包括脱氧芯的模具组件和制造其的方法与流程

日期:2019-07-18 23:58:08


本公开内容的领域大体上涉及具有限定在其中的内部通路的构件,并且更具体地涉及使用中空芯形成此构件。



背景技术:

一些构件需要限定在其中的内部通路,例如,以便执行预期的功能。例如但不作为限制,一些构件(诸如燃气涡轮的热气路构件)受到高温。至少一些这样的构件具有限定在其中的内部通路以接收冷却流体流,使得构件能够更好经受高温。对于另一个示例,但不作为限制,一些构件在与另一个构件的对接处受到摩擦。至少一些这样的构件具有限定在其中的内部通路以接收润滑剂流而便于减小摩擦。

具有限定在其中的内部通路的至少一些已知的构件在模具中形成,其中陶瓷材料的芯在模腔内在针对内部通路选择的位置处延伸。在熔化的金属合金引入陶瓷芯周围的模腔中且冷却以形成构件之后,陶瓷芯除去(诸如通过化学浸出)以形成内部通路。然而,至少一些已知的陶瓷芯是易碎的,导致芯在无破坏的情况下生产和处理是困难且昂贵的。此外,用于形成这样的构件的一些模具由熔模铸造形成。然而,至少一些已知的陶瓷芯缺乏足够的强度来可靠地经受用来形成用于熔模铸造过程的模型的材料(诸如但不限于蜡)的注入。此外,用来硬化熔模铸造模具的烘烤过程倾向于加速与模具和芯组件相关联的任何金属构件的氧化,在一些应用中负面地影响氧化的表面的后续性能。此外,从铸造构件有效移除至少一些陶瓷芯是困难且耗时的,尤其是对于但不限于芯的长度与直径的比率较大和/或芯大致非线性的构件。

备选地或另外地,具有限定在其中的内部通路的至少一些已知的构件首先形成为没有内部通路,且内部通路在后续过程中形成。例如,至少一些已知的内部通路通过将通路钻到构件中来形成,诸如但不限于,使用电化学钻孔过程。然而,至少一些这样的钻孔过程相对耗时且昂贵。此外,至少一些这样的钻孔过程不可产生某些构件设计所需的内部通路弯曲。



技术实现要素:

一方面,提供了一种用于形成具有限定在其中的内部通路的构件的模具组件。模具组件包括限定其中的模腔的模具,以及关于模具定位的脱氧芯。脱氧芯包括内壁,其在脱氧芯内至少部分地限定密封的芯腔。密封的芯腔具有大致降低的氧含量,且脱氧芯的一部分定位在模腔内,使得脱氧芯的该部分的内壁在构件在模具组件中形成时限定内部通路。

另一方面,提供了一种制造用于形成具有限定在其中的内部通路的构件的模具组件的方法。该方法包括关于模具定位脱氧芯。脱氧芯包括内壁,其在脱氧芯内至少部分地限定密封的芯腔。脱氧芯的一部分定位在模具的腔内,使得脱氧芯的该部分的内壁在构件在模具组件中形成时限定内部通路。该方法还包括烘烤具有关于其定位的脱氧芯的模具。密封的芯腔具有大致降低的氧含量,使得内壁的氧化被抑制。

技术方案1. 一种用于形成具有限定在其中的内部通路的构件的模具组件,所述模具组件包括:

限定其中的模腔的模具;以及

关于所述模具定位的脱氧芯,所述脱氧芯包括内壁,所述内壁在所述脱氧芯内至少部分地限定密封的芯腔,其中:

所述密封的芯腔具有大致降低的氧含量,且

所述脱氧芯的一部分定位在所述模腔内,使得所述脱氧芯的所述部分的所述内壁在所述构件在所述模具组件中形成时限定所述内部通路。

技术方案2. 根据技术方案1所述的模具组件,其中,所述脱氧芯还包括从第一端延伸至第二端的中空结构、接近所述第一端联接至所述中空结构的第一密封塞以及接近所述第二端联接至所述中空结构的第二密封塞。

技术方案3. 根据技术方案2所述的模具组件,其中,所述中空结构由选择成具有高于所述构件的铸造温度的熔点的第一材料形成。

技术方案4. 根据技术方案3所述的模具组件,其中,所述第一材料为钛基材料、钽基材料和铌基材料中的至少一者。

技术方案5. 根据技术方案2所述的模具组件,其中,所述第一密封塞和所述第二密封塞中的至少一者焊接至所述中空结构。

技术方案6. 根据技术方案2所述的模具组件,其中,所述第一密封塞和所述第二密封塞中的至少一者钎焊至所述中空结构。

技术方案7. 根据技术方案1所述的模具组件,其中,所述密封的芯腔填充有大致惰性气体。

技术方案8. 根据技术方案1所述的模具组件,其中,所述密封的芯腔排空到至少部分真空压力。

技术方案9. 一种制造用于形成具有限定在其中的内部通路的构件的模具组件的方法,所述方法包括:

关于模具定位脱氧芯,其中:

所述脱氧芯包括内壁,所述内壁在所述脱氧芯内至少部分地限定密封的芯腔,且

所述脱氧芯的一部分定位在所述模具的腔内,使得所述脱氧芯的所述部分的内壁在所述构件在所述模具组件中形成时限定所述内部通路;以及

烘烤所述模具,所述模具具有关于其定位的所述脱氧芯,其中所述密封的芯腔具有大致降低的氧含量,使得所述内壁的氧化被抑制。

技术方案10. 根据技术方案9所述的方法,其中,定位所述脱氧芯包括定位还包括从第一端延伸至第二端的中空结构、接近所述第一端联接至所述中空结构的第一密封塞以及接近所述第二端联接至所述中空结构的第二密封塞的所述脱氧芯。

技术方案11. 根据技术方案10所述的方法,其中,定位所述脱氧芯还包括定位还包括由选择成具有高于所述构件的铸造温度的熔点的第一材料形成的所述中空结构的所述脱氧芯。

技术方案12. 根据技术方案11所述的方法,其中,定位所述脱氧芯还包括定位包括为钛基材料、钽基材料和铌基材料中的至少一者的所述第一材料的所述脱氧芯。

技术方案13. 根据技术方案10所述的方法,其中,定位所述脱氧芯还包括定位还包括焊接至所述中空结构的所述第一密封塞和所述第二密封塞中的至少一者的所述脱氧芯。

技术方案14. 根据技术方案10所述的方法,其中,定位所述脱氧芯还包括定位还包括钎焊至所述中空结构的所述第一密封塞和所述第二密封塞中的至少一者的所述脱氧芯。

技术方案15. 根据技术方案9所述的方法,其中,定位所述脱氧芯还包括定位还包括填充有大致惰性气体的所述密封的芯腔的所述脱氧芯。

技术方案16. 根据技术方案9所述的方法,其中,定位所述脱氧芯还包括定位还包括排空到至少部分真空压力的所述密封的芯腔的所述脱氧芯。

技术方案17. 根据技术方案9所述的方法,其中,烘烤具有关于其定位的所述脱氧芯的所述模具包括使具有关于其定位的所述脱氧芯的所述模具在大约30分钟至大约120分钟的范围中的持续时间内受到大约870℃(1600℉)至大约1095℃(2000℉)的范围中的温度。

技术方案18. 根据技术方案9所述的方法,其中,所述方法还包括使所述模具组件受到所述构件的铸造温度,其中所述铸造温度去耦所述中空结构与所述第一密封塞和所述第二密封塞中的至少一者之间的结合。

技术方案19. 根据技术方案9所述的方法,其中,所述方法还包括在烘烤具有关于其定位的所述脱氧芯的所述模具之后从所述脱氧芯移除所述第一密封塞。

技术方案20. 根据技术方案9所述的方法,其中,所述方法还包括在烘烤具有关于其定位的所述脱氧芯的所述模具之后从所述脱氧芯移除所述第二密封塞。

附图说明

图1为示例性旋转机械的示意图;

图2为用于图1中所示的旋转机械的示例性构件的示意性透视图;

图3为用于制造图2中所示的构件的示例性模具组件的示意性透视图,模具组件包括关于模具定位的脱氧芯;

图4为沿图3中所示的线4-4截取的用于图3中所示的模具组件的示例性脱氧芯的示意性截面;

图5为示例性中空结构在形成图3中所示的脱氧芯的第一示例性过程期间的第一阶段的示意性截面;

图6为图5的示例性中空结构在形成图3中所示的脱氧芯的第一示例性过程期间的第二阶段的示意性截面;

图7为示例性中空结构在形成图3中所示的脱氧芯的第二示例性过程期间的第一阶段的示意性截面;

图8为图7的示例性中空结构在形成图3中所示的脱氧芯的第二示例性过程期间的第二阶段的示意性截面;

图9为形成具有限定在其中的内部通路的构件(诸如图2中所示的构件)的示例性方法的流程图;以及

图10为图9的流程图的继续。

零件清单

10 旋转机械

12 进气区段

14 压缩机区段

16 燃烧器区段

18 涡轮区段

20 排气区段

22 转子轴

24 燃烧器

36 壳

40 压缩机叶片

42 压缩机定子导叶

70 转子叶片

72 涡轮定子导叶

74 压力侧

76 吸力侧

78 熔化的构件材料

80 构件

82 内部通路

84 前缘

86 后缘

88 根部端

89 轴线

90 末梢端

92 距离

94 距离

96 叶片长度

300 模具

301 模具组件

302 内壁

304 模腔

306 模具材料

310 脱氧芯

311 第一端

312 末梢部分

313 第二端

314 末梢部分

315 部分

316 根部部分

318 根部部分

320 中空结构

321 内壁

322 第一材料

323 外壁

324 第一密封塞

326 第二密封塞

328 壁厚

330 宽度

332 芯腔

340 真空钎焊腔

510 第一清洗流

520 第二清洗流

900 方法

902 关于模具定位脱氧芯

904 烘烤模具,其中密封的芯腔具有大致降低的氧含量

906 定位还包括中空结构的脱氧芯

908 定位还包括由选择成具有高于构件的铸造温度的熔点的第一材料形成的中空结构的脱氧芯

910 定位还包括为钛基材料、钽基材料和铌基材料中的至少一者的第一材料的脱氧芯

912 定位还包括焊接至中空结构的第一密封塞和第二密封塞中的至少一者的脱氧芯

914 定位还包括钎焊至中空结构的第一密封塞和第二密封塞中的至少一者的脱氧芯

916 定位还包括填充有大致惰性气体的密封的芯腔的脱氧芯

918 定位还包括排空到至少部分真空压力的密封的芯腔的脱氧芯

920 使具有关于其定位的脱氧芯的模具在大约30分钟至大约120分钟的范围中的持续时间内受到大约870℃(1600℉)至大约1095℃(2000℉)的范围中的温度

922 使模具组件受到构件的铸造温度

924 烘烤模具之后从脱氧芯移除第一密封塞

926 烘烤模具之后从脱氧芯移除第二密封塞。

具体实施方式

在以下说明书和权利要求中,将参照多个用语,它们应当限定为具有以下意义。

单数形式"一个"、"一种"和"该"包括复数参照,除非上下文清楚地另外指出。

"可选"或"可选地"意思是随后描述的事件或情形可发生或可不发生,且描述包括事件发生的情况以及其不发生的情况。

如本文贯穿说明书和权利要求使用的近似语言可用于修饰可允许在不导致其涉及的基本功能的变化的情况下改变的任何数量表达。因此,由一个或多个诸如"大约"、"大概"和"大致"的用语修饰的值不限于指定的准确值。在至少一些情况中,近似语言可对应于用于测量值的器具的精度。这里贯穿说明书和权利要求,可确定范围极限。这样的范围可组合和/或互换,且包括其中包含的所有子范围,除非上下文或语言另外指出。

本文所述的示例性组件和方法克服了与用于形成具有限定在其中的内部通路的构件的已知组件和方法相关联的缺点中的至少一些。本文所述的实施例提供了关于模具定位的脱氧芯。脱氧芯包括内壁,其在构件在模具组件中形成时限定内部通路。为了在烘烤模具组件期间抑制内壁的氧化,芯被密封,且由内壁限定的芯腔具有大致降低的氧含量。例如,在一些实施例中,大致降低的氧含量通过利用惰性气体填充芯腔来实现。对于另一示例,在某些实施例中,大致降低的氧含量通过至少部分地排空芯腔来实现。

图1为具有本公开内容的实施例可用于其的构件的示例性旋转机械10的示意图。在示例性实施例中,旋转机械10为燃气涡轮,其包括进气区段12、在进气区段12下游联接的压缩机区段14、在压缩机区段14下游联接的燃烧器区段16、在燃烧器区段16下游联接的涡轮区段18,以及在涡轮区段18下游联接的排气区段20。大体上管状的壳36至少部分地包围进气区段12、压缩机区段14、燃烧器区段16、涡轮区段18和排气区段20中的一者或多者。在备选实施例中,旋转机械10为形成有如本文所述的内部通路的构件适用于其的任何旋转机械。此外,尽管出于说明目的在旋转机械的背景下描述了本公开内容的实施例,但应当理解的是,本文所述的实施例适用于涉及适合形成有限定在其中的内部通路的构件的任何背景下。

在示例性实施例中,涡轮区段18经由转子轴22联接至压缩机区段14。应当注意的是,如本文使用的用语"联接"不限于构件之间的直接机械、电气和/或通信连接,而是还可包括多个构件之间的间接机械、电气和/或通信连接。

在旋转机械10的操作期间,进气区段12将空气朝压缩机区段14导送。压缩机区段14将空气压缩至较高的压力和温度。更具体而言,转子轴22将旋转能赋予到联接至压缩机区段14内的转子轴22的至少一个周向排的压缩机叶片40。在示例性实施例中,在各排压缩机叶片40之前是从壳36沿径向向内延伸的周向排的压缩机定子导叶42,其将空气流引导到压缩机叶片40中。压缩机叶片40的旋转能量增大空气的压力和温度。压缩机区段14朝燃烧器区段16排放压缩空气。

在燃烧器区段16中,压缩空气与燃料混合且点燃以生成朝涡轮区段18导送的燃烧气体。更具体而言,燃烧器区段16包括至少一个燃烧器24,其中燃料(例如,天然气和/或燃料油)喷射到空气流中,且燃料-空气混合物点燃以生成朝涡轮区段18导送的高温燃烧气体。

涡轮区段18将来自燃烧气流的热能转换成机械旋转能。更具体而言,燃烧气体将旋转能赋予到联接至涡轮区段18内的转子轴22的至少一个周向排的转子叶片70。在示例性实施例中,各排转子叶片70之前是从壳36沿径向向内延伸的周向排的涡轮定子导叶72,其将燃烧气体引导到转子叶片70中。转子轴22可联接至负载(未示出),诸如但不限于发电机和/或机械驱动应用。排出的燃烧气体从涡轮区段18向下游流入排气区段20中。旋转机械10的构件设计为构件80。邻近燃烧气体的通路的构件80在旋转机械10的操作期间受到高温。另外地或备选地,构件80包括适合地形成有限定在其中的内部通路的任何构件。

图2为针对供旋转机械10(图1中所示)使用示出的示例性构件80的示意性透视图。构件80包括限定在其中的至少一个内部通路82。例如,冷却流体在旋转机械10的操作期间提供至内部通路82,以便于将构件80保持在热燃烧气体的温度以下。尽管仅示出了一个内部通路82,但应当理解的是,构件80包括如本文所述形成的任何适合数目的内部通路82。

构件80由构件材料78形成。在示例性实施例中,构件材料78为适合的镍基超级合金。在备选实施例中,构件材料78为钴基超级合金、铁基超级合金和钛基超级合金中的至少一者。在其它备选实施例中,构件材料78为允许构件80如本文所述那样形成的任何适合的材料。

在示例性实施例中,构件80为转子叶片70或定子导叶72中的一者。在备选实施例中,构件80为能够形成有如本文所述的内部通路的旋转机械10的另一适合的构件。在还有其它实施例中,构件80为用于适合地形成有限定在其中的内部通路的任何适合的应用的任何构件。

在示例性实施例中,转子叶片70或备选地定子导叶72包括压力侧74和相对的吸力侧76。压力侧74和吸力侧76中的每一个从前缘84延伸至相对的后缘86。此外,转子叶片70或备选地定子导叶72从根部端88延伸至相对的末梢端90以限定叶片长度96。在备选实施例中,转子叶片70或备选地定子导叶72具有能够形成有如本文所述的内部通路的任何适合的构造。

在某些实施例中,叶片长度96为至少大约25.4厘米(cm)(10英寸)。此外,在一些实施例中,叶片长度96为至少大约50.8cm(20英寸)。在特定实施例中,叶片长度96在从大约61cm(24英寸)到大约101.6cm(40英寸)的范围中。在备选实施例中,叶片长度96小于大约25.4cm(10英寸)。例如,在一些实施例中,叶片长度96在从大约2.54cm(1英寸)到大约25.4cm(10英寸)的范围中。在其它备选实施例中,叶片长度96大于大约101.6cm(40英寸)。

在示例性实施例中,内部通路82从根部端88延伸至末梢端90。在备选实施例中,内部通路82以任何适合的方式在构件80内延伸,且延伸至允许内部通路82如本文所述那样形成的任何适合的程度。在某些实施例中,内部通路82是非线性的。例如,构件80形成有沿限定在根部端88与末梢端90之间的轴线89的预先限定的扭转,且内部通路82具有与轴向扭转互补的弯曲形状。在一些实施例中,内部通路82沿内部通路82的长度定位在离压力侧74大致恒定的距离94处。备选地或另外地,构件80的翼弦在根部端88与末梢端90之间渐缩,且内部通路82与渐缩部互补地非线性延伸,使得内部通路82沿内部通路82的长度定位在离后缘86大致恒定的距离92处。在备选实施例中,内部通路82具有与构件80的任何适合的轮廓互补的非线性形状。在其它备选实施例中,内部通路82是非线性的,且并非与构件80的轮廓互补。在一些实施例中,具有非线性形状的内部通路82便于满足构件80的预先选择的冷却标准。在备选实施例中,内部通路82线性地延伸。

在一些实施例中,内部通路82具有大致圆形的截面。在备选实施例中,内部通路82具有大致卵形的截面。在其它备选实施例中,内部通路82具有允许内部通路82如本文所述那样形成的任何适合地定形的截面。此外,在某些实施例中,内部通路82的截面的形状沿内部通路82的长度大致恒定。在备选实施例中,内部通路82的截面的形状以允许内部通路82如本文所述那样形成的任何适合的方式沿内部通路82的长度变化。

图3为用于制造构件80(图2中所示)的模具组件301的示意性透视图。模具组件301包括关于模具300定位的脱氧芯310。图4为沿图3中所示的线4-4截取的脱氧芯310的示意性截面。参照图2-图4,模具300的内壁302限定模腔304。内壁302限定与构件80的外部形状对应的形状。应当记得的是,尽管示例性实施例中的构件80为转子叶片70或备选地在备选示例性中为定子导叶72,但构件80为可适合地形成有如本文所述的限定在其中的内部通路的任何构件。

脱氧芯310包括从第一端311延伸至相对的第二端313的中空结构320。中空结构320由第一材料322形成且限定内壁321和外壁323。内壁321在脱氧芯310内限定芯腔332。此外,脱氧芯310包括在第一端311附近与中空结构320大致密封接触地定位的第一密封塞324,以及在第二端313附近与中空结构320大致密封接触地定位的第二密封塞326,使得第一密封塞324和第二密封塞326协作将芯腔332大致密封在脱氧芯310内。

在示出的实施例中,第一端311定位在模腔304的开口端附近,且第二端313相对于第一端311从模具300向外延伸。然而,第一端311和第二端313的指定并不意在限制本公开内容。例如,在备选实施例中,第二端313定位在模腔304的开口端附近,且第一端311相对于第二端313延伸出模具300。此外,第一端311和第二端313的示出的位置不意在限制本公开内容。例如,在备选实施例中,第一端311和第二端313中的每一个定位在模腔304的开口端附近,使得脱氧芯310在模腔304内形成U形。对于另一示例,在其它备选实施例中,第一端311和第二端313中的至少一者定位在模腔304内。对于另一示例,在其它备选实施例中,第一端311和第二端313中的至少一者嵌入模腔300的壁内。对于另一示例,在其它备选实施例中,第一端311和第二端313中的至少一者从模具300上的任何适合的位置向外延伸。

脱氧芯310关于模具300定位,使得脱氧芯310的一部分315在模腔304内延伸。更具体而言,脱氧芯310关于模具300定位,使得中空结构320的部分315的内壁321限定内部通路82的选择的位置和形状。例如,在某些实施例中,中空结构320预先形成以对应于内部通路82的选择的非线性形状。在一些这样的实施例中,中空结构320预先形成以对应于内部通路82与构件80的轮廓互补的非线性形状。例如,但不作为限制,构件80是转子叶片70和定子导叶72中的一者,且中空结构320以与构件80的轴向扭转和渐缩中的至少一者互补的形状预先形成,如上文所述的那样。

在某些实施例中,中空结构320限定大体上管状的形状。例如,但不作为限制,中空结构320首先由大致直的金属管形成,其按需要适合地操纵为非线性形状(诸如弯曲或成角度的形状)以限定内部通路82的选择的非线性形状。在备选实施例中,中空结构320限定允许内壁321限定如本文所述的内部通路82的形状的任何适合的形状。

芯腔332沿脱氧芯310的部分315的截面的形状选择成限定构件80内的内部通路82的选择的截面形状。芯腔332的截面形状在图3和图4中所示的示例性实施例中为圆形。备选地,芯腔332的截面的形状对应于允许内部通路82如本文所述起作用的内部通路82的截面的任何适合的形状。芯腔332的特征宽度330在本文中限定为具有与芯腔332相同的截面面积的圆的直径。此外,在一些实施例中,芯腔332的截面的形状沿中空结构320的长度变化,以沿其长度限定内部通路82的截面的形状的选择的对应变化。在备选实施例中,芯腔332的截面的形状沿中空结构320的长度大致恒定。

密封的芯腔332相对于环境压力下类似体积的空气具有大致降低的氧含量。密封的芯腔332中大致降低的氧含量足够在烘烤模具组件301的过程期间大致抑制内壁321的氧化,如将在本文中描述的那样。例如,在一些实施例中,密封的芯腔332填充有大致惰性气体以大致降低氧含量。在一些这样的实施例中,惰性气体为氩、氮和氦中的至少一者。例如,密封的芯腔332包含具有小于或等于大约百万分之100(ppm)的残余氧含量的惰性气体。对于另一示例,密封的芯腔332包含具有小于或等于大约百万分之50(ppm)的残余氧含量的惰性气体。

作为另一示例,密封的芯腔332排空到至少部分真空压力以大致降低氧含量。例如,密封的芯腔332包含小于或等于大约0.076托的真空压力下的空气。对于另一示例,密封的芯腔332包含小于或等于大约0.00076托的真空压力下的空气。对于另一示例,密封的芯腔332包含小于或等于大约0.000076托的真空压力下的空气。

在某些实施例中,惰性气体和至少部分真空压力两者协作以大致降低密封的芯腔332的氧含量。例如,密封的芯腔332在真空压力下(诸如上文所述的任何真空压力范围)包含其中一者:(i)惰性气体(诸如上文所述),以及(ii)惰性气体和空气的组合。

在备选实施例中,密封的芯腔332的氧含量以允许脱氧芯310如本文所述起作用的任何适合的方式降低。

在某些实施例中,构件80通过将熔化状态的构件材料78加入脱氧芯310周围的模腔304而形成,使得内壁321附近的中空结构320保持完好。构件材料78在模腔304内冷却以形成构件80,使得部分315的内壁321限定构件80内的内部通路82。

第一材料322选择成使得嵌入构件80内的中空结构320不妨碍构件80满足与构件80的期望的功能相关联的性能需要。作为一个示例,构件80是转子叶片70,且第一材料322选择成在转子叶片70的极端操作环境中与构件材料78接近时兼容。

另外,在一些实施例中,第一材料322选择成便于内壁321附近的中空结构320在熔化的构件材料78引入脱氧芯310周围的模腔304中之后保持完好。更具体而言,在一些实施例中,第一材料322选择成具有高于构件材料78的铸造温度的熔点。在备选实施例中,第一材料322选择成具有允许中空结构320如本文所述起作用的任何适合的熔点。

在某些实施例中,构件材料78是镍基超级合金和钴基超级合金中的至少一者,且熔化的构件材料78维持在大约1300℃(2372℉)至大约1700℃(3092℉)的范围内的适合的铸造温度。在一些这样的实施例中,第一材料322是带有大约1168℃(3034℉)的熔点的钛基材料。备选地,在一些这样的实施例中,第一材料322是带有大约2469℃(4476℉)的熔点的铌基材料。备选地,在一些这样的实施例中,第一材料322是带有大约3020℃(5468℉)的熔点的钽基材料。在备选实施例中,构件材料78是具有任何适合的铸造温度的任何适合的合金,且第一材料322是具有高于铸造温度的熔点的至少一种材料。因此,当熔化的构件材料78引入模具300中且在构件80的铸造期间相对于中空结构320的外壁323联接时,中空结构320接近内壁321的至少一部分贯穿铸造过程保持完好。中空结构320的至少一部分变得嵌入构件80中,使得当构件材料78冷却以形成构件80时内壁321限定内部通路82。

中空结构320的壁厚328限定在内壁321和外壁323之间。在某些实施例中,在熔化的构件材料78引入模腔304中以形成构件80期间或之后,中空结构320邻近外壁323的一部分吸收到熔化的构件材料78中。在一些实施例中,壁厚328选择得足够大,使得脱氧芯310的部分315的中空结构320的相当大的部分(即,在模腔304内延伸的部分)在熔化状态中的构件材料78引入模腔304中且冷却以形成构件80之后保持完好且嵌入构件80。例如,在一些这样的实施例中,构件80形成之后壁厚328大致不变。在备选实施例中,壁厚328选择得相对较薄,使得脱氧芯310的部分315的中空结构320的相当大的部分在模腔304内吸收到熔化的构件材料78中,且中空结构320接近内壁321的仅相对较薄的部分保持完好且嵌入构件80。

在一些实施例中,在模具组件301内使用脱氧芯310而非例如大致实心的陶瓷芯(未示出)以限定内部通路82便于在形成具有限定在其中的内部通路82的构件80中提高效率和可靠性。例如,脱氧芯310先于铸造构件80预先限定中空芯腔332,使得铸造之后不需要移除陶瓷芯以完成内部通路82的形成。此外,至少一些陶瓷芯相对易碎且因此在初始形成、运输、蜡或其它模型材料注入芯周围的型模和/或熔化的构件材料78浇注到芯周围的模腔304期间受到破碎、开裂和/或其它损坏的相对高的风险。对于具有较大长度与直径(L/d)比和/或高度非线性的至少一些陶瓷芯,这些风险增加。脱氧芯310相比于这种陶瓷芯结构强健,且相比于使用陶瓷芯在此过程期间存在低得多的损坏风险。因此,脱氧芯310便于获得与关于模具300定位陶瓷芯以限定内部通路82相关联的优点,同时减少或消除与陶瓷芯相关联的易碎性问题。例如,相比于使用陶瓷芯形成内部通路,脱氧芯310便于形成具有弯曲的和/或增加复杂性的另外非线性形状的内部通路82,且/或带有减少的时间和成本。

模具300由模具材料306形成。在示例性实施例中,模具材料306为选择成经得起与用于形成构件80的构件材料78的熔化状态相关联的高温环境的耐火陶瓷材料。在备选实施例中,模具材料306为允许构件80如本文所述形成的任何适合的材料。

在示例性实施例中,模具300由适合的熔模铸造过程形成。例如,但不作为限制,适合的模型材料(诸如蜡)注入适合的型模中以形成构件80的模型(未示出)。更具体而言,模型材料注入脱氧芯310周围的模具,使得部分315在模型内延伸。模型重复地浸入模具材料306的浆料中,其容许硬化以产生模具材料306的外壳,且外壳脱蜡以形成模具组件301。模具组件301然后烘烤,即,在适合的时间段内受到适合的升高的温度以加强模具300且/或移除模型材料的任何残余痕迹。例如,但不作为限制,模具组件301在大约870℃(1600℉)至大约1095℃(2000℉)的范围中的适合的温度烘烤大约30分钟至大约120分钟的范围中的适合的持续时间。

在一些实施例中,第一材料322受到适合的模具烘烤温度超过适合的模具烘烤持续时间大致增加第一材料322的氧化率。在一些这样的实施例中,因为中空结构320的内壁321随后限定构件80的内部通路82,第一材料沿内壁321的大致氧化将降低内部通路82关于其期望目的的性能。作为一个示例,内部通路82意在提供流体流以冷却构件80,第一材料322形成在内壁321上的氧化物将增加局部表面粗糙度,且因此穿过内部通路82的流的局部湍流干扰内部通路82的设计热传输特性。然而,如上文所述,密封的芯腔332内大致不存在氧抑制内壁321在烘烤过程期间的氧化,因此改进如随后由内壁321限定的内部通路82的完整性。在备选实施例中,模具组件301由允许模具组件301如本文所述起作用的任何适合的方法形成。

在某些实施例中,脱氧芯310相对于模具300固定,使得脱氧芯310在形成构件80的过程期间相对于模具300保持固定。例如,脱氧芯310固定,使得脱氧芯310的位置在熔化的构件材料78引入脱氧芯310周围的模腔304期间不会移位。在一些实施例中,脱氧芯310直接地联接至模具300。例如,在示例性实施例中,脱氧芯310的末梢部分312刚性地包围在模具300的末梢部分314中。另外地或备选地,脱氧芯310的根部部分316刚性地包围在与末梢部分314相对的模具300的根部部分318中。例如,但不作为限制,模具300由上文所述的熔模铸造形成,且脱氧芯310牢固地联接至适合的型模,使得末梢部分312和/或根部部分316延伸出型模,同时部分315在模具的腔内延伸。模型材料注入脱氧芯310周围的模具中,使得部分315在模型内延伸。熔模铸造引起模具300包围末梢部分312和/或根部部分316。另外地或备选地,脱氧芯310以允许脱氧芯310相对于模具300的位置在形成构件80的过程期间保持固定的任何其它适合的方式相对于模具300固定。

图5和图6分别为中空结构320在形成脱氧芯310的第一示例性过程期间的第一阶段和第二阶段的示意性截面。在示例性实施例中,芯腔332首先填充有大气压下的环境空气。惰性气体的第一清洗流510在中空结构320的第一端311处开始。例如,惰性气体为氩、氮和氦中的至少一者。在一些实施例中,第一清洗流510在大约4升/分至大约20升/分的范围内。在备选实施例中,第一清洗流510为允许脱氧芯310如本文所述形成的任何适合的流率。

维持第一清洗流510至少直到芯腔332的残余氧含量(例如由适合的传感器测量)小于或等于允许脱氧芯310如本文所述起作用的适合的阀值水平。例如,芯腔332的残余氧含量小于或等于大约100ppm。对于另一示例,芯腔332的残余氧含量小于或等于大约50ppm。

在示例性实施例中,当氧含量的阀值水平达到之后,惰性气体的第二清洗流520在中空结构320的第二端313处开始。在一些实施例中,第二清洗流520是第一清洗流510的大约25%。在备选实施例中,第二清洗流520为允许脱氧芯310如本文所述形成的任何适合的流率。

在示例性实施例中,在第二清洗流520建立之后,第一密封塞324接近第一端311联接至中空结构320。例如,但不作为限制,第一密封塞324接近第一端311焊接至中空结构320。作为另一示例,但不作为限制,第一密封塞324通过接近第一端311机械卷边中空结构320而形成。在某些实施例中,第二清洗流520有助于在形成第一密封塞324(其阻塞第一清洗流510)期间和之后将芯腔332的残余氧含量维持在小于或等于选择的阀值水平。在备选实施例中,第一密封塞324在建立第二清洗流520之前或期间接近第一端311联接至中空结构320。在其它备选实施例中,不使用第二清洗流520且第一密封塞324在允许脱氧芯310如本文所述形成的任何适合的时间联接至中空结构320。

在示例性实施例中,在第二密封塞326接近第二端313联接至中空结构320以密封芯腔332时,第二清洗流520继续。例如,但不作为限制,第二密封塞326接近第二端313焊接至中空结构320。对于另一示例,但不作为限制,第二密封塞326通过接近第二端313机械卷边中空结构320而形成。在某些实施例中,第二清洗流520的相对较低的流率有助于避免密封的芯腔332的过度加压。在示例性实施例中,虽然密封的芯腔332内的压力在烘烤模具组件301期间随温度升高,但足够的机械强度由第一密封塞324、第二密封塞326和中空结构320提供以维持中空结构320的选择的形状。在第二密封塞326联接至内壁321之后,密封的芯腔332内的惰性气体的残余氧含量小于或等于选择的阀值水平,抑制第一材料322沿内壁321的氧化,如上文所述的那样。

图7和图8分别为中空结构320在形成脱氧芯310的第二示例性过程期间的第一阶段和第二阶段的示意性截面。在示例性实施例中,芯腔332首先填充有大气压下的环境空气,且第一密封塞324接近第一端311联接至中空结构320。例如,但不作为限制,第一密封塞324接近第一端311焊接至中空结构320。带有联接至其的第一密封塞324的中空结构320然后定位在适合的真空钎焊腔340中。在备选实施例中,第一密封塞324以下文所述的第二密封塞326的类似方式在真空钎焊腔340内联接至中空结构320。

例如,真空钎焊腔340包含小于或等于大约0.076托的真空压力下的空气。对于另一示例,真空钎焊腔340包含小于或等于大约0.00076托的真空压力下的空气。对于另一示例,真空钎焊腔340包含小于或等于大约0.000076托的真空压力下的空气。备选地,在某些实施例中,真空钎焊腔340在真空压力下(诸如但不限于上文所述的任何压力范围)包含其中一者:(i)惰性气体,以及(ii)惰性气体和空气的组合。

真空钎焊腔340的选择的真空水平引起芯腔332在第二端313处开放以排空至选择的真空水平。在示例性实施例中,第二密封塞326通过在真空钎焊腔340内真空钎焊接近第二端313联接至中空结构320以密封芯腔332。例如,第二密封塞326由使用适合的钎焊膏接近第二端313联接至内壁321的材料棒形成。对于另一示例,第二密封塞326使用由钎焊粉末和超级合金粉末预烧结在一起且压缩形成的适合的预烧结预成型坯(PSP)形成。

在第二密封塞326联接至中空结构320之后,排空的密封的芯腔332内较低的氧含量随后抑制第一材料322沿内壁321的氧化,如上文所述的那样。此外,虽然密封的芯腔332内的压力在烘烤模具组件301期间随温度升高,但相对于使用如图5和图6的实施例中所述的大致环境初始压力下的惰性气体,密封的芯腔332内的至少部分真空初始压力有助于在烘烤模具组件301期间降低密封的芯腔332内的最大压力。因此,中空结构320与第一密封塞324和第二密封塞326中的每一者之间的结合的强度不需要那么强。

再次参照图3,在一些实施例中,在模具组件301受到烘烤过程之后但在模具组件301受到构件80的铸造温度之前,从脱氧芯310移除第一密封塞324。例如,但不作为限制,中空结构320的第一端311以及联接至其的第一密封塞324从根部部分316切断。在一些这样的实施例中,第一密封塞324的移除有助于避免构件80的铸造期间第一密封塞324和中空结构320之间的结合的不受控去耦。在其它实施例中,在模具组件301受到烘烤过程之后,模具组件301然后受到构件80的铸造温度,且铸造温度去耦结合(诸如第一密封塞324和中空结构320之间的焊接或钎焊结合),引起第一密封塞324从中空结构320去耦。

类似地,在某些实施例中,在模具组件301受到烘烤过程之后但在模具组件301受到构件80的铸造温度之前,从脱氧芯310移除第二密封塞326。例如,但不作为限制,中空结构320的第二端313以及联接至其的第二密封塞326从末梢部分312切断。在一些这样的实施例中,第二密封塞326的移除有助于避免构件80的铸造期间第二密封塞326和中空结构320之间的结合的不受控去耦。在其它实施例中,铸造温度去耦结合(诸如第二密封塞326和中空结构320之间焊接或钎焊的结合),引起第二密封塞326从中空结构320去耦。

图9和图10中的流程图中示出了制造用于形成具有限定在其中的内部通路(诸如内部通路82)的构件(诸如构件80)的模具组件(诸如模具组件301)的示例性方法900。还参照图1-图8,示例性方法900包括关于模具(诸如模具300)定位902脱氧芯(诸如脱氧芯310)。脱氧芯包括内壁(诸如内壁321),其在脱氧芯内至少部分地限定密封的芯腔(诸如密封的芯腔332)。脱氧芯的一部分(诸如部分315)定位在模具的腔(诸如模腔304)内,使得脱氧芯的该部分的内壁在构件在模具组件中形成时限定内部通路。方法900还包括烘烤904具有关于其定位的脱氧芯的模具,其中密封的芯腔具有大致降低的氧含量,使得内壁的氧化被抑制。

在某些实施例中,定位902脱氧芯的步骤包括定位906还包括中空结构(诸如中空结构320)的脱氧芯。中空结构从第一端延伸至第二端,诸如第一端311和第二端313。第一密封塞(诸如第一密封塞324)接近第一端联接至中空结构,且第二密封塞(诸如第二密封塞326)接近第二端联接至中空结构。在一些这样的实施例中,定位906脱氧芯的步骤包括定位908还包括由第一材料(诸如,选择成具有高于构件的铸造温度的熔点的第一材料322)形成的中空结构的脱氧芯。此外,在一些这样的实施例中,定位908脱氧芯的步骤包括定位910还包括为钛基材料、钽基材料和铌基材料中的至少一者的第一材料的脱氧芯。

另外地或备选地,定位906脱氧芯的步骤包括定位912还包括焊接至中空结构的第一密封塞和第二密封塞中的至少一者的脱氧芯。另外地或备选地,定位906脱氧芯的步骤包括定位914还包括钎焊至中空结构的第一密封塞和第二密封塞中的至少一者的脱氧芯。

在某些实施例中,定位902脱氧芯的步骤包括定位916还包括填充有大致惰性气体的密封的芯腔的脱氧芯。另外地或备选地,定位902脱氧芯的步骤包括定位918还包括排空到至少部分真空压力的密封的芯腔的脱氧芯。

在一些实施例中,烘烤904具有关于其定位的脱氧芯的模具的步骤包括使具有关于其定位的脱氧芯的模具在大约30分钟至大约120分钟的范围的持续时间内受到920大约870℃(1600℉)至大约1095℃(2000℉)的范围中的温度。

在某些实施例中,方法900还包括使模具组件受到922构件的铸造温度。铸造温度去耦中空结构与第一密封塞和第二密封塞中的至少一者之间的结合。另外地或备选地,方法900还包括在烘烤具有关于其定位的脱氧芯的模具之后从脱氧芯移除924第一密封塞。另外地或备选地,方法900还包括在烘烤具有关于其定位的脱氧芯的模具之后从脱氧芯移除926第二密封塞。

上述脱氧芯提供用于使用模具组件形成具有限定在其中的内部通路的构件的成本效益合算的方法,尤其但不限于具有非线性和/或复杂形状的内部通路,因此减少或消除了与典型陶瓷芯相关联的易碎性问题和芯移除问题。具体而言,脱氧芯包括内壁,其在形成构件时限定构件内的内部通路。由内壁限定的芯腔被密封,且密封的芯腔的氧含量在烘烤模具组件期间大致降低以抑制内壁的氧化,且因此保持内部通路的设计特性。在一些实施例中,脱氧芯的中空结构由选择成便于内壁附近的中空结构在熔化的构件材料引入脱氧芯周围的模腔中之后保持完好的第一材料形成。第一材料还选择成使得嵌入构件内的中空结构不妨碍构件满足与构件的期望的功能相关联的性能需要。

本文所述的方法、系统和设备的示例性技术效果包括其中至少一者:(a)减少或消除了与用于形成具有限定在其中的内部通路的构件的陶瓷芯的形成、处理、运输和/或储存相关联的易碎性问题;(b)减少或消除了与用于形成具有限定在其中的内部通路的构件的陶瓷芯相关联的芯移除问题;以及(c)允许了形成相比于由常规陶瓷芯铸造期间形成的通路且/或相比于铸造之后的随后过程(诸如电化学钻孔)中形成的通路更长、更薄且/或更复杂的内部通路。

上文详细描述了脱氧芯的示例性实施例。脱氧芯以及使用这种脱氧芯的方法和系统不限于本文所述的特定实施例,相反,系统的构件和/或方法的步骤可与本文所述的其它构件和/或步骤独立地且分开地使用。例如,示例性实施例可结合目前构造成在模具组件内使用芯的许多其它应用来实施和使用。

尽管本公开内容的各种实施例的特定特征可在一些图中示出且在其它图中未示出,但这仅是为了方便。根据本公开内容的原理,图的任何特征可与任何其它图的任何特征组合来参照和/或请求保护。

该书面描述使用示例来公开本发明,包括最佳模式,并且还使本领域技术人员能够实践本发明,包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本公开内容可申请专利的范围由权利要求限定,并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构要素,或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构要素,则意在使这些其它示例处于权利要求的范围内。



购买说明
       资料可在线传送,如需邮寄光盘(即将电子文档刻录到光盘里),邮费另计。
       我们也可以为您提供个性化定制,欢迎咨询,客服微信/QQ: 690542
       X专利信息网竭诚为您服务!

相关文章 您可能喜欢 最新发布 热门文章 随机文章 相关发布