CN114279802A - 一种高温合金流动性测试模具及测试试样的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高温合金铸造性能检测技术领域，尤其涉及一种高温合金流动性测试模具及测试方法。本发明提供的测试模具，螺旋流动通道以式1所述的渐近线方程沿所述直浇道的径向方向展开，并控制所述螺旋流动通道的总长度≤980mm；不仅能够确保测试的准确性，同时保证所述高温合金流动性测试模具在长度和宽度的维度上具有较小尺寸。同时本发明中所述浇口杯的高度≤50mm；所述直浇道的高度≤100mm；保证所述高温合金流动性测试模具在高度的维度上具有较小尺寸。而且本发明提供的测试模具的里层材质为硅溶胶和电熔莫来石的混合物。本发明提供的高温合金流动性测试模具体积小，能够实现在真空炉中测试高温合金的流动性。
Description
技术领域
本发明涉及高温合金铸造性能检测技术领域，尤其涉及一种高温合金流动性测试模具及测试试样的制备方法。
背景技术
在铸造工艺中，通常以金属液流动性作为合金铸造性能的评价标准。一般来说合金的流动性好，有利于合金熔体充型补缩，便于制得形状、尺寸准确、轮廓清晰、力学性能优良的致密零部件。而流动性差，就会导致铸件上产生“浇不足”、“冷隔”、“缩松缩孔”等铸造缺陷，导致铸件成品率的降低。
随着航空发动机关键热端部件的结构向整体、薄壁方向发展，合金的充型变得更加困难，因此在一些复杂薄壁区域则需要提前预知合金的充型情况。所以在浇注之前先进行合金的流动性测试就十分重要，进行测试可以在浇注之前更改合金成分或者浇注工艺来提高合金的流动性，改善合金的充型能力。对于液态金属流动性的测试，通常采用浇注“流动性试样”的方法来测量，以凝固后流动性试样的长度或薄厚来表示合金的流动性。目前，常用的测试金属流动性的装置有螺旋线型、真空吸铸、花盘型、辐射型等。
中国专利CN2389363Y公开了测试合金流动性的模样，但是流动沟槽呈辐射直线型，所需测试空间大，测试环境为非真空条件。不适用于真空浇注的高温合金流动性表征。
中国专利CN103424338B公开了一种有色合金铸造流动性测试金属型模具，采用单螺旋的流动通道，但针对的测试对象为镁铝等低熔点合金，测试温度低，环境为非真空条件，不适用于真空铸造条件下的高温合金流动性测试。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高温合金流动性测试模具及测试试样的制备方法，本发明提供的高温合金流动性测试模具，体积小，能够实现在真空炉中测试高温合金的流动性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种高温合金流动性测试模具，包括浇口杯1，所述浇口杯1的底面开口；
与所述浇口杯1的底面开口连通的直浇道3，所述直浇道3侧壁开口；
与所述直浇道3侧壁开口连通的螺旋流动通道4，所述螺旋流动通道4以渐开线的方式沿所述直浇道3的径向方向展开；所述渐开线上任一点的横坐标X和纵坐标Y的方程如式1所示：
与所述直浇道3的末端连通的浇口窝5；
所述螺旋流动通道4的总长度≤980mm；
所述浇口杯1的高度≤50mm；
所述直浇道3的高度≤100mm；
所述浇口杯1、直浇道3、螺旋流动通道4和浇口窝5均包括多层结构，所述浇口杯1、直浇道3、螺旋流动通道4和浇口窝5与所述高温合金接触的表面为里层；所述里层的材质为硅溶胶和电熔莫来石的混合物。
优选的，所述螺旋流动通道4的高度和宽度的比为1～25。
优选的，所述螺旋流动通道4设置有连续的n个不同宽度的流道，分别为第1流道、第2流道、……、第n流道；当所述n为2时，第1流道和第2流道的长度比为1:2，当所述n为3时，第1流道、第2流道和第3流道的长度比为1:2:3，当所述n≥4时，第1流道～第4流道的长度比为1:2:3:4，第5流道～第n流道各流道的长度均与所述第4流道的长度相等。
优选的，所述螺旋流动通道4的横截面形状为矩形、U形、梯形或半圆形。
优选的，所述浇口杯1的上口直径与所述浇口杯1底面开口的直径的比≥2。
优选的，所述直浇道3的截面直径为20～30mm。
优选的，所述浇口杯1、直浇道3、螺旋流动通道4和浇口窝5一体成型。
优选的，所述浇口杯1底面开口处还设置有过滤器2，所述过滤器2设置在所述浇口杯1和所述直浇道3之间，所述直浇道3与所述过滤器2的出料口连通，所述过滤器2的过滤孔的直径为1～3mm；所述过滤器2的材质为陶瓷。
本发明提供了一种高温合金流动性测试试样的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述技术方案所述的高温合金流动性测试模具预热；
(2)将预热后的高温合金流动性测试模具放入真空炉中抽真空，形成真空浇注环境；
(3)在所述真空浇注环境中，将高温合金液浇注至预热后抽真空的高温合金流动性测试模具中，冷却成型后，得到所述高温合金流动性测试试样。
优选的，所述预热后的高温合金流动性测试模具的温度≤1300℃，所述真空浇注环境的真空度≤10-2pa；所述高温合金液的质量为(0.5～1.5)kg/模具。
本发明提供了一种高温合金流动性测试模具，包括浇口杯1，所述浇口杯1的底面开口，与所述浇口杯1的底面开口连通的直浇道3，所述直浇道3侧壁开口，与所述直浇道3侧壁开口连通的螺旋流动通道4，所述渐开线上任一点的横坐标X和纵坐标Y的方程如式1所示：
与所述直浇道(3)的末端连通的浇口窝(5)；
所述螺旋流动通道4的总长度≤980mm；
所述浇口杯1的高度≤50mm；
所述直浇道3的高度≤100mm；
所述浇口杯1、直浇道3、螺旋流动通道4和浇口窝5均包括多层结构，所述浇口杯1、直浇道3、螺旋流动通道4和浇口窝5与所述高温合金接触的表面为里层；所述里层的材质为硅溶胶和电熔莫来石的混合物。
本发明提供的高温合金流动性测试模具，包括浇口杯1，所述浇口杯1的底面开口，与所述浇口杯1底面开口连通的直浇道3，所述直浇道3侧壁开口，与所述直浇道3侧壁开口连通的螺旋流动通道4，螺旋流动通道4以式1所述的渐近线方程沿所述直浇道3的径向方向展开，并控制所述螺旋流动通道4的总长度≤980mm；不仅能够确保测试的准确性，同时保证所述高温合金流动性测试模具在长度和宽度的维度上具有较小尺寸。同时本发明中所述浇口杯1的高度≤50mm；所述直浇道3的高度≤100mm；保证所述高温合金流动性测试模具在高度的维度上具有较小尺寸。而且，在本发明中，所述浇口杯1、直浇道3、螺旋流动通道4和浇口窝5均包括多层结构，所述浇口杯1、直浇道3、螺旋流动通道4和浇口窝5与所述高温合金接触的表面为里层；所述里层的材质为硅溶胶和电熔莫来石的混合物，能够实现高温浇注。因此，本发明提供的高温合金流动性测试模具体积小，能够实现在真空炉中测试高温合金的流动性。
附图说明
图1为本发明实施例提供流动性测试模具示意图；
图2为本发明实施例提供流动性测试模具；
图3为图1的A-A剖视图；
图4为测试模具螺旋段的展开图；
其中，1为浇口杯，2为过滤器，3为直浇道，4为螺旋流动通道，5为浇口窝，6为长度标记点。
具体实施方式
本发明提供了一种高温合金流动性测试模具，包括浇口杯1，所述浇口杯1的底面开口，与所述浇口杯1的底面开口连通的直浇道3，所述直浇道3侧壁开口，与所述直浇道3侧壁开口连通的螺旋流动通道4，所述渐开线上任一点的横坐标X和纵坐标Y的方程如式1所示：
与所述直浇道(3)的末端连通的浇口窝(5)；
所述螺旋流动通道4的总长度≤980mm；
所述浇口杯1的高度≤50mm；
所述直浇道3的高度≤100mm；
所述浇口杯1、直浇道3、螺旋流动通道4和浇口窝5均包括多层结构，所述浇口杯1、直浇道3、螺旋流动通道4和浇口窝5与所述高温合金接触的表面为里层；所述里层的材质为硅溶胶和电熔莫来石的混合物。。
本发明提供的高温合金流动性测试模具包括浇口杯1。在本发明中，所述浇口杯1的底面开口，所述浇口杯1的上口直径与所述浇口杯1底面开口的直径的比优选≥2，更优选为2～3。
在本发明中，所述浇口杯1的高度≤50mm；优选为40～45mm。
本发明提供的高温合金流动性测试模具包括与所述浇口杯1的底面开口连通的直浇道3。在本发明中，所述直浇道3侧壁开口。在本发明中，所述直浇道3的高度≤100mm，优选为90～95mm。在本发明中，所述直浇道3的截面直径优选为20～30mm，更优选为22.5～25mm。
本发明提供的高温合金流动性测试模具包括与所述直浇道3侧壁开口连通的螺旋流动通道4。在本发明中，所述螺旋流动通道4以渐开线的方式沿所述直浇道3的径向方向展开；所述渐开线上任一点的横坐标X和纵坐标Y的方程如式1所示：
在本发明中，所述螺旋流动通道4的总长度≤980mm，优选为900～980mm。
在本发明中，所述螺旋流动通道4的高度和宽度的比优选为1～25，更优选为1.5～23.5。
在本发明中，所述螺旋流动通道4的横截面形状优选为矩形、U形、梯形或半圆形。
在本发明中，所所述螺旋流动通道4设置有连续的n个不同宽度的流道，分别为第1流道、第2流道、……、第n流道；当所述n为2时，第1流道和第2流道的长度比为1:2，当所述n为3时，第1流道、第2流道和第3流道的长度比为1:2:3，当所述n≥4时，第1流道～第4流道的长度比为1:2:3:4，第5流道～第n流道各流道的长度均与所述第4流道的长度相等。
在本发明中，所述第1流道、第2流道、……、第n流道的宽度依次减小。
在本发明中，所述第n流道优选为等高通道或渐变高通道。
在本发明中，当所述第n通道优选为渐变高通道时，所述第n通道优选为由所述第n流道的进口端高度向所述第n流动通道的出口端高度渐变。在本发明中，高度渐变优选为沿线性方程递增或递减，本发明对所述线性方程没有特殊要求。
在本发明中，当所述n≥2时，所述第n-1流道优选还包括1个渐变宽通道，所述渐变宽通道的宽度由所述第n-1流道的宽度渐变为第n流道的宽度，在本发明中，宽度渐变优选为沿线性方程递增或递减，本发明对所述线性方程没有特殊要求。
在本发明中，当所述第n-1流道的出口端高度与所述第n流道的进口端高度相同时，所述渐变宽流道为渐变宽等高流道，所述渐变宽等高流道的高度优选与所述第n-1流道的出口端高度相同。
在本发明中，当所述第n-1流道的出口端高度与所述第n流道的进口端高度不相同时，所述渐变宽流道为渐变宽渐变高流道，所述渐变宽渐变高流道的进口端高度优选与所述第n-1流道的出口端高度相同，所述渐变宽渐变高流道的出口端高度优选与所述第n流道的进口端高度相同。在本发明中，高度渐变优选为沿线性方程递增或递减，本发明对所述线性方程没有特殊要求。
作为本发明的一个具体实施例，所述螺旋流动通道4具体优选包括1个等高流道，所述螺旋流动通道4的高度为25mm，宽度为3mm，所述螺旋流动通道4的高度和宽度的比为8.33。
作为本发明的一个具体实施例，所述螺旋流动通道4具体优选包括1个等高流道，所述螺旋流动通道4的高度为25mm，宽度为4mm，所述螺旋流动通道4的高度和宽度的比为6.25。
作为本发明的一个具体实施例，所述螺旋流动通道4具体优选包括1个等高流道，所述螺旋流动通道4的高度为50mm，宽度为2mm，所述螺旋流动通道4的高度和宽度的比为25。
作为本发明的一个具体实施例，所述螺旋流动通道4具体优选包括1个等高流道，所述螺旋流动通道4的高度为10mm，宽度为10mm，所述螺旋流动通道4的高度和宽度的比为1。
作为本发明的一个具体实施例，所述螺旋流动通道4具体优选包括1个渐变高流道，所述螺旋流动通道4的进口端高度为25mm，出口端高度为10mm，所述螺旋流动通道4的高度按照线性方程渐变；所述螺旋流动通道4的宽度优选4mm，所述螺旋流动通道4的高度和宽度的比为2.5～6.25。
作为本发明的一个具体实施例，所述螺旋流动通道4具体优选包括2个流道时，具体为第1流道和第2流道，第1流道包括一个等高流道，第2流道为渐变高流道，所述第1流道中的等高流道的高度为35mm，宽度为6mm；所述第1流道还包括一个渐变宽渐变高流道，所述渐变宽渐变高流道的入口端宽度为6mm，出口端宽度为2mm，所述渐变宽渐变高流道的宽度按照线性方程渐变；所述渐变宽渐变高流道的入口端高度为35mm，出口端高度为28mm，所述渐变宽渐变高流道的高度按照线性方程渐变；所述第1流道的等高流道高度和宽度的比为5.83，所述第1流道的渐变宽渐变高流道的高度和宽度的比为4.67～5.83。所述第2流道入口端高度为28mm，宽度为2mm，出口端高度为10mm，宽度为2mm，所述第2流道的高度和宽度的比为5～14。
在本发明中，所述螺旋流动通道4内优选设置长度标记点6。
本发明提供的高温合金流动性测试模具包括与所述直浇道3的末端连通的浇口窝5，在本发明的具体实施例中，所述浇口窝5的形状为半球形。
在本发明中，所述浇口杯1、直浇道3、螺旋流动通道4和浇口窝5均包括多层结构，所述浇口杯1、直浇道3、螺旋流动通道4和浇口窝5与所述高温合金接触的表面为里层；所述里层的材质为硅溶胶和电熔莫来石的混合物。
在本发明中，所述浇口杯1、直浇道3、螺旋流动通道4和浇口窝5均优选包括5层结构。在本发明中，所述5层结构由内至外依次为里层、第一中间层、第二中间层、第三中间层和表层，所述里层为所述浇口杯1、直浇道3、螺旋流动通道4和浇口窝5与所述高温合金接触的表面；所述里层的材质为硅溶胶和电熔莫来石的混合物。
在本发明中，所述里层的材质为硅溶胶和电熔莫来石的混合物。在本发明的具体实施例中，所述里层用电熔莫来石具体为EC95-70#。在本发明的具体实施例中，所述硅溶胶优选占里层总质量的2.65～2.85％。
在本发明中，所述第一中间层的材质优选为硅溶胶和电熔莫来石的混合物。在本发明的具体实施例中，所述第一中间层用电熔莫来石具体为EC95-35#。在本发明的具体实施例中，所述硅溶胶优选占第一中间层总质量的1.75～1.78％。
在本发明中，所述第二中间层的材质优选为硅溶胶和电熔莫来石的混合物。在本发明的具体实施例中，所述第二中间层用电熔莫来石具体为EC95-35#。在本发明的具体实施例中，所述硅溶胶优选占第二中间层总质量的1.75～1.78％。
在本发明中，所述第三中间层的材质优选为硅溶胶和电熔莫来石的混合物。在本发明的具体实施例中，所述第三中间层用电熔莫来石具体为EC95-35#。在本发明的具体实施例中，所述硅溶胶优选占第三中间层总质量的1.75～1.78％。
在本发明中，所述表层的材质优选为硅溶胶和电熔莫来石的混合物。在本发明的具体实施例中，所述表层用电熔莫来石具体为EC95-22#。在本发明的具体实施例中，所述硅溶胶优选占表层总质量的1.64～1.71％。
作为本发明的一个具体实施例，上述硅溶胶优选包括以下质量份数的组分：SiO230wt.％，Na2O0.3wt.％。所述硅溶胶的密度为(1.1～1.2)g/cm3；所述硅溶胶的pH值为9～10，所述硅溶胶的运动黏度为(2×106～5×106)m2/s4。
作为本发明的一个具体实施例，上述电熔莫来石优选包括以下质量份数的组分：Al2O395.15wt.％，SiO24.07wt.％，Fe2O30.06wt.％，Na2O 0.19wt.％。所述硅溶胶的密度为(1.1～1.2)g/cm3；所述硅溶胶的pH值为9～10，所述硅溶胶的运动黏度为(2×106～5×106)m2/s4。
在本发明中，所述浇口杯1、直浇道3、螺旋流动通道4和浇口窝5优选一体成型。
作为本发明的一个具体实施例，所述浇口杯1底面开口处优选设置由过滤器2，所述过滤器2设置在所述浇口杯1和所述直浇道3之间，所述直浇道3与所述过滤器2的出料口连通，所述过滤器2的过滤孔的直径优选为1～3mm，更优选为1.5～2.5mm；所述过滤器2的材质优选为陶瓷。在本发明中，所述过滤器能够实现对所述待测试的高温合金液的净化，提高测试结果的准确性。
在本发明中，所述高温合金液在真空环境中，通过浇口杯1流经直浇段2、浇口窝5，最后流入螺旋流动通道4中形成螺旋形试样。
本发明提供的高温合金流动性测试模具结构简单，体积小，适用于防止在真空炉中对高温合金进行流动性测试，测试结果可靠，能够测试不同高温合金在不同浇注工艺下的流动性。
在本发明中，所述高温合金流动性测试模具优选采用熔模铸造型壳的制备方法获得。
在本发明中，所述高温合金流动性测试模具的制备方法优选包括以下步骤：
将熔模组件进行挂蜡得到蜡模，所述熔模组件包括浇口杯6组件、直浇道7组件、螺旋流动通道4组件和浇口窝5组件，或浇口杯6、直浇道7、螺旋流动通道4和浇口窝5一体成型的成型组件；
按照里层、第一中间层、第二中间层、第三中间层和表层的顺序在蜡模表面涂层，得到负壳蜡模；
将所述负壳蜡模依次进行脱蜡和焙烧，得到所述高温合金流动性测试模具。
本发明将熔模组件进行挂蜡得到蜡模，所述熔模组件包括浇口杯6组件、直浇道7组件、螺旋流动通道4组件和浇口窝5组件，或浇口杯6、直浇道7、螺旋流动通道4和浇口窝5一体成型的成型组件。
本发明对所述浇口杯6组件、直浇道7组件、螺旋流动通道4组件和浇口窝5组件的制备方法没有特殊要求。
在本发明中，所述浇口杯6、直浇道7、螺旋流动通道4和浇口窝5一体成型的成型组件优选通过3D打印得到，所述成型组件的材质优选为丁苯胶(PSB)。
本发明对所述挂蜡的具体实施方式没有特殊要求。
得到蜡模后，本发明优选按照里层、第一中间层、第二中间层、第三中间层和表层的顺序在蜡模表面涂层，得到负壳蜡模。本发明对所述涂层的具体实施工艺没有特殊要求。
得到负壳蜡模后，本发明将所述负壳蜡模依次进行脱蜡和焙烧，得到所述高温合金流动性测试模具。
在本发明中，所述脱蜡优选在电脱蜡釜中进行，所述脱蜡的温度优选为100～200℃。本发明脱蜡得到湿型壳，本发明优选将所述湿型壳依次进行水洗和干燥后进行焙烧，本发明对所述水洗和干燥的具体实施过程没有特殊要求。
在本发明中，所述焙烧优选在电阻炉中进行，所述焙烧的温度优选为800℃～900℃，所述焙烧的保温时间优选为2h。
本发明提供了一种高温合金流动性测试试样的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述技术方案所述的高温合金流动性测试模具预热；
(2)将预热后的高温合金流动性测试模具放入真空炉中抽真空，形成真空浇注环境；
(3)在真空浇注环境中，将高温合金液浇注至预热后抽真空的高温合金流动性测试模具中，冷却成型后，得到所述高温合金流动性测试试样。
本发明将上述技术方案所述的高温合金流动性测试模具预热。在本发明中，所述预热后的高温合金流动性测试模具的温度优选为900～1300℃。在本发明中，所述预热优选在箱式电阻炉中进行。
在本发明的具体实施例中，当所述预热温度优选为900℃时，本发明优选将所述测试磨具加热至900℃后进行第一保温，所述第一保温的时间优选为1h。
在本发明的具体实施中，当所述预热温度＞900℃时，本发明优选将所述测试磨具加热至900℃后进行第一保温后，由900℃升温至第二温度，在本发明中，所述第一保温的时间优选为1h，所述升温的速率优选为10℃/min。
本发明将预热后的高温合金流动性测试模具放入真空炉中抽真空，形成真空浇注环境。
在本发明中，所述真空浇注环境的真空度优选≤10-2pa。在本发明中，所述真空炉具体优选为真空感应炉。
本发明在真空浇注环境中，将高温合金液浇注至预热后抽真空的高温合金流动性测试模具中，冷却成型后，得到高温合金流动性测试试样。
在本发明中，所述高温合金液由所述高温合金加热熔化得到。在本发明中，所述加热熔化优选在抽真空后的真空炉中进行。
在本发明中，所述高温合金具体优选为K4169。本发明对所述加热熔化的具体实施过程没有特殊要求。
在本发明中，浇注时，所述高温合金液的质量优选为(0.5～1.5)kg/模具。
在本发明中，所述冷却成型后，本发明优选敲开模具，得到所述高温合金流动性测试试样。
得到高温合金流动性测试试样后，本发明由高温合金流动性测试试样计算得到高温合金真空浇注时的流动性。
本发明优选以所述高温合金流动性测试试样的流动长度表征所述高温合金的流动性。
在本发明中，所述流动长度的表征方法优选为：
当所述螺旋流动通道4由相同宽度的流道组成时，测量螺旋状合金试样的长度即可表征高温合金的流动性。
当所述螺旋流动通道4的由n段不同宽度的流道组成时，本发明将第1～n-1段宽度的流动长度l1～ln-1折算成第n段厚度的流动长度，采用式(1)进行折算后总的流动长度来表征高温合金的流动性。式(1)中，l′1、…、l′n-1分别为第1～n-1段折算成第n段厚度后的流动长度，F为螺旋断面的面积，P为螺旋断面的周长)。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
采用图1所述的高温合金流动性测试模具，其中，螺旋流动通道4由1段等高流道组成，高度h和宽度s分别为25mm和3mm(h:s＝8.33)，长度l为975mm。通过该模具测定高温合金K4169在浇注温度为1470℃，模具温度1100℃时的流动性。该模具的结构见图1，螺旋流动通道4展开图见图4a。
流动性测试步骤如下：
将模具放入箱式电阻炉中，然后开加热体，等待温度升至900℃，保温10min，随后以10℃/min的升温速率升至1100℃。
将预热好的模具放入真空感应炉中，对真空感应炉抽真空至10-2pa，打开功率加热高温合金K4169，当所述高温合金K4169呈暗红色时，加大真空感应熔炼炉功率，使高温合金K4169熔化，并起到除气的作用。当真空感应熔炼炉升温至1550℃时保温2分钟，得到高温合金K4169的合金液。
当高温合金K4169的合金液降温至1470℃时，以1kg/s的浇注速度将所述的高温合金K4169合金液浇铸至预热后的模具中。K4169合金液通过浇口杯流经过滤器，通过过滤器净化进入直浇道、缓冲器，最后流入螺旋段中形成螺旋形试样。
将浇注完成后的模具自然冷却至室温。敲开模具，取出冷却后的螺旋状合金试样。通过长度标记点位置，结合具体的测量结果，将流线长度作为高温合金K4169在浇注温度为1470℃下的流动性。
经测量，使用等高度螺旋段流动性测试模具(高度为25mm)，高温合金K4169在浇注温度为1470℃，模具温度为1100℃下充满3mm流动性为330mm。
实施例2
采用图1所述的高温合金流动性测试模具，其中，螺旋流动通道4由1个渐变高流道组成，所述螺旋流动通道4的进口端高度为25mm，出口端高度为10mm，所述螺旋流动通道4的高度按照线性方程渐变；所述螺旋流动通道4的宽度优选4mm，所述螺旋流动通道4的高度和宽度的比为2.5～6.25。通过该模具测定高温合金K4169在浇注温度为1470℃，模具温度900℃时的流动性。该模具的结构见图1，螺旋流动通道4展开图见图4b。
流动性测试步骤如下：
将模具放入箱式电阻炉中，然后开加热体，等待温度升至900℃，保温1h。
将预热好的模具放入真空感应炉中，对真空感应炉抽真空至10-2pa，打开功率加热高温合金K4169，当所述高温合金K4169呈暗红色时，加大真空感应熔炼炉功率，使高温合金K4169熔化，并起到除气的作用。当真空感应熔炼炉升温至1550℃时保温2分钟，得到高温合金K4169的合金液。
当高温合金K4169的合金液降温至1470℃时，以1kg/s的浇注速度将所述的高温合金K4169合金液浇铸至预热后的模具中。K4169合金液通过浇口杯流经过滤器，通过过滤器净化进入直浇道通过过滤器净化进入直浇道、缓冲器，最后流入螺旋段中形成螺旋形试样。
将浇注完成后的模具自然冷却至室温。敲开模具，取出冷却后的螺旋状合金试样。通过长度标记点位置，结合具体的测量结果，将流线长度作为高温合金K4169在浇注温度为1470℃下的流动性。
经测量，使用变高度螺旋段流动性测试模具(进口端高度为25mm，出口端高度为10mm)，高温合金K4169在浇注温度为1470℃，模具温度为900℃下充满4mm流动性为740mm。
实施例3
采用图1所述的高温合金流动性测试模具，其中，螺旋流动通道4由1段等高流道组成，高度h和宽度s分别为25mm和4mm(h:s＝6.25)。通过该模具测定高温合金K4169在浇注温度为1520℃，模具温度1100℃时的流动性。该模具的结构见图1，螺旋流动通道4展开图见图4a。
流动性测试步骤如下：
将模具放入箱式电阻炉中，然后开加热体，等待温度升至900℃，保温10min，随后以10℃/min的升温速率升值1100℃。
将预热好的模具放入真空感应炉中，对真空感应炉抽真空至10-2pa，打开功率加热高温合金K4169，当所述高温合金K4169呈暗红色时，加大真空感应熔炼炉功率，使高温合金K4169熔化，并起到除气的作用。当真空感应熔炼炉升温至1550℃时保温2分钟，得到高温合金K4169的合金液。
当高温合金K4169的合金液降温至1520℃时，以1kg/s的浇注速度将所述的高温合金K4169合金液浇铸至预热后的模具中。K4169合金液通过浇口杯流经过滤器，通过过滤器净化进入直浇道、缓冲器，最后流入螺旋段中形成螺旋形试样。
将浇注完成后的模具自然冷却至室温。敲开模具，取出冷却后的螺旋状合金试样。通过长度标记点位置，结合具体的测量结果，将流线长度作为高温合金K4169在浇注温度为1520℃下的流动性。
经测量，使用等高度螺旋段流动性测试模具(h＝25mm)，高温合金K4169在浇注温度为1520℃，模具温度为1100℃下充满4mm流动性为815mm。
实施例4
采用图1所述的高温合金流动性测试模具，其中，螺旋流动通道4由2个流道组成，具体为第1等高流道和第2渐变高流道，所述第1等高流道的高度为35mm，宽度为6mm；所述第1流动通道还包括一个渐变宽渐变高通道，渐变宽渐变高通道的入口段宽度为6mm，出口端宽度为2mm，渐变宽渐变高通道的宽度按照线性方程渐变；渐变宽渐变高通道的入口段高度为35mm，出口端高度为28mm，渐变宽渐变高通道的高度按照线性方程渐变；；所述第1流道的高度和宽度的比为4.67～5.83。所述第2渐变高流道入口段高度为28mm，宽度为2mm，出口端宽高为10mm，宽度为2mm，所述第2流道的高度和宽度的比为5～14。
流动性测试步骤如下：
将模具放入箱式电阻炉中，然后开加热体，等待温度升至900℃，保温10min，随后以10℃/min的升温速率升值1000℃。
将预热好的模具放入真空感应炉中，对真空感应炉抽真空至10-2pa，打开功率加热高温合金K4169，当所述高温合金K4169呈暗红色时，加大真空感应熔炼炉功率，使高温合金K4169熔化，并起到除气的作用。当真空感应熔炼炉升温至1550℃时保温2分钟，得到高温合金K4169的合金液。
当高温合金K4169的合金液降温至1520℃时，以1kg/s的浇注速度将所述的高温合金K4169合金液浇铸至预热后的模具中。K4169合金液通过浇口杯流经过滤器，通过过滤器净化进入直浇道、缓冲器，最后流入螺旋段中形成螺旋形试样。
将浇注完成后的模具自然冷却至室温。敲开模具，取出冷却后的螺旋状合金试样。通过长度标记点位置，结合具体的测量结果，将流线长度做为高温合金K4169在浇注温度为1520℃下的流动性。
经测量和折算之后，使用变高度变厚度螺旋段流动性测试模具，高温合金K4169在浇注温度为1520℃，模具温度为1000℃下充满2mm流动性为345mm。
实施例5
采用图1所述的高温合金流动性测试模具，其中，螺旋流动通道4由1段等高流道组成，高度h和宽度s分别为50mm和2mm(h:s＝25)。通过该模具测定高温合金IN939在浇注温度为1420℃，模具温度1100℃时的流动性。该模具的结构见图1，螺旋流动通道4展开图见图4a。
流动性测试步骤如下：
将模具放入箱式电阻炉中，然后开加热体，等待温度升至900℃，保温10min，随后以10℃/min的升温速率升值1100℃。
将预热好的模具放入真空感应炉中，对真空感应炉抽真空至10-2pa，打开功率加热高温合金IN939，当所述高温合金IN939呈暗红色时，加大真空感应熔炼炉功率，使高温合金IN939熔化，并起到除气的作用。当真空感应熔炼炉升温至1550℃时保温2分钟，得到高温合金IN939的合金液。
当高温合金IN939的合金液降温至1420℃时，以1kg/s的浇注速度将所述的高温合金IN939合金液浇铸至预热后的模具中。IN939合金液通过浇口杯流经过滤器，通过过滤器净化进入直浇道、缓冲器，最后流入螺旋段中形成螺旋形试样。
将浇注完成后的模具自然冷却至室温。敲开模具，取出冷却后的螺旋状合金试样。通过长度标记点位置，结合具体的测量结果，将流线长度作为高温合金IN939在浇注温度为1420℃，模具温度为1100℃下充满2mm的流动性。
实施例6
采用图1所述的高温合金流动性测试模具，其中，螺旋流动通道4由1段等高流道组成，高度h和宽度s分别为10mm和10mm(h:s＝1)。通过该模具测定高温合金IN939在浇注温度为1380℃，模具温度900℃时的流动性。该模具的结构见图1，螺旋流动通道4展开图见图4a。
流动性测试步骤如下：
将模具放入箱式电阻炉中，然后开加热体，等待温度升至900℃，保温1h。
将预热好的模具放入真空感应炉中，对真空感应炉抽真空至10-2pa，打开功率加热高温合金IN939，当所述高温合金IN939呈暗红色时，加大真空感应熔炼炉功率，使高温合金IN939熔化，并起到除气的作用。当真空感应熔炼炉升温至1550℃时保温2分钟，得到高温合金IN939的合金液。
当高温合金IN939的合金液降温至1380℃时，以1kg/s的浇注速度将所述的高温合金IN939合金液浇铸至预热后的模具中。IN939合金液通过浇口杯流经过滤器，通过过滤器净化进入直浇道、缓冲器，最后流入螺旋段中形成螺旋形试样。
将浇注完成后的模具自然冷却至室温。敲开模具，取出冷却后的螺旋状合金试样。通过长度标记点位置，结合具体的测量结果，将流线长度作为高温合金IN939在浇注温度为1380℃，模具温度为900℃下充满10mm的流动性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高温合金流动性测试模具，其特征在于，包括浇口杯(1)，所述浇口杯(1)的底面开口；
与所述浇口杯(1)的底面开口连通的直浇道(3)，所述直浇道(3)侧壁开口；
与所述直浇道(3)侧壁开口连通的螺旋流动通道(4)，所述螺旋流动通道(4)以渐开线的方式沿所述直浇道(3)的径向方向展开；所述渐开线上任一点的横坐标X和纵坐标Y的方程如式1所示：
与所述直浇道(3)的末端连通的浇口窝(5)；
所述螺旋流动通道(4)的总长度≤980mm；
所述浇口杯(1)的高度≤50mm；
所述直浇道(3)的高度≤100mm；
所述浇口杯(1)、直浇道(3)、螺旋流动通道(4)和浇口窝(5)均包括多层结构，所述浇口杯(1)、直浇道(3)、螺旋流动通道(4)和浇口窝(5)与所述高温合金接触的表面为里层；所述里层的材质为硅溶胶和电熔莫来石的混合物。
2.根据权利要求1所述的高温合金流动性测试模具，其特征在于，所述螺旋流动通道(4)的高度和宽度的比为1～25。
3.根据权利要求1所述的高温合金流动性测试模具，其特征在于，所述螺旋流动通道(4)设置有连续的n个不同宽度的流道，分别为第1流道、第2流道、……、第n流道；当所述n为2时，第1流道和第2流道的长度比为1:2，当所述n为3时，第1流道、第2流道和第3流道的长度比为1:2:3，当所述n≥4时，第1流道～第4流道的长度比为1:2:3:4，第5流道～第n流道各流道的长度均与所述第4流道的长度相等。
4.根据权利要求1所述的高温合金流动性测试模具，其特征在于，所述螺旋流动通道(4)的横截面形状为矩形、U形、梯形或半圆形。
5.根据权利要求1所述的高温合金流动性测试模具，其特征在于，所述浇口杯(1)的上口直径与所述浇口杯(1)底面开口的直径的比≥2。
6.根据权利要求1所述的高温合金流动性测试模具，其特征在于，所述直浇道(3)的截面直径为20～30mm。
7.根据权利要求1所述的高温合金流动性测试模具，其特征在于，所述浇口杯(1)、直浇道(3)、螺旋流动通道(4)和浇口窝(5)一体成型。
8.根据权利要求1所述的高温合金流动性测试模具，其特征在于，所述浇口杯(1)底面开口处还设置有过滤器(2)，所述过滤器(2)设置在所述浇口杯(1)和所述直浇道(3)之间，所述直浇道(3)与所述过滤器(2)的出料口连通，所述过滤器(2)的过滤孔的直径为1～3mm；所述过滤器(2)的材质为陶瓷。
9.一种高温合金流动性测试试样的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将权利要求1～8任意一项所述的高温合金流动性测试模具预热；
(2)将预热后的高温合金流动性测试模具放入真空炉中抽真空，形成真空浇注环境；
(3)在所述真空浇注环境中，将高温合金液浇注至预热后抽真空的高温合金流动性测试模具中，冷却成型后，得到所述高温合金流动性测试试样。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述预热后的高温合金流动性测试模具的温度≤1300℃，所述真空浇注环境的真空度≤10-2pa；所述高温合金液的质量为(0.5～1.5)kg/模具。
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