4。壳模1正从加热室3抽出时，基座6直接地接触底板2。壳模1也有作为组件 布置在中心下降器周围的多个模腔7。每个模腔7通过供料通道8连接铸造杯5,经由该供 料通道8,当铸造熔化金属时，插入熔化金属。每个模腔7也在底部经由折流板选择通道9 连接到邻接基座6的更小的起始腔10。
[0026] 通过所谓的"失蜡"或"失模型"方法可以生产壳模1。这种方法的第一步是产生 非永久的组件11，该组件11包括通过树形13连接在一起的多个模型12,如图2中所示。模 型12和树形13用于形成壳模1中中空体积。使用具有低熔化温度的材料，诸如适合的树 脂或蜡获得它们。当它意图生产大量部件时，特别地可以通过将树脂和蜡注射到永久模具 中生产这些元件。为了支撑每个模型12,由耐火材料，例如陶瓷制成的支撑杆20将每个模 型12连接到组件11的基底。
[0027] 在这个实施中，为了从非永久性组件11生产壳模1，将组件11浸在崩料中，然后用 耐火砂喷粉。可以重复几次这些浸入和喷粉的步骤，直到已经在组件11周围形成期望厚度 的崩料浸渍的砂的壳。
[0028] 然后，加热这种壳中所覆盖的组件11，以熔化组件11的低熔材料和从壳内部移除 该低熔材料。此后，在更高稳定的烘烤步骤中，烧结壳以固结耐火砂和形成壳模1。
[0029] 当熔化金属经由铸造杯5进入壳模时，铸造该铸造方法中所使用的金属或金属合 金，并且经由供料通道8,它填充模腔7。在该铸造期间，如图1中所示，将壳模1保持在加 热室3中。此后，为了引起熔化金属逐渐地冷却，通过冷却和可移动的支撑件2所支撑的壳 模1沿着主轴线X向下从加热室3抽出。因为壳模1经由其基座6被支撑件2冷却，因此， 在起始器10中触发熔化金属的固化，并且在壳模1沿着图1中所示箭头从加热室3逐渐向 下抽出期间，该固