感应搅拌、超声修改的熔模铸件和产生设备的制作方法

专利名称：感应搅拌、超声修改的熔模铸件和产生设备的制作方法
技术领域：
本发明大体上致力于用于产生带有预选晶粒结构的熔模铸件(investmentcasting)的设备，且具体而言致力于通过控制固化过程而在熔模铸件中产生预选晶粒结构。
背景技术：
熔模铸造加工特别适用于精密公差或设计复杂性为考虑因素的铸件。一个示例为诸如涡轮叶片和静叶的翼型件的铸件，其由特殊合金制成且经受高温环境。熔模铸造允许铸造薄区段，诸如涡轮叶片的翼型部分。包括熔模铸件的铸件的固化通常在从铸件提取热时通过模具壁发生。这种固化通常通过将热从铸件中的熔融金属传递至周围大气的模具壁发生。在提取热时，成核部位形成于模具壁上且固化前沿作为枝晶生长到熔融金属内。由于在固体/液体界面的前沿中的固体片段，晶粒也不均一地成核。这些固体片段的数量与过冷量成比例。成核晶粒的形态由在任何给定时间的热通量的方向和量来决定。需要一种铸造系统，其允许在固化期间对金属或金属合金的固化的额外控制，以在需要时在铸件中均化温度分布，减小偏析和破坏/分布铸件中的体积缺点。

发明内容
阐述了用于产生感应搅拌、超声修改的熔模铸件的铸造单元。该铸造单元包括具有模具腔的熔模铸造模具。该铸造单元还包括炉。炉的第一区包括用于在模具被提供熔融金属时在熔融金属中生成对流的装置。第一区接纳熔模铸造模具。耐火(耐热，refractory)分隔件限定包围工作区的第一区。然而，能量可跨过分隔件转移到第一区/自第一区转移。第一区还由绝热物包围，使得跨过炉边界到周围环境的快速传热不发生。用于在模具腔被提供熔融金属时将超声脉冲传送到模具腔内的超声源被定位成与模具的底部接触。第一加热元件在耐火分隔件与熔模铸造模具之间位于第一区内。由于高的预热温度，这些加热元件为非金属的且在耐火分隔件与熔模铸造模具之间位于第一区内。还提供一种用于制造等轴铸件的方法。该方法包括以下步骤:提供炉，其具有接纳熔模铸造模具的第一区或工作区。还提供用于在模具被提供熔融金属时在模具中生成对流的装置。耐火分隔件包围第一区。绝热物包围该炉的第一区，减缓了从炉到包围该炉的周围环境的传热。第一加热兀件定位于耐火分隔件的内侧上，在耐火分隔件与熔模铸造模具之间。第一加热元件使熔模铸造模具能够被预热(若需要)，使得熔融金属的温度在引入后不急剧降低且可在固化过程中允许对炉的第一区中的熔融金属温度的一些控制。定位成与模具接触的超声源供以在熔融金属被引入到模具腔内时将超声脉冲传送到模具腔内。具有模具腔的熔模铸造模具定位于炉的第一区内。熔融金属被引入到熔模铸造模具的模具腔内。第一加热元件允许在将熔融金属弓I入模具腔内之前预热熔模铸造模具，并且可用于在固化过程中调节模具中熔融金属的温度。一旦引入到模具腔内，熔融金属便将开始固化，通常处于从模具表面生长到熔融金属内的枝晶的形式。超声脉冲从超声源引入到熔融金属内，生成用于使枝晶分裂为片段的超声脉冲或波。这些片段通过对流分布在熔融金属中且然后用作用于额外晶粒形成的核。对流由来自超声源的波生成或者从低输出感应线圈生成，或两者。低输出感应线圈在从约20 Hz至约10 kHz的范围内操作，用于生成对流的目的。超声脉冲还可施加到熔模铸造模具以干扰枝晶的形成，枝晶通常从熔模铸造模具的侧部生长，如上文所讨论的。超声脉冲还对液体合金的成分提供混合效果且在促进从液体金属内的成核部位生长时促进等轴晶粒的形成。当枝晶从模具的侧部破裂时，它们由液体内的脉冲和由用于生成对流的装置生成的对流两者混合，且到它们未完全熔化的程度，它们还形成额外成核部位用于等轴晶粒的形成。可通过该工艺来制成具有等轴晶粒结构的熔模铸件。根据结合附图对优选实施例的下列更详细描述，本发明的其它特点和优点将是显而易见的，附图以示例方式示出本发明的原理。


图1描绘了本发明的设备，其中，熔融金属已被引入到浇口杯或熔炉内，但未到位于炉工作区中的熔模铸造模具内，熔模铸造模具包括成核剂和热稳定的分散剂两者。图2描绘了图1的设备，其中，熔融金属已从浇口杯转移到熔模铸造模具内。图3描绘了图1的设备，其中，熔融金属已被引入到浇口杯内，但未到位于炉工作区中的熔模铸造模具内，熔模铸造模具仅包括成核剂。图4描绘了图3的设备，其中，熔融金属已从浇口杯转移到熔模铸造模具内。
具体实施例方式阐述了一种铸造系统，其允许在固化期间对熔融金属或金属合金的固化的额外控制，以在固化期间稳定等轴微结构的形成。该系统还在固化进行时提供铸件的未固化熔融部分中富含溶质的金属的混合，允许控制组成梯度和温度梯度两者以允许更均匀的固化。如本文所用的，金属或熔融金属意指金属或合金，或者熔融金属或合金，除非另外具体地规定。现在参照图1，铸造单元10包括炉20。该炉包括工作区22，工作区22包括第一加热元件25。炉20由绝热物26包围以减小从内部炉20通过炉壁28到周围环境的传热。耐火分隔件30分开第一加热兀件与低输出感应线圈24,耐火分隔件30形成被称作工作区22的结构的任意边界，在耐火分隔件30的边界内的区域在本文中被限定为工作区22。工作区22足够大以容纳诸如通过熔模模制工艺所制成的精密模具。如在本文中所用的，这种模具被称作熔模铸造模具，但任何其它模具可插入工作区22内。熔模铸造模具32由形成模具腔35的陶瓷壳34形成，模具腔35任选地可内衬有成核剂。陶瓷壳34是否内衬有成核剂取决于将用于形成铸件的金属合金。第二工作区或熔化区38附连到第一区22的顶部36。熔化区可永久地附连到炉顶36或者可移除地附连到炉20。优选地，熔化区38可移除地附连以方便便于维修熔化区以及第一区22两者且使得能够接近第一区22。在一备选实施例中，熔化区38可包括基本上永久附连的结构且熔化区的衬里是可移除且可替换的。熔化区38的具体构造和其到炉顶36的附连并非本发明的重要方面。熔化区由第二加热元件40包围。熔化区38和炉顶36还各自包括孔口 42、44，其提供在浇口杯38与熔模铸造模具32之间的流体连通，使得熔融金属可从浇口杯38通过熔化区孔口 42和炉孔口 44流到模具腔35内。在图1的优选实施例中，熔化区孔口 42和炉孔口 44被描绘为同轴的。然而，虽然孔口 42和44必须提供在熔化区38与模具32之间的流体连通，但它们的构造并不限于图1至图4中阐述的构造。塞子(st0pper)46用于调节熔融金属在熔化区38与模具腔35之间的流动。塞子46可以可移除地插入熔化区孔口 42和/或炉顶孔口 44内，用于这样的流动调节。系统可设有用于维持工作区22内的气氛的装置。该气氛可为在炉20的工作区22内的保护性气氛，例如非反应性气体或诸如Ar、He等的惰性气体的气氛，或者在工作区22内提供真空48。真空系统48优选为在熔融金属浇注到熔模铸造模具32内时允许工作区22的除气，从而减少由于多孔性造成的缺陷的形成。然而，提供保护性气氛或真空的系统的包括是任选的。此外，若需要，则整个炉20，包括炉顶36、第二熔化区38和第二加热元件40，可放置到选定气氛内。在熔模铸造模具32搁置于炉20的相对或内部侧上时，超声源50在炉20的外侧上与炉20的底部52接触。超声源50是将电信号转换为机械信号的换能器。为了超声源将电信号适当地转换为机械信号或超声波，由压电材料组成的换能器必须维持低于其居里温度。因此，换能器必须被冷却或与炉20分开足够的距离以便保持较冷。而且，为了以最小损失跨过界面边界传输机械信号，这些边界出现在至少换能器/炉界面和炉/模具界面处，需要使用液体耦合剂，因为超声波有效地通过液体和许多固体转移，但并不那么有效地(如果可能)跨过空气或气体转移。这些问题的解决方案并非本发明的部分，虽然解决方案为本领域技术人员可得到的且已知的。例如，可用钢或镍超合金棒或其它高熔点金属棒将超声源50与炉底部52间隔开，使得超声源50保持低于其居里温度。超声源50可用标准耦合剂耦合到棒，且该棒将有效地传输超声波。若需要，可由任何合适装置来冷却金属棒。在另一实施例中，使用铜冷却(copper chill)的水套可用在超声源50与炉底部52之间，以维持超声源50低于其居里温度，同时维持在水套与炉底部之间的第二耦合剂处于足以维持在超声源与炉底部之间的界面传输超声脉冲的温度，第一耦合剂将超声源50耦合到水套。耦合剂的温度被维持足够低以防止耦合剂的汽化或氧化，使得它保持在其液态。在工作区22内，通过使用熔化温度低于被铸造金属或合金的熔化温度且汽化温度高于被铸造金属或合金的熔点的金属或合金薄层，可在炉底部与熔模铸造模具之间提供第三耦合剂。例如，对于铸造镍基超合金，铜、锡或铅可为在炉底部与模具底部之间的有效耦合剂。如先前指出的，选为耦合剂的金属或合金被选择为使得铸造金属或合金的熔化温度落在金属耦合剂的熔点与金属耦合剂的汽化温度之间。此外，选为耦合剂的金属或合金不应与熔模铸造模具或炉底部起反应。在熔模铸造模具为可消耗的且炉底部可为可替换的时，一些反应可为可接受的。在又一实施例中，炉可为无底的且熔模铸造模具可使用可移动的工作台或平台被插入模具内。熔模铸造模具包括螺旋晶粒选择器和启动器块。熔模铸造模具搁置在与超声源50接触的水冷冷却器(water cooled chill)上。如先前所讨论的那样提供高温稱合剂。在该实施例中，通过水冷冷却器从模具的底部提取热。按正常固化的说法，通过模具底部从金属提取热的水冷冷却器的使用将产生定向固化(DS)晶粒。螺旋晶体选择器的使用将通常产生单晶(SX)晶粒。然而，认为超声脉冲将破坏前移的固化前沿，使得标准DS晶粒或SX晶粒均不会形成。不希望受到理论限制，由于热优先从熔模铸造模具的底部提取，因而认为铸造产物将为多晶粒结构，其具有在远离热移除方向的方向上延伸的晶粒结构。耐火分隔件30分隔低输出感应线圈24与第一加热元件25且限定炉20的工作区22。耐火分隔件30可由耐受热冲击且在较宽温度范围内结构稳定的任何材料制成。耐火分隔件30可由任何耐火材料组成，诸如氧化铝、氧化锆、碳化硅，这些材料的复合物或者其它材料及其组合，等等。熔化区38提供用于熔模铸造模具的熔融金属。熔化区38可接纳处于其固态的金属装料，或者它可从单独炉、浇包或其它浇注装置接纳熔融金属。当提供固体金属装料时，可使用第二加热元件40来使之熔化。当向熔化区38提供熔融金属时，可使用第二加热元件40来维持温度(如果需要金属的进一步精炼)或者维持熔融金属的温度处于该金属或合金的浇注温度范围内的温度。除了具有耐火分隔件的性质之外，该性质包括耐受热冲击和在较宽温度范围内的结构稳定性，熔化区38应当不与其将接触的熔融金属起反应。理想地，熔化区38应当为抗腐蚀性的。适于熔化区应用的耐火材料的一些示例包括莫来石、氧化铝、堇青石和硅酸铝，如本领域中已知的。塞子46可为不会与熔融金属或合金起反应的任何高温材料。例如，塞子可为高温陶瓷杆或管，其可从第一位置移动到第二位置，在第一位置，浇口杯38与模具腔35之间的连通可用于接受熔融金属的流动，在第二位置，浇口杯38与模具腔35之间的连通被关闭以防止熔融金属从浇口杯38到模具腔35内的流动。虽然示出为杆，但塞子可为接合或阻挡开口 42、44的盘，诸如陶瓷或CMC盘。一旦插入到孔口 42、44内，塞子还提供密封，使得可通过真空系统48抽出真空，或者使得(在包括时)任选的惰性或还原气氛可维持在工作区22内。当被铸造的金属或合金为诸如铜及其合金的低温材料时，塞子可由诸如钢的更高熔点合金组成。铸造单元10包括低输出感应线圈24和第二加热元件40。第二加热元件40期望地为高输出感应线圈。如先前提到的，第二加热元件40的目的是为了熔化以固态提供的金属装料和/或维持熔融金属处在高于其熔化温度的温度且处于或高于其浇注温度。若需要，这还允许在熔化区38中对熔融金属的额外精炼。第二加热元件40也可用于预热熔化区38，使得在熔融金属从二级熔化源浇注至熔化区38内时熔融金属的温度降低减小。如果熔融金属未立即从熔化区38转移到熔模铸造模具32内，则可利用第二加热元件40来维持熔融金属的温度高于其熔点且处于或接近其浇注温度，直到完成了浇注。对于本领域技术人员而言应显而易见的是，熔化区38和第二加热元件40为本发明中的任选项。对于空气熔化超合金铸件，可在不使用熔化区38和第二加热元件40的情况下实现等轴晶粒，因为熔融金属可浇注至熔模铸造模具32内且可在第一区22内实现等轴晶粒，如所述那样。备选地，熔模铸造模具可在铸造单元10外部浇注和填充且然后在仍然熔融时转移到第一区22内。低输出感应线圈24定位成邻近工作区22。它们的主要目的是在模具32内促成熔融金属对流。若需要，低输出感应线圈24可沿着炉的竖直高度分区，且每个区可独立地受控以调整沿着炉20的工作区22的对流。第一加热元件25可为与第二加热元件40分开的元件，或者第一和第二加热元件25、40可为相同加热元件的不同部分，但每个部分由单独的控制器控制。第一加热元件25在熔模铸造模具32内提供熔融金属的一些温度控制。再次参照图1，模具腔任选地设有热稳定的分散剂，其可包括用于氧化物分散强化(ODS)的表面处理氧化物。可添加这些分散剂以使第二相粒子分散且均匀地分散成核晶粒。除分散剂之外或作为替代，还可提供细粒变质剂。任选的成核剂54可在形成壳34时形成于壳34上，或者随后施加。是否利用成核剂54取决于被铸造的合金。例如，对于铸铁，可添加硅铁作为成核剂来促进更细的晶粒结构。对于不同的合金，可包括其它成核剂54。当铸造延性铁时，使用硅来促进第二相的形成，同时其用于促进铸铁中的石墨化。可添加硼和锆以促进镍基超合金中等轴晶粒的成核。现在参照图2，熔融金属从熔化区38流动而用熔融金属装填熔模铸造模具32。在图1中插入的塞子46也在图2中插入以密封工作区22，使得任选的真空系统能够有效地排空工作区22中的任何空气以及从正固化金属移出的任何气体。当然，必须提供到炉20的工作区的接近以使得能够向炉20的工作区22插入和移除熔模铸造模具32。通过将超合金金属装填到熔化区38内，可在连续的基础上执行熔化，并且额外的熔模铸造模具32可置于熔化区孔口下方。当完成铸造时，残余模具可置于熔化区孔口下方以捕获剩余熔融金属。在图2中，模具32中的金属处于熔融状态，并且如图1中那样描绘的镍薄板56已经被熔融金属熔化。镍板必须与被铸造的合金在化学上兼容。当铸造合金组成改变时，将提供不同金属组成的板56，所提供的金属组成可与被铸造的合金兼容。因此，在图1和图2所描绘的实施例中，铸造合金为镍基合金，且图1中的板为镍板。本领域技术人员理解，当铸造不同合金时，提供与该合金兼容的金属板。在板熔化后，如图1所示定位于模具32底部的热稳定分散剂和成核剂内衬的壳34现在遍及熔融金属而分布。可通过用第一加热兀件25施加热来控制熔融金属的固化。取决于这种加热元件的能力和被熔化合金的固化温度，若需要，用第一元件施加热可延迟或甚至反转固化，并且在熔融金属中的对流中促成对流，对流使分散剂和成核剂二者循环。当第一加热元件25分区成使得热可以受控方式施加到工作区22的选定部分上时，这可能特别有效。最终，熔融金属必然固化，其可通过将热从熔融金属经壳传递到工作区来实现。当金属在固化上不变地冷却时，成核发生在壳34上且枝晶生长到模具32内部中的熔融金属内。金属中的对流可能不足以破坏这些前移的枝晶，枝晶可能不利地影响晶粒结构。为了防止将优先在壳上成核的此类枝晶的前移，本发明将超声脉冲从超声源50施加到熔融金属。如先前所讨论的，超声源50定位在炉20的外部且定位成使得在固化发生时它保持较冷，通过使用冷却器或通过距离。超声脉冲可具有任何频率和任何波形，不同于用于测试和缺陷评估的谨慎控制的超声束。向熔模铸造模具32施加超声脉冲的方向不应该为考虑因素。如在图1和图2中所示，超声源被定位成使得纵向脉冲将在枝晶从壳34的侧壁生长的基本横向方向上传送。但本领域技术人员将认识到，可修改超声源来以各种角度将横向脉冲传送到模具32内，特别是在指向从壳34的侧壁生长的枝晶的45°与60°之间。当然，可使用多于一个超声源来从多于一个方向传送脉冲，或者换能器阵列可以以规划好的样式传送脉冲。然而，超声脉冲必须有足够的振幅以破坏枝晶，即，在枝晶前移到熔融金属内之前使枝晶与壳分离，或者破坏枝晶。超声脉冲的一额外优点在于，它还将提供熔融金属的混合；因此，在枝晶与壳34分离时，它们将与熔融金属混合且在正固化金属中用作生长晶粒的核。虽然本发明的优选实施例利用单独的低输出感应线圈24来生成传导电流，但本领域技术人员将理解，超声源50可提供与低输出感应线圈相同频率的超声脉冲，使得超声源50可充当对流的唯一源以及如上文所讨论的振幅足以使枝晶破裂的能量源，并且，用于生成对流的装置包括超声源50、低输出感应线圈24或两者。第一加热元件25也可促成对流，虽然到小得多的程度。超声脉冲可以以任何频率施加，只要振幅足以将枝晶从模具壁分离和/或破坏枝晶。可利用15 kHz至25 MHz的频率范围，虽然在约19 kHz至400 kHz的范围中的脉冲是优选的，且处于约60 kHz的特定选择是最优选的。生成超声脉冲的重要因素为所生成振幅的充分性。脉冲的振荡振幅决定加速的强度，其为控制空化(cavitation)的最重要因素。更高的振幅造成更有效的空化。单向移动也有助于有效的空化。优选振幅在约20微米至约110微米之间，且65微米为最优选的。功率输出/表面积得到强度，其为振幅、压力、模具体积、温度、熔融金属粘度和其它因素的函数。总功率输出为强度与表面积的乘积。总能量为功率输出与暴露时间的乘积。因此可看出，能量值将取决于所有参数而变化。然而，优选的功率密度落在30-400 ff/ml (模具体积)的范围内。超声源50可连续地运行或者可在基本形成第二频率的较短时间间隔循环开和关。超声源50连续地运行是优选的。当然，超声脉冲会在熔模铸造模具32中的金属中生成热，但由超声脉冲生成的热与熔融金属的温度或可由第一加热元件25添加的热相比较小。超声脉冲可被布置成通过控制器连同一个或更多热电偶来操作，热电偶决定熔模铸造模具32中的熔融金属的温度。由于已知组成的金属的固化在一温度或温度范围上发生且为放热的，因而可控制超声脉冲在该温度或温度范围(包括在该温度或温度范围周围的预选公差带)上操作。由于熔融金属可混合，因而来自超声源50、低输出感应线圈24和第一加热元件25的入射超声脉冲促成对流，同时防止枝晶的形成和前移。熔融金属的这种混合和热的施加提供其它优点。其均匀地分布核，当核发展时其将形成晶粒。其在合金固化时提供包括合金的元素的混合，使得在晶粒生长时剩余的熔融金属具有更均匀的组成。混合还在合金混合时提供更均匀的温度分布。如先前所讨论的，当剩余熔融金属的温度未过冷也未缓慢冷却时，更有益于等轴晶粒的形成和生长，从而生成尺寸均匀的等轴晶粒。在此，因为混合提供更均匀的温度分布，所以不存在将有益于柱状晶粒生长的温度梯度。最终，首先形成于熔融金属中的任何沉淀物将由于混合而均匀地分布，并且形成于固化金属基质中的任何沉淀物也将更均匀地分布，因为固化金属将具有更均匀的组成。由于铸件的特定用途，如果有必要均化铸件以消除由于偏析造成的组成差异，则通过本发明的设备和方法所形成的铸件在高温下将需要更少的均化时间，因为在固化过程中合金的混合提供了更好的元素分布。因此，由于可减少高温下的均化时间而在能量使用中存在成本节省。图3和图4类似于图1和图2，但示出了其中壳包括成核剂但不包括具有热稳定分散剂的金属板56的铸造单元。如图3和图4所示，这些成核剂被示出内衬壳。在制造壳时，可将这些试剂添加到壳。但是，成核剂并不需要与壳一起制造。成核剂可在浇注之前添加到熔模铸造模具32，因为源自超声源50所引入的超声脉冲的混合和对流、源自低输出感应线圈24所建立的对流的对流以及由熔融金属到模具32内的初始浇注导致的湍流的组合应提供充分的混合，以在熔融金属中分布成核剂。成核剂还可在熔化之前与固体金属一起与引入熔融金属同时引入到炉20的第二工作区或熔化区38内，或者当使用熔融金属的第二源在炉20中引入熔融金属时在转移到第二工作区38内之前引入到熔融金属内。超声脉冲、由低输出感应线圈24建立的对流以及源自浇注的湍流应以相同方式起作用以在熔融金属中分布成核剂，虽然将成核剂引入熔融金属内的时机稍稍不同。在其它方面，在图3和图4所示的实施例中用以产生等轴晶粒结构的浇注和固化控制与在先前针对图1和图2所述的基本相同。使用超声源50将超声脉冲引入到熔融金属内有助于提供具有更细等轴晶粒尺寸的铸件。低输出感应线圈遍及熔融金属分布成核晶粒和分离的枝晶。使用热源(在图中描绘为第一加热元件25)控制温度分布同时避免过热也促成等轴微结构的形成。当然，其它益处为在所得铸件中减小的组成差异，即减小的微偏析。其它优点包括缺陷的减少。由于可通过第一加热元件25的使用来控制固化速率，并且可通过超声脉冲来搅动熔融金属，因而将另外由正固化金属产生且截留在其中的气体可由任选的真空系统(在采用时)移除。可减少诸如收缩的其它铸件缺陷的影响，因为诸如收缩的缺陷可为更小尺寸的更均匀分布的体积缺点。当存在时，可操纵此类缺陷的位置。当然，通过文中阐述的设备和工艺所产生的精制的晶粒尺寸将产生具有更高强度的铸件，其将导致具有更长寿命的部件。这继而将在利用这些部件的系统中降低寿命周期成本。先前描述的部件将在涡轮应用中使用，但通过该工艺制成的不同部件确实可在其它应用中找到用途。在涡轮应用中，具有更长寿命的部件可提供源于此类部件的维修或替换停机之间的更长平均时间。虽然已参考优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员将理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可做出各种改变且等同物可用于代替本发明的元件。此外，可做出许多修改，以在不偏离本发明的实质范围的情况下使特定的情形或材料适应本发明的教导。因此，本发明并不意图限于作为用于执行本发明所设想的最佳模式而公开的特定实施例，而是，本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种铸造单元,包括: 熔模铸造模具，其具有模具腔； 炉，其具 有: 第一区，其接纳所述熔模铸造模具； 用于在所述模具被提供熔融金属时在所述模具中的熔融金属中生成对流的装置； 耐火分隔件，其包围且限定所述第一区； 绝热物，其包围所述第一区；以及 超声源，其用于在所述腔被提供熔融金属时将超声脉冲传送到所述模具腔内，并且被定位成与所述模具的底部接触。
2.根据权利要求1所述的铸造单元，其特征在于，所述用于生成对流的装置包括低输出感应线圈。
3.根据权利要求1所述的铸造单元，其特征在于，还包括第一加热元件，其在所述熔模铸造模具与所述耐火分隔件之间定位于所述第一区内。
4.根据权利要求1所述的铸造单元，其特征在于，还包括在所述炉上方的炉顶。
5.根据权利要求4所述的铸造单元，其特征在于，所述炉顶包括熔化区，所述熔化区与所述模具腔流体连通。
6.根据权利要求5所述的铸造单元，其特征在于，还包括包围所述熔化区的第二加热元件。
7.根据权利要求1所述的铸造单元，其特征在于，还包括用于维持所述第一区内的气氛的装置。
8.根据权利要求7所述的铸造单元，其特征在于，用于维持所述第一区内的气氛的所述装置包括在所述第一区上抽真空的真空系统。
9.根据权利要求7所述的铸造单元，其特征在于，用于维持所述第一区内的气氛的所述装置包括在所述炉上抽真空的真空系统。
10.根据权利要求7所述的铸造单元，其特征在于，用于维持所述第一区内的气氛的所述装置包括用于所述第一区的非反应性气体气氛。
11.根据权利要求7所述的铸造单元，其特征在于，用于维持所述第一区内的气氛的所述装置包括用于所述炉的非反应性气体系统。
12.根据权利要求4所述的铸造单元，其特征在于，还包括塞子，其用于调节熔融金属在所述熔化区与所述模具腔之间的流动。
13.一种铸造单兀，包括: 熔模铸造模具，其具有模具腔； 炉，其具有: 工作区，其接纳所述熔模铸造模具； 低输出感应线圈，其包围所述工作区； 耐火分隔件，其分隔所述工作区与包围所述工作区的所述低输出感应线圈； 第一加热元件，其包围所述熔模铸造模具且定位在所述熔模铸造模具与所述耐火分隔件之间； 绝热物，其包围所述工作区；熔化区； 在所述熔化区与所述熔模铸造模具之间的流体连通通道； 第二加热元件，其包围所述熔化区； 塞子，其用以调节熔融金属从所述熔化区通过所述流体连通通道且到所述工作区中的所述熔模铸造模具内的流动； 超声源，其用于在所述模具腔被提供熔融金属时将超声脉冲传送到所述模具腔内，并且被定位成与所述模具的底部接触；以及 用于维持所述炉的工作区中的气氛的装置。
14.一种用于制造等轴铸件的方法，包括以下步骤: 提供具有模具腔的熔模铸造模具； 提供炉，其具有: 工作区，其接纳所述熔模铸造模具； 用于生成对流的装置； 耐火分隔件，其包围所述工作区； 绝热物，其包围所述工作区； 第一加热元件，其定位于所述工作区内且定位于所述耐火分隔件与所述模具腔之间；以及 超声源，其用于在所述模具腔被提供熔融金属时将超声脉冲传送到所述模具腔内，并且被定位成与所述模具的底部接触； 将所述熔模铸造模具放置到所述工作区内: 向所述熔模铸造模具提供熔融金属; 当所述熔融金属在所述模具腔中开始固化时，向所述熔模铸造模具施加超声脉冲，所述脉冲具有充分的振幅以干扰在所述熔模铸造模具内生长的枝晶的形成，所述脉冲还混合熔融合金； 继续向所述熔模铸造模具施加所述超声脉冲，以在所述熔融金属固化时干扰枝晶的形成、混合所述熔融合金且促进等轴晶粒的形成。
15.一种用于制造等轴铸件的方法，包括以下步骤: 提供具有模具腔的熔模铸造模具； 提供炉，其具有: 工作区，其接纳所述熔模铸造模具； 用于生成对流的装置，用于生成的所述装置包围所述工作区； 耐火分隔件，其分隔所述工作区与所述用于生成对流的装置； 绝热物，其包围所述工作区； 第一加热元件，其定位于所述工作区内，所述耐火分隔件定位在所述用于生成对流的装置与所述第一加热元件之间； 熔化区，其用于接纳金属； 流体连通通道，其在所述熔化区与所述熔模铸造模具之间； 第二加热元件，其包围所述熔化区； 塞子，其用以调节熔融金属从所述熔化区通过所述连通通道到所述熔模铸造模具内的流动； 超声源，其用于在所述模具腔被提供熔融金属时将超声脉冲传送到所述模具腔内，且被定位成与所述模具的底部接触；以及 用于维持所述炉的工作区内的气氛的装置； 将所述熔模铸造模具放置到所述工作区内且定位成与所述熔化区流体连通以接纳熔融金属； 从所述熔化区提供熔融金属； 任选地用所述第二加热元件将所述熔化区中的金属加热到第一预定温度； 在维持所述炉的工作区内的气氛的同时将熔融金属提供给所述熔模铸造模具； 当所述熔融金属在所述模具腔中开始固化时，向所述熔模铸造模具施加超声脉冲，所述脉冲具有充分的振幅以干扰在所述熔模铸造模具内生长的枝晶的形成，所述脉冲还混合熔融合金； 继续向所述熔模铸造模具施加所述超声脉冲，以干扰枝晶的形成、混合所述熔融合金且促进等轴晶粒的形成。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述用于生成对流的装置包括低输出感应线圈。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述用于生成对流的装置还包括所述超声源。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述用于维持气氛的装置选自由非反应性气氛和真空组成的组。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在从15kHz至25 MHz的频率范围内生成所述超声脉冲。
20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述金属最初以未熔化状态提供给所述熔化区，并且所述金属由所述熔化区中的所述第二加热元件来熔化。
21.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述金属以熔融状态从单独源提供给所述熔化区。
22.—种通过权利要求15所述的工艺制成的熔模铸件。
全文摘要
本发明涉及感应搅拌、超声修改的熔模铸件和产生设备。一种用于制作等轴熔模铸件的方法。该方法利用超声发生器将超声脉冲发送到熔模铸造模具中的熔融金属内。熔模铸造模具定位于炉的工作区内，炉具有低输出感应线圈以在熔融金属中生成对流。超声脉冲分离从模具的面向内生长到熔融金属内的枝晶。替代地，等轴晶粒可在熔融金属内成核。此外，当从正固化的等轴晶粒排斥溶质时，超声脉冲和低输出感应线圈使熔融金属循环。混合减小了在正固化合金中的偏析效果且有助于使等轴晶粒成核。
文档编号B22D27/20GK103170577SQ20121055776
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者朴埈永, J.R.帕罗利尼, I.尤科克 申请人:通用电气公司