本發(fā)明有關一種模芯組件和熔模鑄造方法，尤其涉及一種用來熔模鑄造帶深長孔的鑄件具有芯的模芯組件和熔模鑄造方法。

背景技術：

熔模鑄造方法廣泛地用來成型具有復雜幾何結構的金屬元件，尤其是具有內(nèi)孔的元件。熔模鑄造方法首先成型模芯組件，其包括殼模和固定在殼模內(nèi)的芯。然后通過將熔化的鋼水注入成型好的模芯組件中冷卻形成固體的金屬鑄件。鑄件形成后，將殼模和芯去除?，F(xiàn)有的芯通過陶瓷材料形成，陶瓷可抗高溫，但陶瓷較脆，容易斷裂。尤其是在鑄造較大的元件中較深的孔洞時，陶瓷芯也較長，陶瓷芯的強度較低，更容易斷裂。

因此，有必要提供一種解決方案來解決至少一個上面提及的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個方面在于提供一種模芯組件。該模芯組件包括：至少一個芯，其包括主體部且包括熔點高于1500攝氏度的抗高溫材料，所述主體部的長徑比大于50且所述主體部包括熔點高于1500攝氏度的高熔點金屬；及殼模，環(huán)繞所述芯且和所述芯之間形成空腔來接收熔化的鑄件金屬。

本發(fā)明的另一個方面在于提供一種熔模鑄造方法。該熔模鑄造方法包括：形成至少一個芯，所述芯包括主體部且包括熔點高于1500攝氏度的抗高溫材料，所述主體部的長徑比大于50且所述主體部包括熔點高于1500攝氏度的高熔點金屬；形成殼模，所述殼模環(huán)繞所述芯且和所述芯之間形成空腔；引入熔化的鑄件金屬至所述空腔內(nèi)形成鑄件；及去除所述殼模。

附圖說明

通過結合附圖對于本發(fā)明的實施方式進行描述，可以更好地理解本發(fā)明， 在附圖中：

圖1所示為本發(fā)明模芯組件一個實施例的截面圖；

圖2所示為本發(fā)明模芯組件另一個實施例的截面圖；

圖3所示為本發(fā)明模芯組件另一個實施例的截面圖；

圖4所示為本發(fā)明模芯組件另一個實施例的截面圖；

圖5所示為本發(fā)明模芯組件另一個實施例的截面圖；

圖6所示為本發(fā)明模芯組件另一個實施例的截面圖；

圖7所示為本發(fā)明模芯組件另一個實施例的截面圖；

圖8所示為本發(fā)明模芯組件另一個實施例的截面圖；

圖9所示為本發(fā)明模芯組件另一個實施例的橫截面示意圖；

圖10所示為本發(fā)明模芯組件另一個實施例的截面圖；

圖11所示為本發(fā)明熔模鑄造方法一個實施例的流程圖。

具體實施方式

除非另作定義，此處使用的技術術語或者科學術語應當為本發(fā)明所屬領域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專利申請說明書以及權利要求書中使用的“第一”“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分。同樣，“一個”或者“一”等類似詞語也不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個。另外，“連接”或者“相連”等類似的詞語并非用來區(qū)分兩個元件之間的直接或間接連接。當然，除非另行說明，此元件間可以直接或間接連接。

本發(fā)明的模芯組件可以用于熔模鑄造中。模芯組件可用來熔模鑄造渦輪機的元件，例如各種形狀和尺寸的葉片，可在葉片內(nèi)形成較深的內(nèi)孔。模芯組件也可用來鑄造排氣柱的冷卻管，還可以用于鑄造其他元件，在鑄造的元件內(nèi)可形成較長的孔洞。圖1所示為一個實施例的模芯組件10的截面圖。模芯組件10包括至少一個芯12和殼模14。僅為了圖示說明的作用，圖中僅示出了一個芯12。在實際應用中，模芯組件10可以具有一個或多個芯12，芯12的數(shù)目可以根據(jù)實際應用中需要形成的孔洞的數(shù)目確定。

芯12包括主體部16且包括熔點高于1500攝氏度的抗高溫材料。主體部16的長徑比大于50。在本實施例中，主體部16為圓柱形的實心棒，主體部16的長徑比為主體部16的縱向長度L和橫截面的直徑D。例如，主體部的 縱向長度L為300mm且橫截面的直徑D為2mm，此僅為一個示例，并不限于此。且主體部16的長徑比不限于圖中所畫的比例關系。主體部16包括熔點高于1500攝氏度的高熔點金屬。本實施例中，主體部16還包含抗高溫材料。高熔點金屬和抗高溫材料混合在一起。主體部16包括基底18和混雜在基底18內(nèi)的添加物20。在一個實施例中，基底18包括高熔點金屬，添加物20包括抗高溫材料。在另一個實施例中，基底18包括抗高溫材料，添加物20包括高熔點金屬。在圖示實施例中，添加物20為粉末狀，分布在基底18中。在另一個實施例中，主體部16包括金屬陶瓷，金屬陶瓷包括高熔點金屬和陶瓷。陶瓷為抗高溫材料。

在一個實施例中，抗高溫材料包括石英、陶瓷、鉑族金屬和金屬陶瓷中的至少一種?？垢邷夭牧峡梢允乔笆鼋饘俚募兘饘佟⒑辖鸹蚧旌衔?。金屬陶瓷為由陶瓷硬質相與金屬或合金粘結相組成的結構材料，其具有較好的韌性和熱穩(wěn)定性。在一個實施例中，金屬陶瓷包含WC-Co系復合材料或TiC-TiN-Mo-Ni系復合材料。在一個實施例中，高熔點金屬包括鉬、鎢、鈦、鉑族金屬、鉭、鉻和鈮中的至少一種。主體部16可以包含前述高熔點金屬的純金屬、合金或混合物。在一個實施例中，主體部16可以包含鉬基合金，例如，鉬鉻合金(MoCr)、鉬鈷鉻合金(MoCoCr)、鉬鎢合金(MoW)和鉬鋯鈦合金(TZM，MoZrTi)。主體部16可以包含鎢基合金(W based alloy)或鈦鉬合金(TiMo)。

抗高溫材料和高熔點金屬選擇不同的材料來形成芯12，因此芯12至少包含兩種不同的材料?？垢邷夭牧峡梢苑乐剐?2因熔化的鑄件金屬(例如，鎳基高溫合金、鈷基高溫合金)的高溫而變形。金屬材料可以增加芯12的強度和/或韌性。在本實施例中，高熔點金屬的熔點高于鑄件金屬的熔點，高熔點金屬不易在熔化的鑄件金屬的高溫下熔化。

殼模14環(huán)繞芯12且和芯12之間形成空腔22來接收熔化的鑄件金屬(未圖示)。殼模14可以用陶瓷材料形成，且殼模14的形狀和尺寸與實際需要鑄造的元件的外形和尺寸一致。芯12在殼模14中的位置也根據(jù)實際需要鑄造的元件的孔的位置決定。本實施例中的芯12可以在鑄件形成后完全去除，可以通過腐蝕法去除。

圖2所示為另一個實施例的模芯組件10的截面圖。圖2所示的模芯組件10類似于圖1所示的模芯組件10。相比較于圖1所示的模芯組件10，圖2 所示的模芯組件10的芯12的主體部16為空心管。主體部16的長徑比為空心管的長度L和外直徑D的比值?？招墓艿耐庵睆紻的尺寸與實際需要形成的孔的直徑相等。圖2所示的主體部16的材料類似于圖1中的主體部16的材料。本實施例中的芯12在鑄件形成后完全去除。在腐蝕去除芯時，空心管暴露的面積較大，其與腐蝕液接觸面積較大，因此較易去除空心管。

圖3所示為另一個實施例的模芯組件10的截面圖。圖3所示的模芯組件10類似于圖1所示的模芯組件10。圖3中芯12的主體部16也包括基底18和混雜在基底18內(nèi)的添加物20。相比較于圖1所示的實施例，圖3中的添加物20為細絲，其沿芯12的縱長方向排布在基底18中。在另一個實施例中，細絲狀的添加物20可以交織排布在基底18內(nèi)。在再一個實施例中，添加物20可以是其他形狀。在圖3實施例中，芯12為細長的實心棒。在另一個實施例中，如圖4所示，芯12為空心管，其形狀類似于圖2的芯12的形狀。圖4的芯12具有和圖3的芯12相同的材料，在此不再重復說明。圖3和圖4實施例的芯13在鑄件形成后完全去除。

圖5所示為另一個實施例的模芯組件10的截面圖。圖5所示的模芯組件10類似于圖1所示的模芯組件10。相比較于圖1所示的模芯組件10，圖5所示的模芯組件10的芯12進一步包括形成在主體部16外表面的涂層24。涂層24包括抗高溫材料。本實施例中，主體部16由高熔點金屬制成，涂層24可防止主體部16因熔化的鑄件金屬的高溫而變形，也可防止主體部16的高熔點金屬與熔化的鑄件金屬反應，防止主體部16的表面氧化。在一個實施例中，涂層24可以是將抗高溫材料涂抹在主體部16上形成的薄層。另一個實施例中，涂層24可以是顆粒狀的抗高溫材料分布在主體部16的表面。在另一個實施例中，主體部16為高熔點金屬的基底且混雜有抗高溫材料。主體部16中的抗高溫材料可以與涂層24的抗高溫材料相同或不同。本實施例中的芯12在鑄件形成后完全去除。

圖6所示為另一個實施例的模芯組件10的截面圖。圖6所示的模芯組件10類似于圖5所示的模芯組件10。相比較于圖5所示的模芯組件10，圖6所示的模芯組件10的芯12的主體部16為空心管。在一個實施例中，空心管16的外表面涂有涂層24。在另一個實施例中，空心管16的內(nèi)表面和外表面都涂有涂層24。本實施例中的涂層24和主體部16的材料類似于圖5所示的實施例。

圖7所示為另一個實施例的模芯組件10的截面圖。圖7中的芯12的主體部16為空心管，空心管16包括高熔點金屬材料。芯12進一步包括填充于空心管16內(nèi)的填充物26，填充物26包括抗高溫材料。抗高溫材料的填充物26可以冷卻空心管16，防止空心管16在鑄造的高溫下變形。在本實施例中，填充物26包括若干粉末，例如陶瓷粉，其具有一定的流動性，可注入空心管16內(nèi)，鑄件形成后可將陶瓷粉從空心管16中倒出。在一個實施例中，空心管16為不易在熔化的鑄件金屬的高溫下熔化的金屬。在鑄件形成后，將空心管16去除。在另一個實施例中，空心管16為與鑄件金屬類似或相同的高熔點金屬材料，例如鎳基高溫合金或鈷基高溫合金?？招墓艿母呷埸c金屬的熔點與鑄件金屬的熔點接近或相等。在一個實施例中，空心管16的高熔點金屬材料可以采用通用電氣公司的鎳基高溫合金GTD111、GTD222和GTD444，GTD111、GTD222和GTD444分別包含多于50％的鎳(Ni)、一些鉻(Cr)、少量的其他金屬元素(例如鈷(Co)、鎢(W)、鋁(Al))和少量的非金屬元素(例如碳(C)、硼(B))?？招墓?6的高熔點金屬材料還可采用鎳基高溫合金IN738，其包含62重量百分比(wt％)的鎳、16wt％的鉻以及少量的其他一些金屬和非金屬元素。但空心管16的材料不限于上述所提及的材料。在鑄件形成后，空心管16留在鑄件中，和鑄件成為一體作為所需的元件。此時，空心管16的內(nèi)部尺寸，例如內(nèi)徑，設置成與所需形成的孔洞的尺寸相同。如此形成的孔洞的內(nèi)壁較光滑。

圖8所示為另一個實施例的模芯組件10的截面圖。圖8所示的模芯組件10類似于圖7所示的模芯組件10。相比較于圖7所示的模芯組件10，圖8中填充物26包括與空心管16接觸的實心棒。填充物26為棒狀，其為抗高溫材料且與空心管16完全接觸。在另一個實施例中，填充物26還可以是其他形態(tài)。圖7和圖8中的填充物26也可填充于圖2、圖4和圖6的空心管中。

圖9所示為另一個實施例的模芯組件10的橫截面示意圖。圖9中示出了兩種芯的主體部161和162的橫截面。主體部161具有圓形的橫截面。主體部162具有非圓形的橫截面，本實施例中為橢圓型。主體部162的橫截面為橢圓形時，主體部162的長徑比為主體部162的縱向長度和較長的直徑的比值。在其他實施例中，主體部16還可具有其他形狀的非圓的橫截面，例如矩形、多邊形或不規(guī)則形狀(未圖示)。此時主體部16的長徑比為主體部16的縱向長度和橫截面上最長的徑向長度的比值。在一個實施例中，主體部16具 有不同的橫截面。

圖10所示為另一個實施例的模芯組件10的截面圖。本實施例中，芯12的主體部16具有非直的形狀。主體部16在縱向方向上為非直的。在一個實施例中，主體部16在縱向方向上為具有一定弧度的彎曲形狀。在另一實施例中，主體部16在縱向方向上為有規(guī)則或無規(guī)則變化的非直形狀。主體部16的長徑比為縱向的曲線的總長度和徑向最長長度的比值。圖10中的主體部16可以是空心管或實心棒，芯12的結構和材料等可以與圖1-9的實施例相似。

圖1至圖10實施例的芯12具有高熔點金屬，芯12的強度和韌性較好，芯12不易斷裂。芯12還包含有抗高溫材料，可以防止芯12變形、氧化。如此可以制造長徑比大于50的較長的芯12，用來形成較長的孔洞。且可以制造形狀復雜的較長的芯12，用來形成形狀復雜的孔。

圖11所示為一個實施例的熔模鑄造方法40的流程圖。步驟41中，形成至少一個芯。芯包括主體部且包括熔點高于1500攝氏度的抗高溫材料。主體部的長徑比大于50且主體部包括熔點高于1500攝氏度的高熔點金屬。在一個實施例中，至少利用高熔點金屬和抗高溫材料形成芯的主體部。可以形成實心棒的主體部或空心管狀的主體部。在一個實施例中，主體部包括基底和混雜在基底內(nèi)的添加物，基底包括高熔點金屬，添加物包括抗高溫材料。在另一個實施例中，基底包括抗高溫材料，添加物包括高熔點金屬。在一個實施例中，在主體部的外表面形成涂層，涂層包括抗高溫材料。在另一個實施例中，主體部為空心管，且用填充物填充空心管，填充物包括抗高溫材料。填充物可以是粉末或實心棒。形成芯的步驟41可以形成圖1至10實施例中所描述芯，此處不再重復說明。

步驟43中，形成殼模。殼模環(huán)繞芯且和芯之間形成空腔。在一個實施例中，利用模具成型材料(例如蠟)按照需要鑄造的元件成型模具，然后在模具外形成包覆模具的殼模，接著移除模具成型材料留下殼模，如此殼模的形狀和尺寸和元件的形狀和尺寸相同。在一個實施例中，模具成型材料將芯嵌入其中，移除模具成型材料后，留下芯在殼模中。在另一個實施例中，殼模形成后，將芯放入并固定在殼模中。殼?？梢杂锰沾赡酀{形成。如此模芯組件形成，殼模和芯之間形成有空腔，可以收容熔化的鑄件金屬。

步驟45中，引入熔化的鑄件金屬至空腔內(nèi)形成鑄件。高溫的熔化的鑄件金屬注入殼模中后迅速冷卻形成固體的鑄件。步驟47中，去除殼模。一個實 施例中，通過腐蝕的方法將陶瓷殼模去除。在一個實施例中，芯的主體部由和鑄件金屬相似的金屬制成，且主體部外表面不具有抗高溫材料的涂層時，芯的主體部可以留在鑄件中，和鑄件一體形成所需的元件。主體部為空心管，中間填充有抗高溫材料的填充物來冷卻空心管，填充物在鑄件完成后去除?？招墓艿膬?nèi)部尺寸等于所需形成的孔洞的尺寸。在另一個實施例中，鑄件方法40進一步包括完全去除芯?？梢酝ㄟ^腐蝕法將芯完全去除。例如，當芯的主體部中含有抗高溫材料時，或當芯包括抗高溫材料的涂層時，或芯的高熔點金屬材料與鑄件金屬不同也不相似時，完全去除芯。芯的外圍尺寸與需要形成的孔洞的尺寸一致。

方法40的動作以功能模塊的形式圖示，圖11所示的模塊的先后順序和模塊中動作的劃分并非限于圖示的實施例。例如，某些模塊可以按照不同的順序進行；一個模塊中的動作可以與另一個或多個模塊中的動作組合，或拆分為多個模塊。

雖然結合特定的實施方式對本發(fā)明進行了說明，但本領域的技術人員可以理解，對本發(fā)明可以作出許多修改和變型。因此，要認識到，權利要求書的意圖在于涵蓋在本發(fā)明真正構思和范圍內(nèi)的所有這些修改和變型。