CN105964991A - 能够消除铸件中雀斑的定向凝固方法 - Google Patents

能够消除铸件中雀斑的定向凝固方法 Download PDF

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Abstract

一种能够消除铸件中雀斑的定向凝固方法，通过将截面突变区域的部分模壳用导热性良好的一定形状尺寸的石墨块取代，达到消除雀斑的目的。本发明使铸件截面突变区域的温度梯度得到提高，凝固界面趋于水平，从而可能使枝晶组织得到细化，流动阻力增大，偏析熔体向局部偏聚倾向降低。因此，雀斑形成倾向就降低。本发明在截面突变铸件截面突变区域平台底部安放石墨块，提高铸件截面突变区域的温度梯度，使凝固界面趋于水平，消除了雀斑缺陷，具有应用实施简单易行、材料来源广和耗费少的特点。

Description

能够消除铸件中雀斑的定向凝固方法
技术领域
本发明属于镍基高温合金定向凝固领域，具体是一种能够消除横截面突变的叶片类铸件表面雀斑的定向凝固方法。
背景技术
由于燃气轮机涡轮叶片的尺寸和质量远大于航空发动机叶片。因此，通常使用的消除横向晶界，获得定向晶或单晶的高速凝固法(HRS法)定向凝固技术由于冷却能力不足等原因，导致雀斑等铸造缺陷的出现概率增大。雀斑缺陷一种宏观偏析，由缩松，共晶，碎断的枝晶臂等组成，降低叶片的高温力学性能。
目前普遍认为雀斑的形成跟热质对流有关。在竖直向上的Bridgman法定向凝固中，一次枝晶生长方向与热流方向相反。像W、Re等重元素倾向于偏析于枝晶干，而像Ti，Al这种轻元素倾向于偏析于枝晶间。这样，就使得下部糊状区中液相密度小于上部枝晶尖端前沿附近的液相密度，从而糊状区中低密度的液相向上流动。同时上部液相向下流动来补充向上的流动。向上的流动通过重熔或蠕变来折断枝晶臂，而向下的补充流促进枝晶生长，这样就在向上的流动路径上形成熔质通道。该熔质通道最后凝固，成为雀斑。
工艺参数(如温度梯度)及凝固界面的形状影响雀斑的形成倾向。当温度梯度增大时，一次枝晶臂间距减小，增大对流流动阻力，降低雀斑形成倾向。当凝固界面呈下凹形状时，熔体倾向于向铸件表面流动，使雀斑出现在铸件表面，并且凝固界面的倾斜程度越大，熔体越倾向于向铸件表面流动，最终雀斑形成的概率也增加。
现有的向下定向凝固技术(Downward Directional Solidification Process)方法，通过消除密度反转来抑制热质对流达到消除雀斑的效果，但是该方法需要对设备做出大的改变，成本高。液态金属冷却法(LMC法)，通过提高冷却速率来细化枝晶组织，增大热质对流流动阻力，从而降低雀斑的形成倾向，但是该方法除了需要对设备进行改造外，使用的冷却介质可能污染铸件，增大成本。自发定向凝固(Autonomous DirectionalSolidification)技术，将合金过冷到某一程度，通过缩短凝固时间迫使热质对流来不及形成来达到抑制雀斑的目的，但是该技术对温度控制要求高，并且需要在模壳内表面加抑制形核的涂层，操作复杂，难度大。对于燃气轮机涡轮叶片这类截面突变的铸件，雀斑通常出现在叶片上截面突变区域。因此，增大截面突变区域的温度梯度，降低凝固界面的倾斜程度，从而减弱热质对流来降低定向凝固过程中雀斑形成倾向尤为重要，并且采取的方法成本还要低。
发明内容
为解决由于现有截面突变铸件定向凝固过程中截面突变区域的温度梯度过低及凝固界面下凹而导致雀斑出现的问题，本发明提出了一种能够消除铸件中雀斑的定向凝固方法。
本发明的具体步骤如下：
步骤1，确定截面突变铸件定向凝固过程中的温度梯度分布及凝固界面形状。利用ProCAST软件对截面突变铸件的定向凝固过程按常规方法进行数值模拟，并进行后处理，得到截面突变铸件定向凝固过程中的温度梯度分布及凝固界面形状。
步骤2，确定石墨块的形状、尺寸及安放位置。根据改善截面突变区域冷却条件的原则事先设定一长方体状的石墨块，并将该石墨块放置在截面突变铸件截面突变区域平台底部。利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨的形状尺寸及安放位置就是最终的结果。若得到的温度梯度小于安放石墨块前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置，再次利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状再次与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块的形状尺寸及安放位置就是最终的结果；若得到的温度梯度小于安放石墨块前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需继续根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置。如此反复，直至使得到的温度梯度大于安放石墨块前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直。最终得到石墨块的形状、尺寸及安放位置。
步骤3，石墨块的加工制作；
步骤4，模壳的制作；
步骤5，将石墨块固定到模壳上；具体过程：
第一步，模壳的处理。将拟放置石墨块部位的模壳去除掉，使所述石墨块能够嵌装入该模壳中。
第二步，石墨块的预处理。在石墨块与截面突变铸件接触的部位涂抹厚度为0.5mm的保护层并干燥处理。
所述石墨块预处理中的保护层由硅溶胶与制作模壳用陶瓷颗粒按质量比1：2.5的比例混合而成。所述的干燥处理是将该模壳置于普通的电阻炉内，在80±5℃下保温30min。
第三步，石墨块的固定。将经过预处理的石墨块用制作模壳用陶瓷浆料固定在模壳。将模壳与石墨块一并放入电阻炉内，在80±5℃下保温30min进行干燥处理，得到固定有石墨块的模壳。
步骤6，合金液的浇注。将镍基高温合金放入定向凝固炉内的熔炼坩埚中，抽真空至6×10-3Pa并充入氩气保护，对所述的镍基高温合金进行加热熔化。同时将固定有石墨块的模壳加热到1550～1700℃进行保温。将合金熔化并升温到1600～1750℃后，浇入到所述固定有石墨块的模壳中，完成合金液的浇注。
步骤7，铸件的定向凝固。将熔化的镍基高温合金浇注到模壳在1550～1700℃下保温15～25min后，以20～70μm/s的抽拉速率使盛满合金液的模壳向下移动，完成定向凝固，获得铸件。
本发明适用于CMSX-4或CMSX-10或CM247LC或DZ125或DZ411或DD6或DD9或DD98或DD10或PWA1484或ReneN5或Rene N6镍基高温合金。
本发明通过将截面突变区域的部分模壳用导热性良好的一定形状尺寸的石墨块取代，使局部传热速率加大，温度梯度加大，也使凝固界面变平，达到消除雀斑的目的。图2a与图3a未应用本发明前铸件截面突变区域的温度梯度分布，图2b与图3b为应用本发明后铸件截面突变区域的温度梯度分布。图4a与图5a为应用本发明前铸件截面突变区域的凝固界面形状，图4b与图5b为应用本发明后铸件截面突变区域的凝固界面形状。可见，应用本发明后，使铸件截面突变区域的温度梯度得到提高，从而可使枝晶组织得到细化，流动阻力增大，而凝固界面趋于水平的结果，使偏析熔体向局部偏聚倾向降低，从而减弱热质对流，因此，雀斑形成倾向就降低。
将应用本发明前得到的图6a与图7a所示的铸件与应用本发明后得到的图6b与图7b所示的铸件进行对比，发现应用本发明后得到的铸件上不再出现雀斑。说明本发明是有效的，可以消除截面突变铸件定向凝固中的雀斑缺陷。
本发明的有益效果是：在截面突变铸件截面突变区域平台底部安放石墨块，提高铸件截面突变区域的温度梯度，使凝固界面趋于水平，消除了雀斑缺陷，具有应用实施简单易行、材料来源广和耗费少的特点。
附图说明
图1是实施例中所用石墨块在定向凝固中的位置示意图；图中的A区域是铸件在凝固过程中截面突变区域。
图2是应用本发明前后，实施例一中铸件截面突变区域的温度梯度分布，图2a是应用前，图2b是应用后；图中浅颜色区域的温度梯度大于深颜色的；
图3是应用本发明前后，实施例二中铸件截面突变区域的温度梯度分布，图3a是应用前，图3b是应用后；图中浅颜色区域的温度梯度大于深颜色的；
图4是是应用本发明前后，实施例一中铸件截面突变区域的凝固界面形状，图4a是应用前，图4b是应用后，图中箭头所示为凝固界面；
图5应用本发明前后，实施例二中铸件截面突变区域的凝固界面形状，图5a是应用前，图5b是应用后，图中箭头所示为凝固界面；
图6是应用本发明前后，实施例一得到的铸件，图6a是应用前，图6b是应用后，图中箭头所示为雀斑；
图7是应用本发明前后，实施例二得到的铸件，图7a是应用前，图7b是应用后，图中箭头所示为雀斑；
图8是石墨块的三维示意图；
图9是固定有石墨块的模壳示意图；
图10是本发明的流程图。图中：
1.截面突变的铸件；2.模壳；3.石墨块。
具体实施方式
本发明适用于CMSX-4或CMSX-10或CM247LC或DZ125或DZ411或DD6或DD9或DD98或DD10或PWA1484或ReneN5或Rene N6镍基高温合金镍基高温合金，通过十二个实施例来具体说明本发明的实施过程。
所述十二个实施例的区别在于所使用的铸件高度、使用材料、保温温度、浇注温度、保温时间、抽拉速率不同。
实施例一
本实施例是应用于一横截面突变的铸件1的定向凝固过程，如图1所示。所述横截面突变的铸件小截面的尺寸为4mm×20mm×100mm，铸件大截面的尺寸为40mm×20mm×25mm，材料为CMSX-4高温合金；具体步骤如下：
步骤1，确定铸件定向凝固过程中的温度梯度分布及凝固界面形状。利用ProCAST软件对铸件1的定向凝固过程按常规方法进行数值模拟，并进行后处理，得到图1中A所示的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状，分别如图2a与图4a所示。
步骤2，确定石墨块的形状、尺寸及安放位置。根据改善截面突变区域冷却条件的原则事先设定一长方体状的石墨块3，并将该石墨块放置在铸件1截面突变区域平台底部。利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果。若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置，再次利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状再次与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果；若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需继续根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置。如此反复，直至使得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直。最终确定的石墨块3形状如图8所示，安放位置如图1所示；此时模拟得到的温度梯度分布如图2b所示，凝固界面形状如图4b所示。
步骤3，石墨块的加工制作；根据步骤2确定的形状尺寸制作石墨块3。
步骤4，模壳的制作；采用标准的熔模铸造用模壳制作工艺制作所需模壳2。
步骤5，将石墨块固定到模壳上；具体过程：
第一步，模壳的处理。将模壳2上步骤2中确定的安放石墨块3位置处的模壳去除掉，使所述石墨块3能够装入该模壳中。
第二步，石墨块的预处理。为防止合金液与石墨接触，污染合金，在石墨块3与铸件1接触的部位涂抹厚度为0.5mm的保护层并干燥处理。所述的保护层由硅溶胶与制作模壳用陶瓷颗粒按质量比1：2.5的比例混合而成。所述的干燥处理是将该模壳置于普通的电阻炉内，在80±5℃下保温30min。
第三步，石墨块的固定。将经过预处理的石墨块用制作模壳2用陶瓷浆料固定在模壳2上由步骤2中确定的位置。将模壳2与石墨块3一并放入电阻炉内，在80±5℃下保温30min进行干燥处理，得到固定有石墨块的模壳，如图9所示。
步骤6，合金液的浇注。将CMSX-4高温合金放入定向凝固炉内的熔炼坩埚中，抽真空至6×10-3Pa并充入氩气保护，对所述的CMSX-4高温合金进行加热熔化。同时将固定有石墨块的模壳加热到1700℃进行保温。将合金熔化并升温到1750℃后，浇入到所述固定有石墨块的模壳中，完成合金液的浇注。
步骤7，铸件的定向凝固。将熔化的CMSX-4高温合金浇注到模壳在1700℃下保温15min后，以20μm/s的抽拉速率使盛满合金液的模壳向下移动，完成定向凝固，获得铸件。
将应用本发明得到的铸件与未应用本发明得到的铸件进行对比。图6为应用本发明前与应用本发明后得到的铸件1截面突变区域A宏观组织对比。其中，图6a为应用本发明前的情况；图6b为应用本发明后的情况。表1为应用本发明前与应用本发明后结果对比。应用本发明前，铸件1表面雀斑数量为23条，总长度为198mm；应用本发明后，铸件1表面没有雀斑。可见，本发明是有效的，可改善截面突变铸件上截面突变区域的冷却条件，提高温度梯度，使凝固界面趋于水平，起到消除定向凝固铸件中雀斑缺陷的作用。
表1应用本发明前后结果对比
条件 雀斑总数量 条 雀斑总长度 mm
应用前 23 198
应用后 0 0
实施例二
本实施例是应用于一横截面突变的铸件1的定向凝固，如图1所示。所述横截面突变的铸件小截面的尺寸为4mm×20mm×100mm，铸件大截面的尺寸为40mm×20mm×50mm，材料为DZ411高温合金；具体步骤如下：
步骤1，确定铸件定向凝固过程中的温度梯度分布及凝固界面形状。利用ProCAST软件对铸件1的定向凝固过程按常规方法进行数值模拟，并进行后处理，得到图1中A所示的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状，分别如图3a与图5a所示。
步骤2，确定石墨块的形状、尺寸及安放位置。根据改善截面突变区域冷却条件的原则事先设定一长方体状的石墨块3，并将该石墨块放置在铸件1截面突变区域平台底部，利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比。若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果；若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，则根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置，再次利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状；将得到的新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果；若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需继续根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置。如此反复，直至使得到的温度梯度大于安放石墨块3前的，并且使凝固界面形状更加平直。最终确定的石墨块3形状如图8所示，安放位置如图1所示；此时模拟得到的温度梯度分布如图3b所示，凝固界面形状如图5b所示。
步骤3，石墨块的加工制作；根据步骤2确定的形状尺寸制作石墨块3。
步骤4，模壳的制作；采用标准的熔模铸造用模壳制作工艺制作所需模壳2。
步骤5，将石墨块固定到模壳上；具体过程：
第一步，模壳的处理。将模壳2上步骤2中确定的安放石墨块3位置处的模壳去除掉，使所述石墨块3能够装入该模壳中。
第二步，石墨块的预处理。为防止合金液与石墨接触，污染合金，在石墨块3上与铸件1接触部位涂抹保护层并干燥处理。所述的保护层由硅溶胶与制作模壳用陶瓷颗粒按质量比1：2.5的比例混合而成；所述的保护层的厚度为0.5mm。所述的干燥处理是将该模壳置于普通的电阻炉内，在80±5℃下保温30min。
第三步，石墨块的固定。将经过预处理的石墨块用制作模壳2用陶瓷浆料固定在模壳2上由步骤2中确定的位置。将模壳2与石墨块3一并放入电阻炉内，在80±5℃下保温30min进行干燥处理，得到固定有石墨块的模壳，如图9所示。
步骤6，合金液的浇注。将DZ411高温合金放入定向凝固炉内的熔炼坩埚中，抽真空至6×10-3Pa并充入氩气保护，对所述的DZ411高温合金进行加热熔化。同时将固定有石墨块的模壳加热到1550℃进行保温。将合金熔化并升温到1600℃后，浇入到所述固定有石墨块的模壳中，完成合金液的浇注。
步骤7，铸件的定向凝固。将熔化的DZ411高温合金浇注到模壳在1550℃下保温20min后，以30μm/s的抽拉速率使盛满合金液的模壳向下移动，完成定向凝固，获得铸件。
将应用本发明得到的铸件与未应用本发明得到的铸件进行对比。图7为应用本发明前与应用本发明后得到的铸件1截面突变区域A宏观组织对比。其中，图7a为应用本发明前的情况；图7b为应用本发明后的情况。表2为应用本发明前与应用本发明后结果对比。应用本发明前，铸件1表面雀斑数量为11条，总长度为108mm；应用本发明后，铸件1表面没有雀斑。可见，本发明是有效的，可改善截面突变铸件上截面突变区域的冷却条件，提高温度梯度，使凝固界面趋于水平，起到消除定向凝固铸件中雀斑缺陷的作用。
表2应用本发明前后结果对比
条件 雀斑总数量 条 雀斑总长度 mm
应用前 11 108
应用后 0 0
实施例三
本实施例是应用于一横截面突变的铸件1的定向凝固过程，如图1所示。所述横截面突变的铸件小截面的尺寸为4mm×20mm×100mm，铸件大截面的尺寸为40mm×20mm×25mm，材料为DZ125高温合金；具体步骤如下：
步骤1，确定铸件定向凝固过程中的温度梯度分布及凝固界面形状。利用ProCAST软件对铸件1的定向凝固过程按常规方法进行数值模拟，并进行后处理，得到图1中A所示的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。
步骤2，确定石墨块的形状、尺寸及安放位置。根据改善截面突变区域冷却条件的原则事先设定一长方体状的石墨块3，并将该石墨块放置在铸件1截面突变区域平台底部。利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果。若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置，再次利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状再次与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果；若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需继续根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置。如此反复，直至使得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直。最终确定的石墨块3形状如图8所示，安放位置如图1所示。
步骤3，石墨块的加工制作；根据步骤2确定的形状尺寸制作石墨块3。
步骤4，模壳的制作；采用标准的熔模铸造用模壳制作工艺制作所需模壳2。
步骤5，将石墨块固定到模壳上；具体过程：
第一步，模壳的处理。将模壳2上步骤2中确定的安放石墨块3位置处的模壳去除掉，使所述石墨块3能够装入该模壳中。
第二步，石墨块的预处理。为防止合金液与石墨接触，污染合金，在石墨块3与铸件1接触的部位涂抹厚度为0.5mm的保护层并干燥处理。所述的保护层由硅溶胶与制作模壳用陶瓷颗粒按质量比1：2.5的比例混合而成。所述的干燥处理是将该模壳置于普通的电阻炉内，在80±5℃下保温30min。
第三步，石墨块的固定。将经过预处理的石墨块用制作模壳2用陶瓷浆料固定在模壳2上由步骤2中确定的位置。将模壳2与石墨块3一并放入电阻炉内，在80±5℃下保温30min进行干燥处理，得到固定有石墨块的模壳，如图9所示。
步骤6，合金液的浇注。将DZ125高温合金放入定向凝固炉内的熔炼坩埚中，抽真空至6×10-3Pa并充入氩气保护，对所述的DZ125高温合金进行加热熔化。同时将固定有石墨块的模壳加热到1600℃进行保温。将合金熔化并升温到1650℃后，浇入到所述固定有石墨块的模壳中，完成合金液的浇注。
步骤7，铸件的定向凝固。将熔化的DZ125高温合金浇注到模壳在1600℃下保温25min后，以40μm/s的抽拉速率使盛满合金液的模壳向下移动，完成定向凝固，获得铸件。
将应用本发明得到的铸件与未应用本发明得到的铸件进行对比。表3为应用本发明前与应用本发明后结果对比。应用本发明前，铸件1表面雀斑数量为9条，总长度为98mm；应用本发明后，铸件1表面没有雀斑。本发明是有效的，可改善截面突变铸件上截面突变区域的冷却条件，提高温度梯度，使凝固界面趋于水平，起到消除定向凝固铸件中雀斑缺陷的作用。
表3应用本发明前后结果对比
条件 雀斑总数量 条 雀斑总长度 mm
应用前 9 98
应用后 0 0
实施例四
本实施例是应用于一横截面突变的铸件1的定向凝固过程，如图1所示。所述横截面突变的铸件小截面的尺寸为4mm×20mm×100mm，铸件大截面的尺寸为40mm×20mm×25mm，材料为CMSX-10高温合金；具体步骤如下：
步骤1，确定铸件定向凝固过程中的温度梯度分布及凝固界面形状。利用ProCAST软件对铸件1的定向凝固过程按常规方法进行数值模拟，并进行后处理，得到图1中A所示的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。
步骤2，确定石墨块的形状、尺寸及安放位置。根据改善截面突变区域冷却条件的原则事先设定一长方体状的石墨块3，并将该石墨块放置在铸件1截面突变区域平台底部。利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果。若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置，再次利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状再次与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果；若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需继续根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置。如此反复，直至使得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直。最终确定的石墨块3形状如图8所示，安放位置如图1所示。
步骤3，石墨块的加工制作；根据步骤2确定的形状尺寸制作石墨块3。
步骤4，模壳的制作；采用标准的熔模铸造用模壳制作工艺制作所需模壳2。
步骤5，将石墨块固定到模壳上；具体过程：
第一步，模壳的处理。将模壳2上步骤2中确定的安放石墨块3位置处的模壳去除掉，使所述石墨块3能够装入该模壳中。
第二步，石墨块的预处理。为防止合金液与石墨接触，污染合金，在石墨块3与铸件1接触的部位涂抹厚度为0.5mm的保护层并干燥处理。所述的保护层由硅溶胶与制作模壳用陶瓷颗粒按质量比1：2.5的比例混合而成。所述的干燥处理是将该模壳置于普通的电阻炉内，在80±5℃下保温30min。
第三步，石墨块的固定。将经过预处理的石墨块用制作模壳2用陶瓷浆料固定在模壳2上由步骤2中确定的位置。将模壳2与石墨块3一并放入电阻炉内，在80±5℃下保温30min进行干燥处理，得到固定有石墨块的模壳，如图9所示。
步骤6，合金液的浇注。将CMSX-10高温合金放入定向凝固炉内的熔炼坩埚中，抽真空至6×10-3Pa并充入氩气保护，对所述的CMSX-10高温合金进行加热熔化。同时将固定有石墨块的模壳加热到1600℃进行保温。将合金熔化并升温到1650℃后，浇入到所述固定有石墨块的模壳中，完成合金液的浇注。
步骤7，铸件的定向凝固。将熔化的CMSX-10高温合金浇注到模壳在1600℃下保温25min后，以70μm/s的抽拉速率使盛满合金液的模壳向下移动，完成定向凝固，获得铸件。
将应用本发明得到的铸件与未应用本发明得到的铸件进行对比。表4为应用本发明前与应用本发明后结果对比。应用本发明前，铸件1表面雀斑数量为13条，总长度为112mm；应用本发明后，铸件1表面没有雀斑。本发明是有效的，可改善截面突变铸件上截面突变区域的冷却条件，提高温度梯度，使凝固界面趋于水平，起到消除定向凝固铸件中雀斑缺陷的作用。
表4应用本发明前后结果对比
条件 雀斑总数量 条 雀斑总长度 mm
应用前 13 112
应用后 0 0
实施例五
本实施例是应用于一横截面突变的铸件1的定向凝固过程，如图1所示。所述横截面突变的铸件小截面的尺寸为4mm×20mm×100mm，铸件大截面的尺寸为40mm×20mm×25mm，材料为CM247LC高温合金；具体步骤如下：
步骤1，确定铸件定向凝固过程中的温度梯度分布及凝固界面形状。利用ProCAST软件对铸件1的定向凝固过程按常规方法进行数值模拟，并进行后处理，得到图1中A所示的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。
步骤2，确定石墨块的形状、尺寸及安放位置。根据改善截面突变区域冷却条件的原则事先设定一长方体状的石墨块3，并将该石墨块放置在铸件1截面突变区域平台底部。利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果。若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置，再次利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状再次与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果；若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需继续根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置。如此反复，直至使得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直。最终确定的石墨块3形状如图8所示，安放位置如图1所示。
步骤3，石墨块的加工制作；根据步骤2确定的形状尺寸制作石墨块3。
步骤4，模壳的制作；采用标准的熔模铸造用模壳制作工艺制作所需模壳2。
步骤5，将石墨块固定到模壳上；具体过程：
第一步，模壳的处理。将模壳2上步骤2中确定的安放石墨块3位置处的模壳去除掉，使所述石墨块3能够装入该模壳中。
第二步，石墨块的预处理。为防止合金液与石墨接触，污染合金，在石墨块3与铸件1接触的部位涂抹厚度为0.5mm的保护层并干燥处理。所述的保护层由硅溶胶与制作模壳用陶瓷颗粒按质量比1：2.5的比例混合而成。所述的干燥处理是将该模壳置于普通的电阻炉内，在80±5℃下保温30min。
第三步，石墨块的固定。将经过预处理的石墨块用制作模壳2用陶瓷浆料固定在模壳2上由步骤2中确定的位置。将模壳2与石墨块3一并放入电阻炉内，在80±5℃下保温30min进行干燥处理，得到固定有石墨块的模壳，如图9所示。
步骤6，合金液的浇注。将CM247LC高温合金放入定向凝固炉内的熔炼坩埚中，抽真空至6×10-3Pa并充入氩气保护，对所述的CM247LC高温合金进行加热熔化。同时将固定有石墨块的模壳加热到1600℃进行保温。将合金熔化并升温到1650℃后，浇入到所述固定有石墨块的模壳中，完成合金液的浇注。
步骤7，铸件的定向凝固。将熔化的CM247LC高温合金浇注到模壳在1600℃下保温25min后，以40μm/s的抽拉速率使盛满合金液的模壳向下移动，完成定向凝固，获得铸件。
将应用本发明得到的铸件与未应用本发明得到的铸件进行对比。表5为应用本发明前与应用本发明后结果对比。应用本发明前，铸件1表面雀斑数量为15条，总长度为132mm；应用本发明后，铸件1表面没有雀斑。本发明是有效的，可改善截面突变铸件上截面突变区域的冷却条件，提高温度梯度，使凝固界面趋于水平，起到消除定向凝固铸件中雀斑缺陷的作用。
表5应用本发明前后结果对比
实施例六
本实施例是应用于一横截面突变的铸件1的定向凝固过程，如图1所示。所述横截面突变的铸件小截面的尺寸为4mm×20mm×100mm，铸件大截面的尺寸为40mm×20mm×25mm，材料为DD6高温合金；具体步骤如下：
步骤1，确定铸件定向凝固过程中的温度梯度分布及凝固界面形状。利用ProCAST软件对铸件1的定向凝固过程按常规方法进行数值模拟，并进行后处理，得到图1中A所示的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。
步骤2，确定石墨块的形状、尺寸及安放位置。根据改善截面突变区域冷却条件的原则事先设定一长方体状的石墨块3，并将该石墨块放置在铸件1截面突变区域平台底部。利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果。若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置，再次利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状再次与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果；若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需继续根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置。如此反复，直至使得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直。最终确定的石墨块3形状如图8所示，安放位置如图1所示。
步骤3，石墨块的加工制作；根据步骤2确定的形状尺寸制作石墨块3。
步骤4，模壳的制作；采用标准的熔模铸造用模壳制作工艺制作所需模壳2。
步骤5，将石墨块固定到模壳上；具体过程：
第一步，模壳的处理。将模壳2上步骤2中确定的安放石墨块3位置处的模壳去除掉，使所述石墨块3能够装入该模壳中。
第二步，石墨块的预处理。为防止合金液与石墨接触，污染合金，在石墨块3与铸件1接触的部位涂抹厚度为0.5mm的保护层并干燥处理。所述的保护层由硅溶胶与制作模壳用陶瓷颗粒按质量比1：2.5的比例混合而成。所述的干燥处理是将该模壳置于普通的电阻炉内，在80±5℃下保温30min。
第三步，石墨块的固定。将经过预处理的石墨块用制作模壳2用陶瓷浆料固定在模壳2上由步骤2中确定的位置。将模壳2与石墨块3一并放入电阻炉内，在80±5℃下保温30min进行干燥处理，得到固定有石墨块的模壳，如图9所示。
步骤6，合金液的浇注。将DD6高温合金放入定向凝固炉内的熔炼坩埚中，抽真空至6×10-3Pa并充入氩气保护，对所述的DD6高温合金进行加热熔化。同时将固定有石墨块的模壳加热到1600℃进行保温。将合金熔化并升温到1650℃后，浇入到所述固定有石墨块的模壳中，完成合金液的浇注。
步骤7，铸件的定向凝固。将熔化的DD6高温合金浇注到模壳在1600℃下保温25min后，以40μm/s的抽拉速率使盛满合金液的模壳向下移动，完成定向凝固，获得铸件。
将应用本发明得到的铸件与未应用本发明得到的铸件进行对比。表6为应用本发明前与应用本发明后结果对比。应用本发明前，铸件1表面雀斑数量为15条，总长度为143mm；应用本发明后，铸件1表面没有雀斑。本发明是有效的，可改善截面突变铸件上截面突变区域的冷却条件，提高温度梯度，使凝固界面趋于水平，起到消除定向凝固铸件中雀斑缺陷的作用。
表6应用本发明前后结果对比
实施例七
本实施例是应用于一横截面突变的铸件1的定向凝固过程，如图1所示。所述横截面突变的铸件小截面的尺寸为4mm×20mm×100mm，铸件大截面的尺寸为40mm×20mm×25mm，材料为DD9高温合金；具体步骤如下：
步骤1，确定铸件定向凝固过程中的温度梯度分布及凝固界面形状。利用ProCAST软件对铸件1的定向凝固过程按常规方法进行数值模拟，并进行后处理，得到图1中A所示的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。
步骤2，确定石墨块的形状、尺寸及安放位置。根据改善截面突变区域冷却条件的原则事先设定一长方体状的石墨块3，并将该石墨块放置在铸件1截面突变区域平台底部。利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果。若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置，再次利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状再次与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果；若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需继续根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置。如此反复，直至使得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直。最终确定的石墨块3形状如图8所示，安放位置如图1所示。
步骤3，石墨块的加工制作；根据步骤2确定的形状尺寸制作石墨块3。
步骤4，模壳的制作；采用标准的熔模铸造用模壳制作工艺制作所需模壳2。
步骤5，将石墨块固定到模壳上；具体过程：
第一步，模壳的处理。将模壳2上步骤2中确定的安放石墨块3位置处的模壳去除掉，使所述石墨块3能够装入该模壳中。
第二步，石墨块的预处理。为防止合金液与石墨接触，污染合金，在石墨块3与铸件1接触的部位涂抹厚度为0.5mm的保护层并干燥处理。所述的保护层由硅溶胶与制作模壳用陶瓷颗粒按质量比1：2.5的比例混合而成。所述的干燥处理是将该模壳置于普通的电阻炉内，在80±5℃下保温30min。
第三步，石墨块的固定。将经过预处理的石墨块用制作模壳2用陶瓷浆料固定在模壳2上由步骤2中确定的位置。将模壳2与石墨块3一并放入电阻炉内，在80±5℃下保温30min进行干燥处理，得到固定有石墨块的模壳，如图9所示。
步骤6，合金液的浇注。将DD9高温合金放入定向凝固炉内的熔炼坩埚中，抽真空至6×10-3Pa并充入氩气保护，对所述的DD9高温合金进行加热熔化。同时将固定有石墨块的模壳加热到1600℃进行保温。将合金熔化并升温到1650℃后，浇入到所述固定有石墨块的模壳中，完成合金液的浇注。
步骤7，铸件的定向凝固。将熔化的DD9高温合金浇注到模壳在1600℃下保温20min后，以30μm/s的抽拉速率使盛满合金液的模壳向下移动，完成定向凝固，获得铸件。
将应用本发明得到的铸件与未应用本发明得到的铸件进行对比。表7为应用本发明前与应用本发明后结果对比。应用本发明前，铸件1表面雀斑数量为20条，总长度为197mm；应用本发明后，铸件1表面没有雀斑。本发明是有效的，可改善截面突变铸件上截面突变区域的冷却条件，提高温度梯度，使凝固界面趋于水平，起到消除定向凝固铸件中雀斑缺陷的作用。
表7应用本发明前后结果对比
条件 雀斑总数量 条 雀斑总长度 mm
应用前 20 197
应用后 0 0
实施例八
本实施例是应用于一横截面突变的铸件1的定向凝固过程，如图1所示。所述横截面突变的铸件小截面的尺寸为4mm×20mm×100mm，铸件大截面的尺寸为40mm×20mm×25mm，材料为DD98高温合金；具体步骤如下：
步骤1，确定铸件定向凝固过程中的温度梯度分布及凝固界面形状。利用ProCAST软件对铸件1的定向凝固过程按常规方法进行数值模拟，并进行后处理，得到图1中A所示的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。
步骤2，确定石墨块的形状、尺寸及安放位置。根据改善截面突变区域冷却条件的原则事先设定一长方体状的石墨块3，并将该石墨块放置在铸件1截面突变区域平台底部。利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果。若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置，再次利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状再次与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果；若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需继续根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置。如此反复，直至使得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直。最终确定的石墨块3形状如图8所示，安放位置如图1所示。
步骤3，石墨块的加工制作；根据步骤2确定的形状尺寸制作石墨块3。
步骤4，模壳的制作；采用标准的熔模铸造用模壳制作工艺制作所需模壳2。
步骤5，将石墨块固定到模壳上；具体过程：
第一步，模壳的处理。将模壳2上步骤2中确定的安放石墨块3位置处的模壳去除掉，使所述石墨块3能够装入该模壳中。
第二步，石墨块的预处理。为防止合金液与石墨接触，污染合金，在石墨块3与铸件1接触的部位涂抹厚度为0.5mm的保护层并干燥处理。所述的保护层由硅溶胶与制作模壳用陶瓷颗粒按质量比1：2.5的比例混合而成。所述的干燥处理是将该模壳置于普通的电阻炉内，在80±5℃下保温30min。
第三步，石墨块的固定。将经过预处理的石墨块用制作模壳2用陶瓷浆料固定在模壳2上由步骤2中确定的位置。将模壳2与石墨块3一并放入电阻炉内，在80±5℃下保温30min进行干燥处理，得到固定有石墨块的模壳，如图9所示。
步骤6，合金液的浇注。将DD98高温合金放入定向凝固炉内的熔炼坩埚中，抽真空至6×10-3Pa并充入氩气保护，对所述的DD98高温合金进行加热熔化。同时将固定有石墨块的模壳加热到1600℃进行保温。将合金熔化并升温到1650℃后，浇入到所述固定有石墨块的模壳中，完成合金液的浇注。
步骤7，铸件的定向凝固。将熔化的DD98高温合金浇注到模壳在1600℃下保温15min后，以25μm/s的抽拉速率使盛满合金液的模壳向下移动，完成定向凝固，获得铸件。
将应用本发明得到的铸件与未应用本发明得到的铸件进行对比。表8为应用本发明前与应用本发明后结果对比。应用本发明前，铸件1表面雀斑数量为26条，总长度为203mm；应用本发明后，铸件1表面没有雀斑。本发明是有效的，可改善截面突变铸件上截面突变区域的冷却条件，提高温度梯度，使凝固界面趋于水平，起到消除定向凝固铸件中雀斑缺陷的作用。
表8应用本发明前后结果对比
条件 雀斑总数量 条 雀斑总长度 mm
应用前 26 203
应用后 0 0
实施例九
本实施例是应用于一横截面突变的铸件1的定向凝固过程，如图1所示。所述横截面突变的铸件小截面的尺寸为4mm×20mm×100mm，铸件大截面的尺寸为40mm×20mm×25mm，材料为DD10高温合金；具体步骤如下：
步骤1，确定铸件定向凝固过程中的温度梯度分布及凝固界面形状。利用ProCAST软件对铸件1的定向凝固过程按常规方法进行数值模拟，并进行后处理，得到图1中A所示的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。
步骤2，确定石墨块的形状、尺寸及安放位置。根据改善截面突变区域冷却条件的原则事先设定一长方体状的石墨块3，并将该石墨块放置在铸件1截面突变区域平台底部。利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果。若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置，再次利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状再次与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果；若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需继续根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置。如此反复，直至使得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直。最终确定的石墨块3形状如图8所示，安放位置如图1所示。
步骤3，石墨块的加工制作；根据步骤2确定的形状尺寸制作石墨块3。
步骤4，模壳的制作；采用标准的熔模铸造用模壳制作工艺制作所需模壳2。
步骤5，将石墨块固定到模壳上；具体过程：
第一步，模壳的处理。将模壳2上步骤2中确定的安放石墨块3位置处的模壳去除掉，使所述石墨块3能够装入该模壳中。
第二步，石墨块的预处理。为防止合金液与石墨接触，污染合金，在石墨块3与铸件1接触的部位涂抹厚度为0.5mm的保护层并干燥处理。所述的保护层由硅溶胶与制作模壳用陶瓷颗粒按质量比1：2.5的比例混合而成。所述的干燥处理是将该模壳置于普通的电阻炉内，在80±5℃下保温30min。
第三步，石墨块的固定。将经过预处理的石墨块用制作模壳2用陶瓷浆料固定在模壳2上由步骤2中确定的位置。将模壳2与石墨块3一并放入电阻炉内，在80±5℃下保温30min进行干燥处理，得到固定有石墨块的模壳，如图9所示。
步骤6，合金液的浇注。将DD10高温合金放入定向凝固炉内的熔炼坩埚中，抽真空至6×10-3Pa并充入氩气保护，对所述的DD10高温合金进行加热熔化。同时将固定有石墨块的模壳加热到1600℃进行保温。将合金熔化并升温到1650℃后，浇入到所述固定有石墨块的模壳中，完成合金液的浇注。
步骤7，铸件的定向凝固。将熔化的DD10高温合金浇注到模壳在1600℃下保温15min后，以40μm/s的抽拉速率使盛满合金液的模壳向下移动，完成定向凝固，获得铸件。
将应用本发明得到的铸件与未应用本发明得到的铸件进行对比。表9为应用本发明前与应用本发明后结果对比。应用本发明前，铸件1表面雀斑数量为19条，总长度为168mm；应用本发明后，铸件1表面没有雀斑。本发明是有效的，可改善截面突变铸件上截面突变区域的冷却条件，提高温度梯度，使凝固界面趋于水平，起到消除定向凝固铸件中雀斑缺陷的作用。
表9应用本发明前后结果对比
条件 雀斑总数量 条 雀斑总长度 mm
应用前 19 168
应用后 0 0
实施例十
本实施例是应用于一横截面突变的铸件1的定向凝固过程，如图1所示。所述横截面突变的铸件小截面的尺寸为4mm×20mm×100mm，铸件大截面的尺寸为40mm×20mm×25mm，材料为PWA1484高温合金；具体步骤如下：
步骤1，确定铸件定向凝固过程中的温度梯度分布及凝固界面形状。利用ProCAST软件对铸件1的定向凝固过程按常规方法进行数值模拟，并进行后处理，得到图1中A所示的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。
步骤2，确定石墨块的形状、尺寸及安放位置。根据改善截面突变区域冷却条件的原则事先设定一长方体状的石墨块3，并将该石墨块放置在铸件1截面突变区域平台底部。利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果。若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置，再次利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状再次与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果；若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需继续根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置。如此反复，直至使得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直。最终确定的石墨块3形状如图8所示，安放位置如图1所示。
步骤3，石墨块的加工制作；根据步骤2确定的形状尺寸制作石墨块3。
步骤4，模壳的制作；采用标准的熔模铸造用模壳制作工艺制作所需模壳2。
步骤5，将石墨块固定到模壳上；具体过程：
第一步，模壳的处理。将模壳2上步骤2中确定的安放石墨块3位置处的模壳去除掉，使所述石墨块3能够装入该模壳中。
第二步，石墨块的预处理。为防止合金液与石墨接触，污染合金，在石墨块3与铸件1接触的部位涂抹厚度为0.5mm的保护层并干燥处理。所述的保护层由硅溶胶与制作模壳用陶瓷颗粒按质量比1：2.5的比例混合而成。所述的干燥处理是将该模壳置于普通的电阻炉内，在80±5℃下保温30min。
第三步，石墨块的固定。将经过预处理的石墨块用制作模壳2用陶瓷浆料固定在模壳2上由步骤2中确定的位置。将模壳2与石墨块3一并放入电阻炉内，在80±5℃下保温30min进行干燥处理，得到固定有石墨块的模壳，如图9所示。
步骤6，合金液的浇注。将PWA1484高温合金放入定向凝固炉内的熔炼坩埚中，抽真空至6×10-3Pa并充入氩气保护，对所述的PWA1484高温合金进行加热熔化。同时将固定有石墨块的模壳加热到1600℃进行保温。将合金熔化并升温到1650℃后，浇入到所述固定有石墨块的模壳中，完成合金液的浇注。
步骤7，铸件的定向凝固。将熔化的PWA1484高温合金浇注到模壳在1600℃下保温25min后，以40μm/s的抽拉速率使盛满合金液的模壳向下移动，完成定向凝固，获得铸件。
将应用本发明得到的铸件与未应用本发明得到的铸件进行对比。表10为应用本发明前与应用本发明后结果对比。应用本发明前，铸件1表面雀斑数量为17条，总长度为138mm；应用本发明后，铸件1表面没有雀斑。本发明是有效的，可改善截面突变铸件上截面突变区域的冷却条件，提高温度梯度，使凝固界面趋于水平，起到消除定向凝固铸件中雀斑缺陷的作用。
表10应用本发明前后结果对比
条件 雀斑总数量 条 雀斑总长度 mm
应用前 17 138
应用后 0 0
实施例十一
本实施例是应用于一横截面突变的铸件1的定向凝固过程，如图1所示。所述横截面突变的铸件小截面的尺寸为4mm×20mm×100mm，铸件大截面的尺寸为40mm×20mm×25mm，材料为Rene N5高温合金；具体步骤如下：
步骤1，确定铸件定向凝固过程中的温度梯度分布及凝固界面形状。利用ProCAST软件对铸件1的定向凝固过程按常规方法进行数值模拟，并进行后处理，得到图1中A所示的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。
步骤2，确定石墨块的形状、尺寸及安放位置。根据改善截面突变区域冷却条件的原则事先设定一长方体状的石墨块3，并将该石墨块放置在铸件1截面突变区域平台底部。利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果。若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置，再次利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状再次与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果；若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需继续根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置。如此反复，直至使得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直。最终确定的石墨块3形状如图8所示，安放位置如图1所示。
步骤3，石墨块的加工制作；根据步骤2确定的形状尺寸制作石墨块3。
步骤4，模壳的制作；采用标准的熔模铸造用模壳制作工艺制作所需模壳2。
步骤5，将石墨块固定到模壳上；具体过程：
第一步，模壳的处理。将模壳2上步骤2中确定的安放石墨块3位置处的模壳去除掉，使所述石墨块3能够装入该模壳中。
第二步，石墨块的预处理。为防止合金液与石墨接触，污染合金，在石墨块3与铸件1接触的部位涂抹厚度为0.5mm的保护层并干燥处理。所述的保护层由硅溶胶与制作模壳用陶瓷颗粒按质量比1：2.5的比例混合而成。所述的干燥处理是将该模壳置于普通的电阻炉内，在80±5℃下保温30min。
第三步，石墨块的固定。将经过预处理的石墨块用制作模壳2用陶瓷浆料固定在模壳2上由步骤2中确定的位置。将模壳2与石墨块3一并放入电阻炉内，在80±5℃下保温30min进行干燥处理，得到固定有石墨块的模壳，如图9所示。
步骤6，合金液的浇注。将Rene N5高温合金放入定向凝固炉内的熔炼坩埚中，抽真空至6×10-3Pa并充入氩气保护，对所述的Rene N5高温合金进行加热熔化。同时将固定有石墨块的模壳加热到1600℃进行保温。将合金熔化并升温到1650℃后，浇入到所述固定有石墨块的模壳中，完成合金液的浇注。
步骤7，铸件的定向凝固。将熔化的Rene N5高温合金浇注到模壳在1600℃下保温20min后，以50μm/s的抽拉速率使盛满合金液的模壳向下移动，完成定向凝固，获得铸件。
将应用本发明得到的铸件与未应用本发明得到的铸件进行对比。表11为应用本发明前与应用本发明后结果对比。应用本发明前，铸件1表面雀斑数量为14条，总长度为137mm；应用本发明后，铸件1表面没有雀斑。本发明是有效的，可改善截面突变铸件上截面突变区域的冷却条件，提高温度梯度，使凝固界面趋于水平，起到消除定向凝固铸件中雀斑缺陷的作用。
表11应用本发明前后结果对比
条件 雀斑总数量 条 雀斑总长度 mm
应用前 14 137
应用后 0 0
实施例十二
本实施例是应用于一横截面突变的铸件1的定向凝固过程，如图1所示。所述横截面突变的铸件小截面的尺寸为4mm×20mm×100mm，铸件大截面的尺寸为40mm×20mm×25mm，材料为Rene N6高温合金；具体步骤如下：
步骤1，确定铸件定向凝固过程中的温度梯度分布及凝固界面形状。利用ProCAST软件对铸件1的定向凝固过程按常规方法进行数值模拟，并进行后处理，得到图1中A所示的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。
步骤2，确定石墨块的形状、尺寸及安放位置。根据改善截面突变区域冷却条件的原则事先设定一长方体状的石墨块3，并将该石墨块放置在铸件1截面突变区域平台底部。利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果。若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置，再次利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状。将得到的新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状再次与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块3的形状尺寸及安放位置就是最终的结果；若得到的温度梯度小于安放石墨块3前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需继续根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置。如此反复，直至使得到的温度梯度大于安放石墨块3前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直。最终确定的石墨块3形状如图8所示，安放位置如图1所示。
步骤3，石墨块的加工制作；根据步骤2确定的形状尺寸制作石墨块3。
步骤4，模壳的制作；采用标准的熔模铸造用模壳制作工艺制作所需模壳2。
步骤5，将石墨块固定到模壳上；具体过程：
第一步，模壳的处理。将模壳2上步骤2中确定的安放石墨块3位置处的模壳去除掉，使所述石墨块3能够装入该模壳中。
第二步，石墨块的预处理。为防止合金液与石墨接触，污染合金，在石墨块3与铸件1接触的部位涂抹厚度为0.5mm的保护层并干燥处理。所述的保护层由硅溶胶与制作模壳用陶瓷颗粒按质量比1：2.5的比例混合而成。所述的干燥处理是将该模壳置于普通的电阻炉内，在80±5℃下保温30min。
第三步，石墨块的固定。将经过预处理的石墨块用制作模壳2用陶瓷浆料固定在模壳2上由步骤2中确定的位置。将模壳2与石墨块3一并放入电阻炉内，在80±5℃下保温30min进行干燥处理，得到固定有石墨块的模壳，如图9所示。
步骤6，合金液的浇注。将Rene N6高温合金放入定向凝固炉内的熔炼坩埚中，抽真空至6×10-3Pa并充入氩气保护，对所述的Rene N6高温合金进行加热熔化。同时将固定有石墨块的模壳加热到1550℃进行保温。将合金熔化并升温到1600℃后，浇入到所述固定有石墨块的模壳中，完成合金液的浇注。
步骤7，铸件的定向凝固。将熔化的Rene N6高温合金浇注到模壳在1550℃下保温20min后，以60μm/s的抽拉速率使盛满合金液的模壳向下移动，完成定向凝固，获得铸件。
将应用本发明得到的铸件与未应用本发明得到的铸件进行对比。表12为应用本发明前与应用本发明后结果对比。应用本发明前，铸件1表面雀斑数量为14条，总长度为151mm；应用本发明后，铸件1表面没有雀斑。本发明是有效的，可改善截面突变铸件上截面突变区域的冷却条件，提高温度梯度，使凝固界面趋于水平，起到消除定向凝固铸件中雀斑缺陷的作用。
表12应用本发明前后结果对比
条件 雀斑总数量 条 雀斑总长度 mm
应用前 14 151
应用后 0 0

Claims (4)

1.一种能够消除铸件中雀斑的定向凝固方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，确定铸件定向凝固过程中的温度梯度分布及凝固界面形状；利用ProCAST软件对铸件的定向凝固过程按常规方法进行数值模拟，并进行后处理，得到铸件定向凝固过程中的温度梯度分布及凝固界面形状；
步骤2，确定石墨块的形状、尺寸及安放位置；根据改善截面突变区域冷却条件的原则事先设定一长方体状的石墨块，并将该石墨块放置在铸件截面突变区域平台底部；利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状；将得到的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状与安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，并根据对比结果修正所述石墨块的形状、尺寸及安放位置，最终得到石墨块的形状、尺寸及安放位置；
步骤3，石墨块的加工制作；
步骤4，模壳的制作；
步骤5，将石墨块固定到模壳上；具体过程是：
第一步，模壳的处理；将拟放置石墨块部位的模壳去除掉，使所述石墨块能够嵌装入该模壳中；
第二步，石墨块的预处理；在石墨块与铸件接触的部位涂抹厚度为0.5mm的保护层并干燥处理；
第三步，石墨块的固定；将经过预处理的石墨块用制作模壳用陶瓷浆料固定在模壳；将模壳与石墨块一并放入电阻炉内，在80±5℃下保温30min进行干燥处理，得到固定有石墨块的模壳；
步骤6，合金液的浇注；将镍基高温合金放入定向凝固炉内的熔炼坩埚中，抽真空至6×10-3Pa并充入氩气保护，对所述的镍基高温合金进行加热熔化；同时将固定有石墨块的模壳加热到1550～1700℃进行保温；将合金熔化并升温到1600～1750℃后，浇入到所述固定有石墨块的模壳中，完成合金液的浇注；
步骤7，铸件的定向凝固；将熔化的镍基高温合金浇注到模壳在1550～1700℃下保温15～25min后，以20～70μm/s的抽拉速率使盛满合金液的模壳向下移动，完成定向凝固，获得铸件。
2.如权利要求1所述能够消除铸件中雀斑的定向凝固方法，其特征在于，所述石墨块预处理中的保护层由硅溶胶与制作模壳用陶瓷颗粒按质量比1：2.5的比例混合而成；所述的干燥处理是将该模壳置于普通的电阻炉内，在80±5℃下保温30min。
3.如权利要求1所述能够消除铸件中雀斑的定向凝固方法，其特征在于，所述确定石墨块的形状、尺寸及安放位置的具体过程是：
若得到的温度梯度大于安放石墨块前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨的形状尺寸及安放位置就是最终的结果；若得到的温度梯度小于安放石墨块前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置；
再次利用ProCAST软件对安放了石墨块的定向凝固过程进行数值模拟，得到新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状；将得到的新的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状再次与未安放石墨块前的截面突变区域的温度梯度分布及凝固界面形状进行对比，若得到的温度梯度大于安放石墨块前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直，则此时的石墨块的形状尺寸及安放位置就是最终的结果；若得到的温度梯度小于安放石墨块前的温度梯度，或凝固界面形状没有变得更加平直，需继续根据改善截面突变区域冷却条件、减小热阻、增大石墨块向周围散热的原则，改变石墨块的形状尺寸或调整石墨块在截面突变区域平台底部水平方向上的位置；
如此反复，直至使得到的温度梯度大于安放石墨块前的温度梯度，并且使凝固界面形状更加平直。
4.如权利要求1所述能够消除铸件中雀斑的定向凝固方法，其特征在于，所述的镍基高温合金为CMSX-4或CMSX-10或CM247LC或DZ125或DZ411或DD6或DD9或DD98或DD10或PWA1484或ReneN5或Rene N6镍基高温合金。
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