CN109374427B - 一种陶瓷型芯蠕变变形量的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种陶瓷型芯蠕变变形量的测试方法，其特征在于：采用耐高温丝绑定在陶瓷型芯定位两端的中心位置，使型芯长度方向与重力方向一致，沿重力方向将陶瓷型芯悬挂在高温炉中；进行升温，待达到设定蠕变温度时进行保温；保温一段时间后，随炉冷却；测量陶瓷型芯的整体型面数据；依据理论设计提供的对应陶瓷型面数据，将陶瓷型芯相应测试点蠕变后数据与理论设计数据进行拟合分析，计算出蠕变后型面法向偏差量，即得到整体三维陶瓷型芯高温蠕变量。利用本发明所述方法检测得到的陶瓷型芯蠕变变形情况可以设定合理的自由端范围，明显提高了叶片的尺寸合格率，满足工业生产的需要。
Description
技术领域
本发明属于高温合金技术领域，特别涉及定向或单晶空心涡轮叶片用陶瓷型芯蠕变性能测试方法。
背景技术
随着现代航空技术的发展，对叶片的承温能力的要求也越来越高。为了使涡轮部件适应不断提高的使用温度，必须采用定向或单晶空心叶片。一般，空心叶片的空腔采用陶瓷型芯来形成。定向凝固过程中，陶瓷型芯需在高温环境下有较高的强度、较好的抗蠕变能力及良好的化学稳定性；同时陶瓷型芯在叶片铸造后还必须能采用化学方法较容易脱除。目前，常用的陶瓷型芯有两大类，二氧化硅基陶瓷型芯和氧化铝基陶瓷型芯。氧化铝基陶瓷型芯高温性能好，使用温度高但脱除困难，限制了其实际的应用。二氧化硅基陶瓷型芯容易脱除，应用广泛，但是存在高温蠕变较差的问题。生产中发现，即使长板状测试样品蠕变性能较好的硅基陶瓷型芯在实际使用过程中仍然有相当比例的陶瓷型芯存在偏芯、漏芯的问题，导致一定数量废品的产生。因此，传统的长板状样品的测试结果并不能精准反映出型芯的高温蠕变特性，特别是不能代表型芯三维蠕变情况，无法为叶片制备过程中型芯定位工艺或自由端设计提供精确指导。如何准确测量整体硅基陶瓷型芯的高温蠕变量并设置合理的自由端数值是目前工业生产中急需解决的问题。
发明内容
本发明提供一种陶瓷型芯蠕变变形量的测试方法，用于指导空心叶片的制备工艺设计，满足工业生产的需要。
本发明技术方案如下：
一种陶瓷型芯蠕变变形量的检测方法，其特征在于：采用耐高温丝绑定在陶瓷型芯定位两端的中心位置，使型芯长度方向与重力方向一致，沿重力方向将陶瓷型芯悬挂在高温炉中；进行升温，待达到设定蠕变温度时进行保温；保温一段时间后，随炉冷却；测量陶瓷型芯的整体型面数据；依据理论设计提供的对应陶瓷型面数据，将陶瓷型芯相应测试点蠕变后数据与理论设计数据进行拟合分析，计算出陶瓷型芯蠕变后型面法向偏差量，即得到整体三维陶瓷型芯高温蠕变量。
所述中心位置为与型芯两端距离相等的位置，采用耐高温丝绑定在该处，利用耐高温丝将陶瓷型芯挂在高温炉中，使其在蠕变过程中为自由状态。
本发明中，高温炉的升温速度为5-10℃/分钟，蠕变测试温度范围为1500-1600℃，保温时间为1-5小时，然后断电随炉冷却。
本发明中，蠕变后的陶瓷型芯采用三坐标或光扫描方法测量陶瓷型芯三维曲面数据，并给出与标准陶瓷型芯的偏差值；根据偏差值便可得到陶瓷型芯具体点的蠕变量。
本发明中，所述陶瓷型芯为二氧化硅基陶瓷型芯。
本发明中，陶瓷型芯长度为40-300mm，宽度为15-100mm。
本发明中，所述陶瓷型芯用于制备空心定向凝固叶片或空心单晶叶片。
本发明中，所述陶瓷型芯蠕变变形量的检测方法具体步骤如下：
1)、采用铂丝绑定在陶瓷型芯定位两端的中心位置；
2)、沿重力方向将陶瓷型芯悬挂在高温炉中；
3)、高温炉升温到1500-1600℃进行保温，保温时间为1-5小时，高温炉的升温速度为5-10℃/分钟；
4)、蠕变温度实验结束后，随炉降温；
5)、采用三坐标或光扫描方法测量蠕变陶瓷型芯型面数据；
6)、将蠕变型芯型面数据与型芯理论设计数据进行对比，计算出蠕变型芯型面法向偏差，最后得到陶瓷型芯空间整体变形量。
根据检测得到的陶瓷型芯蠕变变形量设定自由端尺寸范围；所述自由端尺寸应大于该处陶瓷型芯蠕变量0.1-0.5毫米。
本发明实施效果：
根据叶片的具体控制精度及陶瓷型芯的实际蠕变量，可设计型芯精准定位工艺及自由端设置尺寸，明显提高了叶片的尺寸合格率。
具体实施方式
实施例1：
制备某单晶叶片用二氧化硅基陶瓷型芯，型芯最大长度150mm，最大宽度50mm，然后用铂丝在陶瓷型芯定位两端中心位置，使型芯长度方向与重力方向一致，将陶瓷型芯沿重力方向吊起，放置在高温炉中；高温炉的升温速度为5℃/分钟，蠕变测试温度为1500℃，保温时间为1小时，然后断电随炉冷却；采用光扫描方法测量蠕变后的陶瓷型芯三维曲面，并给出与标准陶瓷型芯的偏差值；根据偏差值便可得到陶瓷型芯具体点的蠕变量；根据叶片的具体控制精度及陶瓷型芯实际蠕变量，确定陶瓷型芯的定位工艺及自由端设置，自由端尺寸大于蠕变量0.2毫米；采用该种检测方法设置自由端值，使叶片的尺寸合格率提高幅度超过10％。
实施例2：
制备某单晶叶片用二氧化硅基陶瓷型芯，型芯最大长度70mm，最大宽度20mm，然后用铂丝在陶瓷型芯定位两端的中心位置，使型芯长度方向与重力方向一致，将陶瓷型芯沿重力方向吊起，放置在高温炉中；高温炉的升温速度为10℃/分钟，蠕变测试温度为1550℃，保温时间为1小时，然后断电随炉冷却；采用光扫描方法测量蠕变后的陶瓷型芯三维曲面，并给出与标准陶瓷型芯的偏差值；根据偏差值便可得到陶瓷型芯具体点的蠕变量；根据叶片的具体控制精度及陶瓷型芯实际蠕变量，确定陶瓷型芯的定位工艺及自由端设置，自由端尺寸大于蠕变量0.5毫米；采用该种检测方法设置自由端值，使叶片的尺寸合格率提高幅度超过20％。
实施例3：
制备某单晶叶片用二氧化硅基陶瓷型芯，型芯最大长度200mm，最大宽度90mm，然后用铂丝在陶瓷型芯定位两端的中心位置，使型芯长度方向与重力方向一致，将陶瓷型芯沿重力方向吊起，放置在高温炉中；高温炉的升温速度为5℃/分钟，蠕变测试温度范围为1500℃，保温时间为3小时，然后断电随炉冷却；采用光扫描方法测量蠕变后的陶瓷型芯三维曲面，并给出与标准陶瓷型芯的偏差值；根据偏差值便可得到陶瓷型芯具体点的蠕变量；根据叶片的具体控制精度及陶瓷型芯实际蠕变量，确定陶瓷型芯的定位工艺及自由端设置，自由端尺寸大于蠕变量0.3毫米；采用该种检测方法设置自由端值，使叶片的尺寸合格率提高幅度超过15％。
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种陶瓷型芯蠕变变形量的检测方法，其特征在于：所述陶瓷型芯为二氧化硅基陶瓷型芯，该陶瓷型芯用于制备空心定向凝固叶片或空心单晶叶片；
采用耐高温丝绑定在陶瓷型芯定位两端的中心位置，使型芯长度方向与重力方向一致，沿重力方向将陶瓷型芯悬挂在高温炉中；进行升温，待达到设定蠕变温度时进行保温，高温炉的升温速度为5-10℃/分钟，所述蠕变温度为1500-1600℃，保温时间为1-5小时；保温后随炉冷却；采用三坐标或光扫描方法测量陶瓷型芯的整体型面数据；依据理论设计提供的对应陶瓷型面数据，将陶瓷型芯相应测试点蠕变后数据与理论设计数据进行拟合分析，计算出陶瓷型芯蠕变后型面法向偏差量，即得到整体三维陶瓷型芯高温蠕变变形量。
2.按照权利要求1所述陶瓷型芯蠕变变形量的检测方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）、采用铂丝绑定在陶瓷型芯定位两端的中心位置，使型芯长度方向与重力方向一致；
2）、沿重力方向将陶瓷型芯悬挂在高温炉中；
3）、高温炉升温到1500-1600℃进行保温，保温时间为1-5小时，高温炉的升温速度为5-10℃/分钟；
4）、蠕变温度实验结束后，随炉降温；
5）、采用三坐标或光扫描方法测量蠕变陶瓷型芯型面数据；
6）、将蠕变型芯型面数据与型芯理论设计数据进行对比，计算出蠕变型芯型面法向偏差，最后得到陶瓷型芯空间整体变形量。
3.按照权利要求1所述陶瓷型芯蠕变变形量的检测方法，其特征在于：所述陶瓷型芯长度为40mm -300mm，宽度为15mm -100mm。
4.一种权利要求1所述方法的应用，其特征在于：根据检测得到的陶瓷型芯蠕变变形情况设定自由端尺寸范围；所述自由端尺寸应大于陶瓷型芯该处位置蠕变量0.1-0.5毫米。
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| i基高温合金精密铸造型壳的制备及其性能;谭科杰;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20170515(第5期);正文第15页 * |
| 定向凝固铸造用氧化铝型壳热蠕变性能研究;张世东等;《铸造》;20130131;第62卷(第1期);第55-58页 * |
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