本發(fā)明屬于高溫合金渦輪葉片精密鑄造，具體涉及一種控制定向/單晶帶冠工作葉片葉冠疏松的蠟?zāi)＜爸苽浞椒ā?/p>

背景技術(shù)：

1、眾所周知，先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪工作葉片及渦軸、渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力渦輪工作葉片通常具有葉冠結(jié)構(gòu)，以減少葉尖位置的漏氣，進(jìn)而減少燃?xì)鈸p失，提高渦輪效率，增加動(dòng)力輸出。但是葉冠結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致渦輪工作葉片的截面面積發(fā)生突變，在定向凝固過(guò)程中溫度場(chǎng)變化更加復(fù)雜，糊狀區(qū)更寬，葉冠位置枝晶間難以得到有效補(bǔ)縮，從而在葉冠上產(chǎn)生大量的疏松。

2、疏松在葉片服役過(guò)程中很容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，成為裂紋源，導(dǎo)致葉片提前失效，進(jìn)而危害發(fā)動(dòng)機(jī)的服役安全，因此亟需開發(fā)一種避免葉冠疏松的帶冠渦輪工作葉片及其制備方法，以有效控制在葉冠上產(chǎn)生疏松，這也是當(dāng)前航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪工作葉片制造過(guò)程中亟需解決的技術(shù)難題。

3、申請(qǐng)公布號(hào)為cn108176817a的發(fā)明專利公開了一種細(xì)長(zhǎng)薄壁帶冠等軸晶鑄造渦輪葉片的疏松控制方法，蠟?zāi)Ｄ＝M包括澆口杯、與澆口杯連通設(shè)置的橫澆道、中柱管，橫澆道包括榫頭端橫澆道和葉冠端橫澆道，榫頭端橫澆道焊接葉片榫頭內(nèi)澆口，葉冠端橫澆道焊接葉片葉冠內(nèi)澆口，蠟?zāi)Ｄ＝M的組合方式為圓形模組或直板狀模組；將蠟?zāi)Ｄ＝M涂掛耐火材料，干燥后進(jìn)行脫蠟處理，預(yù)焙燒處理后得到型殼，在型殼上除葉身中段以外均包裹保溫棉，葉身中段的長(zhǎng)度為葉身長(zhǎng)度的1/3，將包裹保溫棉的型殼焙燒后進(jìn)行重熔澆注，得到葉片鑄件。該技術(shù)方案主要用于控制渦輪葉片的葉身產(chǎn)生疏松，但無(wú)法避免渦輪葉片的葉冠產(chǎn)生疏松。

4、申請(qǐng)公布號(hào)為cn101934366a的發(fā)明專利公開了一種帶冠定向結(jié)晶渦輪葉片的凝固物、鑄模和補(bǔ)縮方法，在補(bǔ)縮方法中，通過(guò)在葉片的下葉冠最高點(diǎn)旁設(shè)置側(cè)補(bǔ)貼，并在側(cè)補(bǔ)貼和下葉冠頂部設(shè)置葉冠補(bǔ)縮冒口，實(shí)現(xiàn)葉片在精鑄過(guò)程中對(duì)下葉冠進(jìn)行補(bǔ)縮；通過(guò)使葉片的直澆口設(shè)置在上葉冠上，并使直澆口的頂部連通至上圓板，實(shí)現(xiàn)對(duì)上葉冠進(jìn)行補(bǔ)縮。該技術(shù)方案對(duì)于下葉冠來(lái)說(shuō)，僅在下葉冠最高點(diǎn)旁設(shè)置側(cè)補(bǔ)貼，難以實(shí)現(xiàn)完整或充足的補(bǔ)縮；對(duì)于上葉冠來(lái)說(shuō)，在上葉冠上直接設(shè)置直澆口，在澆注時(shí)容易受到金屬液沖擊，影響補(bǔ)縮效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種控制定向/單晶帶冠工作葉片葉冠疏松的蠟?zāi)?，工作葉片蠟?zāi)０ㄩ绢^、緣板、葉身、葉冠和補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)，所述葉身與所述葉冠相互垂直，且所述葉身的底部與所述葉冠的上表面之間通過(guò)倒圓方式平滑過(guò)渡連接，在所述葉身的兩側(cè)一共設(shè)置至少一個(gè)所述補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)，所述補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)的一個(gè)側(cè)邊與所述葉身相連接、另一個(gè)側(cè)邊與所述葉冠相連接；所述榫頭、所述緣板、所述葉身、所述葉冠和所述補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)一體成型，或者在所述榫頭、所述緣板、所述葉身和所述葉冠一體成型后將所述補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)粘接在所述葉身的兩側(cè)。

2、優(yōu)選的是，所述補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)位于所述葉身的前緣和尾緣之間1/5-4/5的區(qū)域；在所述葉身的同一側(cè)，相鄰兩個(gè)所述補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)之間的弧線距離不小于所述葉身的前緣至尾緣之間弧線長(zhǎng)度的1/5。

3、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)位于以與所述葉身相連接的側(cè)邊為旋轉(zhuǎn)軸、以垂直于所述葉身切面的平面為基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)±40°的區(qū)域。

4、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)的形狀為直角三角形平板形狀或梯形平板形狀；所述直角三角形平板形狀補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)的兩個(gè)直角邊分別與所述葉身和所述葉冠相連接，兩個(gè)直角邊之間通過(guò)倒圓方式平滑過(guò)渡連接，斜邊為直線或弧線；所述梯形平板形狀補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)的兩個(gè)直角邊分別與所述葉身和所述葉冠相連接，兩個(gè)直角邊之間通過(guò)倒圓方式平滑過(guò)渡連接，斜邊為直線或弧線，短邊平行于與所述葉身相連接的直角邊。

5、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述直角三角形平板形狀補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)的高度為所述葉身高度的0.2-0.6倍，即與所述葉身相連接的直角邊長(zhǎng)度為所述葉身高度的0.2-0.6倍；所述直角三角形平板形狀補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)的寬度為，將與所述葉冠相連接的直角邊延長(zhǎng)至所述葉冠的邊緣，所述葉身與所述葉冠邊緣之間直線距離的0.25-1倍，即與所述葉冠相連接的直角邊長(zhǎng)度為所述葉身與所述葉冠邊緣之間直線距離的0.25-1倍。

6、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述直角三角形平板形狀補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)靠近所述葉身一端的厚度為與其相連接的所述葉身厚度的0.5-1.2倍，所述直角三角形平板形狀補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)靠近所述葉冠一端的厚度為與其相連接的所述葉身厚度的0.2-0.8倍；所述直角三角形平板形狀補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)的整體厚度由靠近所述葉身一端的厚度向靠近所述葉冠一端的厚度平滑過(guò)渡。

7、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述梯形平板形狀補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)靠近所述葉身一端的高度為所述葉身高度的0.2-0.6倍，所述梯形平板形狀補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)靠近所述葉冠一端的高度為靠近所述葉身一端高度的0.2-0.8倍，即與所述葉身相連接的直角邊長(zhǎng)度為所述葉身高度的0.2-0.6倍，靠近所述葉冠一端的短邊長(zhǎng)度為與所述葉身相連接的直角邊長(zhǎng)度的0.2-0.8倍；所述梯形平板形狀補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)的寬度為，將與所述葉冠相連接的直角邊延長(zhǎng)至所述葉冠的邊緣，所述葉身與所述葉冠邊緣之間直線距離的0.25-1倍，即與所述葉冠相連接的直角邊長(zhǎng)度為所述葉身與所述葉冠邊緣之間直線距離的0.25-1倍。

8、在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述梯形平板形狀補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)靠近所述葉身一端的厚度為與其相連接的所述葉身厚度的0.5-1.2倍，所述梯形平板形狀補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)靠近所述葉冠一端的厚度為與其相連接的所述葉身厚度的0.2-0.8倍；所述梯形平板形狀補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)的整體厚度由靠近所述葉身一端的厚度向靠近所述葉冠一端的厚度平滑過(guò)渡。

9、本發(fā)明還提供一種控制葉冠疏松的定向/單晶帶冠工作葉片的制備方法，采用上述任一項(xiàng)所述的控制定向/單晶帶冠工作葉片葉冠疏松的蠟?zāi)Ｖ苽涠桑凑障群箜樞虬ㄒ韵虏襟E：

10、步驟一：按照設(shè)計(jì)的工作葉片蠟?zāi)＝Y(jié)構(gòu)，采用熱壓注成型方法壓制工作葉片蠟?zāi)＃⑷舾蓚€(gè)工作葉片蠟?zāi)＝M成模組；或者，采用熱壓注成型方法分別壓制由榫頭、緣板、葉身、葉冠一體成型的結(jié)構(gòu)蠟?zāi)：脱a(bǔ)縮結(jié)構(gòu)蠟?zāi)?，然后按照設(shè)計(jì)的位置關(guān)系將補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)蠟?zāi)Ｕ辰釉谟砷绢^、緣板、葉身、葉冠一體成型的結(jié)構(gòu)蠟?zāi)Ｉ?，形成工作葉片蠟?zāi)?，并將若干個(gè)工作葉片蠟?zāi)＝M成模組；

11、步驟二：將由若干個(gè)工作葉片蠟?zāi)＝M成的模組與其他組件組裝在一起形成澆注系統(tǒng)，并采用熔模精密鑄造方法制備澆注系統(tǒng)的型殼；

12、步驟三：待澆注系統(tǒng)的型殼制備結(jié)束后，將其放入真空感應(yīng)熔煉設(shè)備中，并采用定向凝固方法澆注成形，脫殼后獲得工作葉片鑄件；

13、步驟四：對(duì)工作葉片鑄件進(jìn)行熱處理，待熱處理結(jié)束后，采用機(jī)械加工方法切除補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)，即可獲得能夠控制葉冠疏松的工作葉片。

14、優(yōu)選的是，所述澆注系統(tǒng)包括澆口杯、澆道盤、支撐柱、下底板、若干個(gè)斜澆道、若干個(gè)引晶結(jié)構(gòu)、若干個(gè)工作葉片蠟?zāi)?；所述澆口杯、所述澆道盤、所述支撐柱和所述下底板自上而下依次連接，若干個(gè)所述工作葉片蠟?zāi)Ｎ挥谒鱿碌装搴退鰸驳辣P之間，且沿著所述下底板的邊緣均勻布置；所述工作葉片蠟?zāi)５牡撞客ㄟ^(guò)所述引晶結(jié)構(gòu)與所述下底板連接、頂部通過(guò)所述斜澆道與所述澆道盤連接。

15、采用定向凝固方法澆注成形，澆注材料為單晶高溫合金或定向高溫合金，定向凝固順序自下而上依次為相同高度的引晶結(jié)構(gòu)、相同高度的葉冠、相同高度的葉身和補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)、相同高度的緣板、相同高度的榫頭、相同高度的斜澆道，澆注材料在澆注系統(tǒng)型殼中的每一個(gè)組件中都自下而上凝固。

16、本發(fā)明中，采用的熱壓注成型方法、熔模精密鑄造方法、定向凝固方法、熱處理、機(jī)械加工方法等均為傳統(tǒng)工藝，對(duì)工藝流程、工藝參數(shù)、使用的設(shè)備等沒(méi)有特殊要求，只要保證補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸、在工作葉片蠟?zāi)Ｖ械脑O(shè)置位置以及與葉身、葉冠的連接關(guān)系符合本發(fā)明的要求即可，補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)的尺寸主要隨著工作葉片蠟?zāi)Ｖ腥~身尺寸和葉冠尺寸的變化而變化。

17、本發(fā)明控制定向/單晶帶冠工作葉片葉冠疏松的蠟?zāi)＜爸苽浞椒?，具有如下有益效果?/p>

18、（1）本發(fā)明設(shè)計(jì)了特殊的補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)，并將一定數(shù)量的補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)設(shè)置在工作葉片蠟?zāi)５娜~身與葉冠之間的區(qū)域，以優(yōu)化葉片的定向凝固順序，同時(shí)使葉冠部位得到充足的金屬液補(bǔ)縮，進(jìn)而解決了工作葉片中葉冠疏松的問(wèn)題，同時(shí)也避免在葉身等位置出現(xiàn)疏松。

19、（2）本發(fā)明通過(guò)對(duì)補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸（包括高度、寬度、厚度等）進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)和嚴(yán)格限定，優(yōu)化了工作葉片的定向凝固順序，使定向凝固順序更接近于理論狀態(tài)，從而使葉冠得到充分補(bǔ)縮，而且在消除葉冠疏松的同時(shí)，也不會(huì)在其他位置產(chǎn)生疏松。

20、（3）本發(fā)明的補(bǔ)縮結(jié)構(gòu)及蠟?zāi)褐?、組模、澆注等，簡(jiǎn)單可靠、成本低、操作便捷，制備的葉片具有優(yōu)異的性能，本發(fā)明在航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪工作葉片制造領(lǐng)域發(fā)揮了較大的應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。