CN102416464A - 制备等轴晶高温合金铸件合金/陶瓷界面反应试样的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种制备等轴晶高温合金铸件合金/陶瓷界面反应试样的方法，该方法步骤如下：采用传统熔模精密铸造工艺制备内部带有陶瓷型芯的壳型；将壳型在定向凝固真空感应炉的加热器中加热到预计发生合金/陶瓷界面反应的不同温度并保温；将高温合金锭重熔并浇注进壳型空腔再以一定速度抽拉出加热器形成带型芯的定向凝固铸件或试棒；切取不同高度的定向凝固铸件或试棒，获得合金与陶瓷在同一温度下不同反应时间的数据。本发明优点是：界面反应时间根据取样部位可以无级变化，提高试验效率；可在一个模组中同时获得不同成分陶瓷型芯的界面反应结果；界面反应情况可用显微镜直观观察到，从而确定反应产物和反应机理，指导实际等轴晶铸件的生产。
Description
技术领域
本发明是一种制备等轴晶高温合金铸件合金/陶瓷界面反应试样的方法，
属于高温合金精密铸造领域。
背景技术
燃气涡轮发动机已成为我国飞机乃至大飞机发展的重要前提和瓶颈。一直以来高温合金及其零件成型技术都被称为燃气涡轮的心脏而被用来制造燃气涡轮热端部件。作为燃气涡轮使用的许多结构铸件多采用等轴晶高温合金，有些铸件复杂且具有空心结构有时需要采用陶瓷型芯形成内腔。这就不可避免的造成高温合金重熔浇注后在凝固过程中合金熔体与陶瓷型芯在高温下发生接触界面反应，界面反应严重的会造成铸件内腔表面破坏，从而造成铸件报废。对于一些成分比较特殊的高温合金成分，合金/陶瓷界面反应更应受到关注，如高Cr和含Hf合金，往往容易发生界面反应。目前研究等轴晶高温合金/陶瓷界面反应有采用差热分析的方法，通过差热分析曲线上的拐点猜测反应发生的温度。其缺点是：第一、因无法直观观察到反应产物和反应界面情况而产生误差；第二、只能判断反应温度的影响，对反应时间无法判断。对于带有等轴晶空心铸件，还可采用浇注不同工艺参数组合的带有陶瓷型芯的等轴晶铸件或试棒然后观察界面反应情况。其缺点是：第一、只能判断反应温度的影响而很难考量反应时间的影响；第二、需要浇注多炉铸件或试棒，试验效率低。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种制备等轴晶高温合金铸件合金/陶瓷界面反应试样的方法，其目的是通过试样来确定等轴晶高温合金熔体与陶瓷界面反应的条件，用于指导铸件工艺制定和陶瓷材料的选择，本发明技术方案采用定向凝固方式可以减少试验次数，提高试验效率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种制备等轴晶高温合金铸件合金/陶瓷界面反应试样的方法，该方法采用传统熔模精密铸造工艺制备内部带有陶瓷型芯的壳型；将壳型在定向凝固真空感应炉的加热器中加热到预计发生合金/陶瓷界面反应的不同温度并保温；将高温合金锭重熔并浇注进壳型空腔再以一定速度抽拉出加热器形成带型芯的定向凝固铸件或试棒；切取不同高度的定向凝固铸件或试棒，获得合金与陶瓷在同一温度下不同反应时间的数据。其特征在于：采用定向凝固的方式研究等轴晶高温合金铸件合金/陶瓷界面反应，可以在一次试验中同时获得同一温度不同反应时间和不同成分陶瓷型芯材料的数据，具体步骤如下：
(1)壳型的制备
采用传统熔模精密铸造工艺制备内部带有1根～20根陶瓷型芯的定向凝固用壳型；
(2)壳型的加热与保温
将壳型在定向凝固真空感应炉的加热器中加热到预计发生合金/陶瓷界面反应的温度，该温度范围在700℃～1650℃，并保温≥10min；
(3)重熔与浇注
将高温合金锭重熔，壳型保温时间≥10min后，在不低于合金液相线温度下将合金液浇注进壳型空腔，浇注温度范围1300℃～1650℃；
(4)定向凝固
浇注后壳型以一定的抽拉速度抽拉出加热区，抽拉速度在1mm/min～20mm/min之间，直至壳型全部移出加热区抽拉结束；
(5)试样的切取
从成型后的铸件或试棒的底部到顶部不同高度横切面切取试样，即获得了同一温度下不同反应时间的数据。先拉出加热区的底部反应时间短，后拉出加热区的顶部反应时间长，根据抽拉速度和铸件或试棒长度可以计算反应时间，观察合金与陶瓷界面以直观地观察到反应情况。
本发明技术方案的优点是：
第一、界面反应时间根据取样部位可以无级变化，提高试验效率；
第二、可在一个模组中同时获得不同成分陶瓷型芯的界面反应结果；
第三、界面反应情况可用显微镜直观观察到，从而确定反应产物和反应机理，可用于指导实际的空心等轴晶铸件的生产。本发明的实施例证明，试验效率提高60％以上；节约试验材料，成本下降了40％以上。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
实施例1
等轴晶空心铸件材料为高Cr含量铸造镍基高温合金K4648。采用本发明技术方案的具体步骤如下：
(1)壳型的制备
采用传统熔模精密铸造工艺制备内部带有2根陶瓷型芯的定向凝固用壳型；
(2)壳型的加热与保温
将壳型在定向凝固真空感应炉的加热器中加热到预计发生合金/陶瓷界面反应的温度，温度设定在800℃，并保温10min；
(3)重熔与浇注
将高温合金锭重熔，当壳型保温时间达到10min后，在不低于合金液相线温度下将合金液浇注进壳型空腔，浇注温度为1500℃；
(4)定向凝固
浇注后壳型以一定的抽拉速度抽拉出加热区，抽拉速度为6mm/min，直至壳型全部移出加热区抽拉结束；
(5)试样的切取
从成型后的铸件或试棒的底部、顶部不同高度横切面切取试样，即获得了同一温度下不同反应时间的数据。距离先拉出的底部端面6mm处的横截面处合金与陶瓷参与反应的时间为1min，距离底部端面60mm处横截面参与反应的时间为10min，通过肉眼和电镜观察合金与陶瓷界面可直观观察反应情况。
实施例2
等轴晶空心铸件材料为高Cr含量铸造镍基高温合金K4648。采用本发明技术方案的具体步骤如下：
(1)壳型的制备：采用传统熔模精密铸造工艺制备内部带有6根陶瓷型芯的定向凝固用壳型；
(2)壳型的加热与保温：将壳型在定向凝固真空感应炉的加热器中加热到预计发生合金/陶瓷界面反应的温度，温度设定在1500℃，并保温30min：
(3)重熔与浇注
将高温合金锭重熔，当壳型保温时间达到30min后，在不低于合金液相线温度下将合金液浇注进壳型空腔，浇注温度为1500℃；
(4)定向凝固
浇注后壳型以一定的抽拉速度抽拉出加热区，抽拉速度为6mm/min，直至壳型全部移出加热区抽拉结束；
(5)试样的切取
从成型后的铸件或试棒的底部、顶部不同高度横切面切取试样，即获得了同一温度下不同反应时间的数据。距离先拉出的底部端面6mm处的横截面处合金与陶瓷参与反应的时间为1min，距离底部端面60mm处横截面参与反应的时间为10min，通过肉眼和电镜观察合金与陶瓷界面直观观察未发现明显反应发生。
实施例3
等轴晶空心铸件材料为高Cr含量铸造镍基高温合金K4648，采用本发明技术方案的具体步骤如下：
(1)壳型的制备
采用传统熔模精密铸造工艺制备内部带有6根陶瓷型芯的定向凝固用壳型；
(2)壳型的加热与保温：将壳型在定向凝固真空感应炉的加热器中加热到预计发生合金/陶瓷界面反应的温度，温度设定在1550℃，并保温30min；
(3)重熔与浇注
将高温合金锭重熔，当壳型保温时间达到30min后，在不低于合金液相线温度下将合金液浇注进壳型空腔，浇注温度为1550℃；
(4)定向凝固
浇注后壳型以一定的抽拉速度抽拉出加热区，抽拉速度为6mm/min，直至壳型全部移出加热区抽拉结束；
(5)试样的切取
从成型后的铸件或试棒的底部、顶部不同高度横切面切取试样，即获得了同一温度下不同反应时间的数据。距离先拉出的底部端面6mm处的横截面处合金与陶瓷参与反应的时间为1min，距离底部端面60mm处横截面参与反应的时间为10min，通过肉眼和电镜观察合金与陶瓷界面直观观察未发现明显反应发生。
实施例4
等轴晶空心铸件材料为高Cr含量铸造镍基高温合金K4648。采用本发明技术方案的具体步骤如下：
(1)壳型的制备
采用传统熔模精密铸造工艺制备内部带有6根陶瓷型芯的定向凝固用壳型；
(2)壳型的加热与保温
将壳型在定向凝固真空感应炉的加热器中加热到预计发生合金/陶瓷界面反应的温度，温度设定在1600℃，并保温40min；
(3)重熔与浇注
将高温合金锭重熔，当壳型保温时间达到40min后，在不低于合金液相线温度下将合金液浇注进壳型空腔，浇注温度为1600℃；
(4)定向凝固
浇注后壳型以一定的抽拉速度抽拉出加热区，抽拉速度为6mm/min，直至壳型全部移出加热区抽拉结束；
(5)试样的切取
从成型后的铸件或试棒的底部、顶部不同高度横切面切取试样，即获得了同一温度下不同反应时间的数据。距离先拉出的底部端面6mm处的横截面处合金与陶瓷参与反应的时间为1min，距离底部端面60mm处横截面参与反应的时间为10min，通过肉眼和电镜观察合金与陶瓷界面直观观察未发现明显反应发生。
实施例5
等轴晶空心铸件材料为高Cr含量铸造镍基高温合金K4648。采用本发明技术方案的具体步骤如下：
(1)壳型的制备
采用传统熔模精密铸造工艺制备内部带有6根陶瓷型芯的定向凝固用壳型；
(2)壳型的加热与保温
将壳型在定向凝固真空感应炉的加热器中加热到预计发生合金/陶瓷界面反应的温度，温度设定在1600℃，并保温40min；
(3)重熔与浇注
将高温合金锭重熔，当壳型保温时间达到40min后，在不低于合金液相线温度下将合金液浇注进壳型空腔，浇注温度为1600℃；
(4)定向凝固
浇注后壳型以一定的抽拉速度抽拉出加热区，抽拉速度为12mm/min，直至壳型全部移出加热区抽拉结束；
(5)试样的切取
从成型后的铸件或试棒的底部、顶部不同高度横切面切取试样，即获得了同一温度下不同反应时间的数据。距离先拉出的底部端面12mm处的横截面处合金与陶瓷参与反应的时间为1min，距离底部端面120mm处横截面参与反应的时间为10min，通过肉眼和电镜观察合金与陶瓷界面直观观察未发现明显反应发生。
实施例6
等轴晶空心铸件材料为高Cr含量铸造镍基高温合金K4648。采用本发明技术方案的具体步骤如下：
(1)壳型的制备
采用传统熔模精密铸造工艺制备内部带有6根陶瓷型芯的定向凝固用壳型；
(2)壳型的加热与保温
将壳型在定向凝固真空感应炉的加热器中加热到预计发生合金/陶瓷界面反应的温度，温度设定在1550℃，并保温30min；
(3)重熔与浇注：将高温合金锭重熔，当壳型保温时间达到30min后，在不低于合金液相线温度下将合金液浇注进壳型空腔，浇注温度为1550℃：
(4)定向凝固
浇注后壳型以一定的抽拉速度抽拉出加热区，抽拉速度为12mm/min，直至壳型全部移出加热区抽拉结束；
(5)试样的切取
从成型后的铸件或试棒的底部、顶部不同高度横切面切取试样，即获得了同一温度下不同反应时间的数据。距离先拉出的底部端面12mm处的横截面处合金与陶瓷参与反应的时间为1min，距离底部端面120mm处横截面参与反应的时间为10min，通过肉眼和电镜观察合金与陶瓷界面，看是否发现明显反应。
与现有技术相比，本发明技术方案的优点是：界面反应时间根据取样部位可以无级变化，提高试验效率；可在一个模组中同时获得不同成分陶瓷型芯的界面反应结果；界面反应情况可用显微镜直观观察到，从而确定反应产物和反应机理，指导实际等轴晶铸件的生产。
Claims (1)
1.一种制备等轴晶高温合金铸件合金/陶瓷界面反应试样的方法，其特征在于：该方法的步骤是：
(1)壳型的制备
采用传统熔模精密铸造工艺制备内部带有1根～20根陶瓷型芯的定向凝固用壳型；
(2)壳型的加热与保温
将壳型在定向凝固真空感应炉的加热器中加热到预计发生合金/陶瓷界面反应的温度，该温度范围在700℃～1650℃，并保温≥10min；
(3)重熔与浇注
将高温合金锭重熔，壳型保温时间≥10min后，在不低于合金液相线温度下将合金液浇注进壳型空腔，浇注温度范围1300℃～1650℃；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zheng Liang Inventor after: Yang Haiqing Inventor after: Tang Dingzhong Inventor after: Han Bo Inventor after: Gu Guohong Inventor before: Zheng Liang Inventor before: Tang Dingzhong Inventor before: Xiao Chengbo Inventor before: Han Bo Inventor before: Gu Guohong |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: ZHENG LIANG TANG DINGZHONG XIAO CHENGBO HAN BO GU GUOHONG TO: ZHENG LIANG YANG HAIQING TANG DINGZHONG HAN BO GU GUOHONG |
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 100095 box 81, Haidian District, Beijing Patentee after: AECC BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS Address before: 100095 box 81, Beijing Patentee before: AVIC BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211228 Address after: 550014 shawen ecological science and Technology Industrial Park, Baiyun District, Guiyang City, Guizhou Province Patentee after: GUIYANG HANGFA PRECISION CASTING Co.,Ltd. Address before: 100095 box 81, Haidian District, Beijing Patentee before: AECC BEIJING INSTITUTE OF AERONAUTICAL MATERIALS |