CN109724556B - 镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高温合金领域，具体为一种镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法。先用型芯模具制备氧化硅基型芯，再在外坯模具中压蜡模，组合成单晶模组后制壳，然后在定向凝固炉中拉制单晶样品，接着脱去模壳和型芯，再进行热处理后，统计表面再结晶晶粒的面积。利用再结晶晶粒面积定量评价合金的再结晶倾向性。再结晶面积越大，合金再结晶倾向性越强。在采用同一铸造体系的条件下，定量表征不同单晶高温合金的再结晶倾向性。本发明解决单晶高温合金再结晶倾向性评价难的问题，实现对已有的单晶高温合金进行再结晶倾向性评价，为合金选材提供依据。也可以对新研制的单晶高温合金进行再结晶倾向性评价，达到优化合金成分的目的。
Description
技术领域
本发明涉及高温合金领域，具体为一种镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法。
背景技术
单晶高温合金由于具有优异的高温力学性能和抗氧化腐蚀性能，成为先进航空发动机热端部件的首选材料。但在单晶高温合金的生产和使用过程中，由于单晶凝固过程中模壳收缩、机械去除模壳、铸件的研磨校形和喷砂处理等过程均会引入不同程度的塑性变形，这种带有塑性变形的铸件在高温热处理以及实际使用的高温过程中会发生回复和再结晶。再结晶作为一种组织缺陷，已成为影响单晶高温合金制造的难题之一。因此，在设计或应用时，应尽量选择再结晶倾向性较弱的单晶高温合金，既可以提高铸件的合格率，同时也可以减少再结晶缺陷所致的飞机发动机安全隐患。
经过专利文献检索，未见到对单晶高温合金再结晶倾向性评价方法的报道。
发明内容
本发明的目的在于提出一种镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法，可以解决单晶高温合金再结晶倾向性评价难的问题，实现对已有的单晶高温合金进行再结晶倾向性评价，为合金选材提供依据。同时，也可以对新研制的单晶高温合金进行再结晶倾向性评价，达到优化合金成分的目的。
本发明的技术方案是：
一种镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法，先用型芯模具制备氧化硅基型芯，再在外坯模具中压蜡模，组合成单晶模组后制壳，然后在定向凝固炉中拉制单晶样品，接着脱去模壳和型芯，再进行热处理后，统计表面再结晶晶粒的面积；利用再结晶晶粒面积定量评价合金的再结晶倾向性，再结晶面积越大，合金再结晶倾向性越强。
所述的镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法，在采用同一铸造体系的条件下，定量表征不同单晶高温合金的再结晶倾向性。
所述的镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法，利用模具制备工字型结构铸件在凝固过程中形成的内应力，再进行热处理形成再结晶，统计铸件表面再结晶晶粒的面积，以再结晶面积的大小评价合金再结晶倾向性的强弱，该方法包括如下步骤：
第一步，根据工字型结构铸件结构制作型芯模具和外坯模具，制备型芯后压制蜡模并组成单晶模组，再使用待评价的工艺体系制备陶瓷模壳；
第二步，将制备好的模壳放入定向凝固炉中，加热至1400～1600℃，再熔化单晶合金母合金，在1450～1600℃浇注到模壳内，再以1～9mm/min的速度拉制单晶铸件，整个铸件拉制完毕后，破真空后冷却；
第三步，振动冒口清理模壳，将铸件从模组上切割下来；
第四步，将铸件清洗干净后烘干，装入真空热处理炉中进行真空热处理，真空热处理工艺按合金材质和技术要求制定，热处理完成后破真空取出铸件；
第五步，利用腐蚀剂对铸件进行宏观腐蚀，观察和测量铸件的再结晶面积，从而完成单晶高温合金再结晶倾向性评价。
所述的镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法，第三步中，如铸件切割下来后带有难以清除的模壳和型芯用碱液进行化学去除，避免引入额外的应力，影响评价结果。
所述的镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法，工字型结构铸件为连接梁的两端分别设置两翼的结构，工字型结构铸件由型芯模具和外坯模具两套模具形成；其中，型芯模具制备的型芯形成工字型结构的连接梁高度方向一个侧面，其余位置由外坯模具形成。
所述的镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法，工字型结构的连接梁长度为30～50mm，高度为5～30mm，厚度为0.3～5mm。
所述的镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法，工字型结构的两翼尺寸为30mm×40mm×8mm。
所述的镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法，工字型结构的连接梁与两翼的过渡圆角半径为0.3～2.5mm。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明可以定量评价单晶高温合金的再结晶倾向性，该方法在同一工艺体系下，可以评价合金再结晶倾向性的强弱。
2、本发明可以实现对已有的单晶高温合金进行再结晶倾向性评价，为合金选材提供依据。同时，也可以对新研制的单晶高温合金进行再结晶倾向性评价，达到优化合金成分的目的。
3、本发明兼顾评价精密铸造系统中型壳、型芯及凝固等全过程对再结晶的影响，也可以采用同一合金，评价不同工艺体系对再结晶倾向性的影响。
4、本发明所设计的单晶铸件结构简单，易于铸造，能够快速准确的评价单晶高温合金的再结晶倾向性。该方法成本低，易于推广应用。
附图说明
图1为本发明设计铸件的结构示意图。图中，1连接梁；2两翼。
图2为实施例1的再结晶组织图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种用于单晶高温合金再结晶倾向性评价的铸件，所述铸件为工字型结构，连接梁1的两端分别设置两翼2。所述工字型结构的连接梁长度为30～50mm，高度为5～30mm，厚度为0.3～5mm。所述工字型结构的两翼尺寸为30mm×40mm×8mm。所述工字型结构的连接梁与两翼的过渡圆角半径为0.3～2.5mm。由模具形成工字型的再结晶评价用铸件，所述工字型结构铸件由型芯模具和外坯模具两套模具形成，其中型芯模具制备的型芯形成工字型结构的连接梁高度方向一个侧面，其余位置由外坯模具形成。
在具体实施过程中，本发明提供一种镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法，该方法的步骤为：
第一步，根据所述的铸件结构制作型芯模具和外坯模具，制备型芯后压制蜡模并组成单晶模组，再使用待评价的工艺体系制备陶瓷模壳。
第二步，将制备好的模壳放入定向凝固炉中，加热至1400～1600℃，再熔化单晶合金母合金，在1450～1600℃浇注到模壳内，再以1～9mm/min的速度拉制单晶铸件，整个铸件拉制完毕后，破真空后冷却。
第三步，振动冒口清理模壳，将铸件从模组上切割下来，如带有难以清除的模壳和型芯用碱液进行化学去除，避免引入额外的应力，影响评价结果。
第四步，将铸件清洗干净后烘干，装入真空热处理炉中进行真空热处理，真空热处理工艺按合金材质和技术要求制定，热处理完成后破真空取出铸件。
第五步，利用腐蚀剂对铸件进行宏观腐蚀，观察和测量铸件的再结晶面积，从而完成单晶高温合金再结晶倾向性评价。
下面，通过实施例和附图进一步详述本发明。
实施例1
本实施例中，设计工字型结构铸件的尺寸为：连接梁长度50mm，高度为15mm，厚度为0.8mm，两翼尺寸为30mm×40mm×8mm，连接梁与两翼的过渡圆角半径为1.5mm。
制作尺寸为15mm×70mm×5mm的陶瓷型芯，再放入外坯模具中压制蜡模，组合成模组后涂料撒砂制备模壳，模壳制作完成后脱蜡烧结。将制备好的模壳放入定向凝固炉中，加热至1500℃，再熔化DD5单晶合金，在1500℃浇注到模壳内，再以3mm/min的速度拉制单晶铸件，拉制完毕后破真空后冷却。接着振动冒口清理模壳，将铸件从模组上切割下来，再用碱液去除残留模壳和型芯，完成后清洗烘干，装入真空热处理炉中进行真空热处理，真空热处理工艺为：加热至1300℃，保温4h，充氩气冷却后取出铸件。然后利用体积比HCl：H2O2＝2：1的腐蚀剂对铸件进行宏观腐蚀，观察铸件的再结晶组织。如图2所示，再结晶组织主要集中于连接梁和两翼的转角处，测量再结晶面积为12mm2。
实施例2
本实施例中，设计工字型结构铸件的尺寸为：连接梁长度50mm，高度为15mm，厚度为0.8mm，两翼尺寸为30mm×40mm×8mm，连接梁与两翼的过渡圆角半径为1.5mm。
制作尺寸为15mm×70mm×5mm的陶瓷型芯，再放入外坯模具中压制蜡模，组合成模组后涂料撒砂制备模壳，模壳制作完成后脱蜡烧结。将制备好的模壳放入定向凝固炉中，加热至1500℃，再熔化DD407单晶合金，在1500℃浇注到模壳内，再以3mm/min的速度拉制单晶铸件，拉制完毕后破真空后冷却。接着振动冒口清理模壳，将铸件从模组上切割下来，再用碱液去除残留模壳和型芯，完成后清洗烘干，装入真空热处理炉中进行真空热处理，真空热处理工艺为：加热至1300℃，保温4h，充氩气冷却后取出铸件。然后利用体积比HCl：H2O2＝1：1的腐蚀剂对铸件进行宏观腐蚀，观察铸件的再结晶组织，主要集中于连接梁和两翼的转角处，测量再结晶面积为30mm2。与实施例1相比，实施例2所选单晶合金的再结晶倾向性更强。
实施例3
本实施例中，设计工字型结构铸件的尺寸为：连接梁长度50mm，高度为10mm，厚度为2mm，两翼尺寸为30mm×40mm×8mm，连接梁与两翼的过渡圆角半径为2mm。
制作尺寸为10mm×70mm×5mm的陶瓷型芯，再放入外坯模具中压制蜡模，组合成模组后涂料撒砂制备模壳，模壳制作完成后脱蜡烧结。将制备好的模壳放入定向凝固炉中，加热至1500℃，再熔化DD5单晶合金，在1500℃浇注到模壳内，再以5mm/min的速度拉制单晶铸件，拉制完毕后破真空后冷却。接着振动冒口清理模壳，将铸件从模组上切割下来，再用碱液去除残留模壳和型芯，完成后清洗烘干，装入真空热处理炉中进行真空热处理，真空热处理工艺为：加热至1300℃，保温4h，充氩气冷却后取出铸件。然后利用体积比HCl：H2O2＝2：1的腐蚀剂对铸件进行宏观腐蚀，观察铸件的再结晶组织，主要集中于连接梁和两翼的转角处，测量再结晶面积为4mm2。
实施例结果表明，本发明利用模具制备工字型结构铸件在凝固过程中形成的内应力，再进行热处理形成再结晶，统计再结晶晶粒的面积，以再结晶面积的大小可以评价出合金再结晶倾向性的强弱。
Claims (7)
1.一种镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法，其特征在于，先用型芯模具制备氧化硅基型芯，再在外坯模具中压蜡模，组合成单晶模组后制壳，然后在定向凝固炉中拉制单晶样品，接着脱去模壳和型芯，再进行热处理后，统计表面再结晶晶粒的面积；利用再结晶晶粒面积定量评价合金的再结晶倾向性，再结晶面积越大，合金再结晶倾向性越强；
利用模具制备工字型结构铸件在凝固过程中形成的内应力，再进行热处理形成再结晶，统计铸件表面再结晶晶粒的面积，以再结晶面积的大小评价合金再结晶倾向性的强弱，该方法包括如下步骤：
第一步，根据工字型结构铸件结构制作型芯模具和外坯模具，制备型芯后压制蜡模并组成单晶模组，组合成模组后涂料撒砂制备模壳；
第二步，将制备好的模壳放入定向凝固炉中，加热至1400～1600℃，再熔化单晶合金母合金，在1450～1600℃浇注到模壳内，再以1～9mm/min的速度拉制单晶铸件，整个铸件拉制完毕后，破真空后冷却；
第三步，振动冒口清理模壳，将铸件从模组上切割下来；
第四步，将铸件清洗干净后烘干，装入真空热处理炉中进行真空热处理，真空热处理工艺按合金材质和技术要求制定，热处理完成后破真空取出铸件；
第五步，利用腐蚀剂对铸件进行宏观腐蚀，观察和测量铸件的再结晶面积，从而完成单晶高温合金再结晶倾向性评价。
2.按照权利要求1所述的镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法，其特征在于，在采用同一铸造体系的条件下，定量表征不同单晶高温合金的再结晶倾向性。
3.按照权利要求1所述的镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法，其特征在于，第三步中，如铸件切割下来后带有难以清除的模壳和型芯用碱液进行化学去除，避免引入额外的应力，影响评价结果。
4.按照权利要求1所述的镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法，其特征在于，工字型结构铸件为连接梁的两端分别设置两翼的结构，工字型结构铸件由型芯模具和外坯模具两套模具形成；其中，型芯模具制备的型芯形成工字型结构的连接梁高度方向一个侧面，其余位置由外坯模具形成。
5.按照权利要求1所述的镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法，其特征在于，工字型结构的连接梁长度为30～50mm，高度为5～30mm，厚度为0.3～5mm。
6.按照权利要求1所述的镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法，其特征在于，工字型结构的两翼尺寸为30mm×40mm×8mm。
7.按照权利要求1所述的镍基单晶高温合金精密铸造过程的再结晶倾向性评价方法，其特征在于，工字型结构的连接梁与两翼的过渡圆角半径为0.3～2.5mm。
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| GR01 | Patent grant | ||
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