專利名稱：用于減少帶護(hù)罩的翼型件中的晶粒邊界的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體而言涉及由超合金鑄造制成的燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)件。特別地，本發(fā)明描述且實(shí)施了一種帶局部單晶粒(Single grain)結(jié)構(gòu)的渦輪輪葉(blade)護(hù)罩，和用于制造這種渦輪輪葉護(hù)罩的方法。
背景技術(shù)：
渦輪通常包括多級旋轉(zhuǎn)輪葉，也被稱作渦輪葉片(turbine bucket)，其在周向位于轉(zhuǎn)子周圍。每個(gè)渦輪葉片通常包括連接到轉(zhuǎn)子的根部、從根部在徑向延伸的翼型部(airfoil portion)、以及在渦輪葉片的外徑向端部連接到翼型部的護(hù)罩部(shroud portion)。流經(jīng)渦輪的工作流體使得渦輪葉片和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)以做功。在護(hù)罩部每一側(cè)上的支承表面允許相鄰渦輪葉片在外部徑向極端處聯(lián)鎖。渦輪葉片的這種徑向聯(lián)鎖防止渦輪葉片振動(dòng)，從而減小了在操作期間給予渦輪葉片的應(yīng)力。渦輪葉片常常由熔融金屬鑄造而成，且定向凝固的渦輪葉片鑄造通常用于改進(jìn)渦輪葉片的效率和性能超過先前用常規(guī)鑄造可實(shí)現(xiàn)的效率和性能。在定向凝固鑄造中，熔融金屬被供應(yīng)到豎直定向的渦輪葉片模具，豎直定向的渦輪葉片模具具有用于渦輪葉片的根部、翼型件和護(hù)罩部的腔。位于模具下端，例如與模具根部相鄰的冷卻板在徑向移除熱且沿著模具形成豎直溫度梯度。豎直溫度梯度促進(jìn)定向凝固晶粒垂直于冷卻板自根部、穿過翼型部且止于護(hù)罩部的生長。但是，模具形狀的角度、彎曲、凹陷和其它變化更改晶粒生長方向，導(dǎo)致隨著熔融金屬冷卻生成多個(gè)定向凝固的晶粒。多個(gè)定向凝固的晶粒在模具的豎直最高部(例如渦輪葉片的護(hù)罩部)會聚。多個(gè)定向凝固晶粒的會聚導(dǎo)致在渦輪葉片的護(hù)罩部中的多個(gè)晶粒邊界。在渦輪葉片的護(hù)罩部中的多個(gè)晶粒邊界的特征在于高界面能、相對較弱的結(jié)合以及易于斷裂的路徑。因此，護(hù)罩部可更易于過早出現(xiàn)腐蝕、蠕變、疲勞故障、開裂和其它故障機(jī)制。這可為在正常操作期間經(jīng)歷額外應(yīng)力和疲勞循環(huán)的護(hù)罩部的支承表面的特別關(guān)注的問題。因此，用于減少在渦輪葉片的護(hù)罩部中晶粒邊界的系統(tǒng)和方法可能是有用的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)在下文的描述中部分地陳述，或者可從該描述顯而易見，或者可通過實(shí)踐本發(fā)明而學(xué)習(xí)。本發(fā)明的一實(shí)施例是一種渦輪葉片。該渦輪葉片包括翼型件和在翼型件一端的護(hù)罩。護(hù)罩包括第一支承表面和第二支承表面，且第一支承表面和第二支承表面各包括單晶粒結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一實(shí)施例是用于鑄造定向凝固的渦輪葉片的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括模具， 該模具具有在第一端，限定渦輪葉片的柄部的第一部分；連接到第一部分，限定渦輪葉片的翼型件的第二部分；以及，在第二端，連接到第二部分，限定渦輪葉片的護(hù)罩的第三部分。第三部分包括第一側(cè)和第二側(cè)，且單晶選擇器連接到第三部分的第一側(cè)和第二側(cè)中的至少一
本發(fā)明的再一實(shí)施例是用于形成定向凝固的渦輪葉片的方法。該方法包括將模具豎直地定向，其中該模具包括限定渦輪葉片的柄部的第一部分；連接到第一部分，限定渦輪葉片的翼型件的第二部分；以及，連接到第二部分，限定渦輪葉片的護(hù)罩的第三部分，其中第三部分包括第一側(cè)和第二側(cè)，且其中第一部分高于第二部分且第二部分高于第三部分。 該方法還包括使熔融金屬流到模具內(nèi)且在第三部分的第一側(cè)和第二側(cè)中的至少一個(gè)中選擇性地生長大的單晶粒。通過閱讀說明書，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將更好地了解這些實(shí)施例和其它實(shí)施例的特征和方面。


在說明書的其余部分中并參考附圖向本領(lǐng)域技術(shù)人員更特定地陳述了全面并可實(shí)施的公開內(nèi)容，包括其最佳實(shí)施方式，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的渦輪葉片的側(cè)視圖；圖2是圖1所示的渦輪葉片的頂視平面圖；圖3是據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例構(gòu)造的相鄰渦輪葉片的頂視平面圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例用于鑄造定向凝固的渦輪葉片的系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種渦輪葉片(10)，包括翼型件(14)；在所述翼型件(14)的一端的護(hù)罩(16)，其中所述護(hù)罩(16)包括第一支承表面(38) 和第二支承表面(40)，且所述第一支承表面(38)和第二支承表面(40)各包括單晶粒結(jié)構(gòu) (42)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述第一支承表面(38)在渦輪葉片(10)的一個(gè)維度上延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述第一支承表面(38)包括 ζ 缺口(44)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述第一支承表面(38)與所述第二支承表面(40)相對。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的渦輪葉片(10)，其特征在于還包括在所述第一支承表面(38)與第二支承表面(40)之間延伸的擋板(30)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的渦輪葉片(10)，其特征在于還包括在所述第一支承表面(38)與第二支承表面(40)之間延伸的護(hù)罩表面(32)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述護(hù)罩表面(32)包括多個(gè)晶粒邊界(36)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7中任一項(xiàng)所述的渦輪葉片(10)，其特征在于還包括擋板(30) 和將所述擋板(30)連接到所述護(hù)罩表面(32)的倒角(34)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的渦輪葉片(10)，其特征在于，所述單晶粒結(jié)構(gòu) (42)具有至少0.5英寸的寬度。
10.一種用于形成定向凝固的渦輪葉片(10)的方法，其包括將模具(52)豎直地定向，其中所述模具(52)包括限定渦輪葉片(10)的柄部(12)的第一部分(56)；連接到第一部分(56)，限定渦輪葉片(10)的翼型件(14)的第二部分(58)； 以及，連接到所述第二部分(58)，限定渦輪葉片(10)的護(hù)罩(16)的第三部分(60)，其中所述第三部分(60)包括第一側(cè)(66)和第二側(cè)(68)，且其中所述第一部分(56)高于所述第二部分(58)，且所述第二部分(58)高于所述第三部分(60)；使熔融金屬流入到所述模具(52)內(nèi)；以及在所述第三部分(60)的第一側(cè)(66)或第二側(cè)(68)中的至少一個(gè)中選擇性地生長大的單晶粒。
全文摘要
渦輪葉片(10)包括翼型件(14)和護(hù)罩(16)。護(hù)罩(16)包括第一支承表面(38)和第二支承表面(40)，且第一支承表面(38)和第二支承表面(40)各包括單晶粒結(jié)構(gòu)(42)。用于形成渦輪葉片(10)的方法包括將模具(52)豎直地定向，其中所述模具(52)包括限定柄部(12)的第一部分(56)；連接到第一部分(56)，限定翼型件(14)的第二部分(58)；以及，連接到所述第二部分(58)，限定護(hù)罩(16)的第三部分(60)，其中第三部分(60)包括第一側(cè)(66)和第二側(cè)(68)，且其中第一部分(56)高于第二部分(58)，且第二部分(58)高于第三部分(60)。該方法還包括使熔融金屬流入到所述模具(52)內(nèi)；以及在第一側(cè)(66)或第二側(cè)(68)中的至少一個(gè)中選擇性地生長大的單晶粒。
文檔編號B22D27/04GK102220882SQ20111010191
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者A·S·佩克, S·C·科蒂林加姆, 龔華仁 申請人:通用電氣公司