CN114618993A - 采用带孔冷却板辅助<001>取向籽晶制备单晶高温合金的方法 - Google Patents

采用带孔冷却板辅助<001>取向籽晶制备单晶高温合金的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114618993A
CN114618993A CN202210211477.9A CN202210211477A CN114618993A CN 114618993 A CN114618993 A CN 114618993A CN 202210211477 A CN202210211477 A CN 202210211477A CN 114618993 A CN114618993 A CN 114618993A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cooling plate
crystal
seed
single crystal
seed crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210211477.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114618993B (zh
Inventor
胡松松
刘海淇
贺迟
汪璞
白伟民
刘宇星
杨泽宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiangtan University
Original Assignee
Xiangtan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiangtan University filed Critical Xiangtan University
Priority to CN202210211477.9A priority Critical patent/CN114618993B/zh
Publication of CN114618993A publication Critical patent/CN114618993A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114618993B publication Critical patent/CN114618993B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04—Use of lost patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B22D27/045—Directionally solidified castings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/14—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method characterised by the seed, e.g. its crystallographic orientation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/52—Alloys

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

一种采用带孔冷却板辅助<001>取向籽晶制备单晶高温合金的方法，通过将<001>取向籽晶的轴向与铸件的轴向形成一定的角度a，当液态母合金浇入后，晶体生长会沿着与籽晶相同的结晶位相生长，即得到<001>方向偏离轴线a的铸件；通过设置籽晶预埋于模壳中，加工过程中操作简单，减小操作提高了单晶制备的成功率；采用有籽晶插孔的带孔冷却板冷却籽晶并辅助支撑模壳，确保单晶制备过程中籽晶底端保持固相并保持模壳完整性。

Description

采用带孔冷却板辅助＜001＞取向籽晶制备单晶高温合金的 方法
技术领域
本发明涉及单晶高温合金的制备领域，具体是一种采用带孔冷却板辅助＜001＞取向籽晶制备单晶高温合金的方法。
技术背景
镍基单晶高温合金因为其优异的高温力学性能，一直以来是航空发动机涡轮叶片的首选材料。镍基单晶高温合金在＜001＞方向与叶片的最大受力方向一致时能取得最好的综合力学性能。目前在单晶高温合金的生产中，多采用的是选晶法制取单晶高温合金，选晶法制备单晶高温合金已经有四十多年的历史，在工艺上比较成熟，成本也较低。但是利用选晶法并不能精准的控制单晶的三维取向。而采用籽晶法制备单晶高温合金时，精度高、能控制单晶的三维取向。
中国专利CN101255606A和美国专利US2012034098A1提出采用“籽晶+选晶”的方法制备所需取向的单晶高温合金；中国专利CN1570224A和CN101255604A提出预置籽晶于模壳内的方法制备单晶高温合金；这些方法都使用籽晶法成功的法制备出单晶高温合金。但是他们的局限性在于，每制备一个取向不同的单晶高温合金铸件时，需要先制备一个取向与单晶高温合金铸件相同籽晶，籽晶不能通用。这也是采用籽晶法制备单晶高温合金最大的一个弊端。
发明内容
为克服现有技术中存在的制备单晶铸件时需要制备相应取向的籽晶，导致籽晶通用性差，增加了籽晶法制备单晶高温合金成本的不足，本发明提出了一种采用带孔冷却板辅助＜001＞取向籽晶制备单晶高温合金的方法。
本发明的具体过程是：
步骤1，制备＜001＞取向的籽晶：
采用劳埃法在镍基单晶高温合金试样上标出晶体＜001＞方向，随后定向切割出方形单晶，方形单晶轴线与晶体＜001＞方向平行，得到籽晶坯。对籽晶坯表面进行磨制及清洗，得到籽晶。
所述籽晶的长度为20mm～50mm，籽晶边长为1.5×1.5mm～15×15mm。
步骤2，制作带孔冷却板：
切割钢板，得到冷却板坯；
在该冷却板坯的中心切割出贯通的籽晶插入孔；所述籽晶插入孔的几何中心线偏离所述零件段的轴线；所偏离的方向与角度与铸件晶体＜001＞方向一致；所述偏离角度为5～55度，使该冷却板坯入口与出口并不在同一垂直面上；得到带孔冷却板；
所述冷却板的直径为50mm、厚度为5mm～10mm；所述籽晶插入孔的边长为3× 3mm～15×15mm。
步骤3，制作带有籽晶的模壳：
所述模壳包括零件段、过渡段、籽晶和带孔冷却板
首先采用石蜡分段制作蜡模；所述蜡模包含零件段蜡模、过渡段蜡模、带孔冷却板蜡模。按顺序将该零件段蜡模、过渡段蜡模、籽晶和冷却板蜡模依次焊接为整体，得到整体铸件蜡模。
利用得到的整体铸件蜡模，采用熔模铸造工艺制作所述带有籽晶的模壳。
所述零件段的内径为8～40mm；所述过渡段的圆周表面为锥面；该过渡段大端端面的直径为10～50mm，小端端面的直径为6～30mm，过渡段的长度为5～10mm。
所述蜡模中籽晶的轴线偏离零件段轴线；所偏离的方向与角度与铸件晶体＜001＞方向一致。所述偏离角度为5～55度。
步骤4，定向凝固制备所需取向的单晶高温合金铸件。
将所述带孔冷却板从步骤3制得的带籽晶的模壳的底部放入该模壳内部，完成带有籽晶的模壳组合。
将组合后的带孔冷却板与模壳放入定向凝固炉中。将定向凝固炉升温至 1480℃～1550℃，使所述籽晶部分熔化，使所述籽晶部分熔化，产生长度为7mm的糊状区；保温20～30min。
将制备单晶高温合金铸件的母合金置于坩埚中加热，熔化成熔融状态，得到母合金溶液。
待所述籽晶糊状区保温结束后，将所述溶液母合金浇注到模壳中，保持定向凝固炉温度不变。母合金溶液在模壳中静置20～30min后，以1～9mm/min的速度向下抽拉，制得＜001＞方向偏离轴线5～55度的单晶高温合金铸件。
至此，完成采用带孔冷却板辅助＜001＞取向籽晶制备单晶高温合金的过程。
与现有技术相比较，本发明取得的有益效果为：
本发明通过将＜001＞取向籽晶的轴向与铸件的轴向形成一定的角度a，当液态母合金浇入后，晶体生长会沿着与籽晶相同的结晶位相生长，即可以得到＜001＞方向偏离轴线a的铸件。由于籽晶是倾斜放置的，采用传统冷却板无法冷却籽晶，从而导致籽晶熔化制备失败，因为籽晶是倾斜放置的使得模壳受力不均匀，使用带孔冷却板冷却籽晶及辅助支撑模壳，确保单晶制备过程中籽晶底端保持固相并保持模壳完整性。设置籽晶预埋于模壳中，加工过程中操作简单，可以减小操作从而提高单晶制备的成功率。设置穿透性的籽晶插入孔，不仅可以保证籽晶底部能得到较好的冷却，保持固相。而且也可以减小孔在加工过程中的制备难度。将过渡段设置为圆台状结构，一方面使得籽晶与零件段之间有一定的缓冲，以保证籽晶与零件段之间能够较好的连接。一方面当合金浇注到模壳中时，减缓浇注液冲刷速度，确保定向凝固过程中籽晶顶端不出现杂晶等凝固缺陷。采用本发明能够实现用＜001＞取向籽晶制备出特定取向的单晶铸件，如图6所示，说明可以通过改变籽晶偏离轴向一定的角度制备出特定取向的单晶铸件。
图1为本发明提供的铸件蜡模结构示意图。
图2为本发明的过渡结构示意图。
图3为本发明籽晶的示意图。
图4为本发明带孔冷冷却板三维示意图。
图5为本发明的模壳结构示意图。
图6为使用本方法制备的单晶样品横截面组织。
图7为本发明的流程图。
图中：1.零件段；2.过渡段；3.籽晶；4.带孔冷却板；5.偏离角度；6.籽晶插入孔。
具体实施方式
实施例1
本实施例是使用＜001＞取向籽晶制备＜001＞方向偏离零件段轴向5度的单晶高温合金零件段的方法。
本实施例的具体步骤如下
步骤1，制备＜001＞取向的籽晶：
采用劳埃法在镍基单晶高温合金试样上标出晶体＜001＞方向，随后定向切割出方形单晶，方形单晶轴线与晶体＜001＞方向平行，得到籽晶坯。对籽晶坯表面进行磨制及清洗，得到籽晶3。
所述籽晶3的长度为30mm，边长为1.5×1.5mm；所述磨制及清洗包括以下步骤：依次采用80#、240#、400#、600#和800#砂纸打磨后，使用酒精清洗；所述酒精的纯度为95％以上。
步骤2，制作带孔冷却板：
制作所述带孔冷却板时，将钢板切割为厚度为5mm、直径为50mm的圆形板，得到冷却板坯。
在该冷却板坯的中心切割出贯通的籽晶插入孔6。该籽晶插入孔的边长为1.5×1.5mm。所述籽晶插入孔6的几何中心线偏离所述零件段的轴线；所偏离的方向与角度与铸件晶体＜001＞方向一致；所述偏离角度5为5度，使该冷却板坯入口与出口并不在同一垂直面上。
得到带孔冷却板4
步骤3，制作带有籽晶的模壳：
所述模壳包括零件段1、过渡段2、籽晶3和带孔冷却板4
首先采用石蜡分段制作蜡模；所述蜡模包含零件段蜡模、过渡段蜡模、带孔冷却板蜡模。按顺序将该零件段蜡模、过渡段蜡模、籽晶和冷却板蜡模焊接为整体，修整各焊接处，使得各链接处的表面光滑，使得各焊接处的表面光滑，得到整体铸件蜡模。
利用得到的整体铸件蜡模，采用熔模铸造工艺制作所述带有籽晶的模壳。
所述零件段1为圆柱形，其内径为9mm。
所述过渡段2的圆周表面为锥面。将该过渡段2的大端端面与零件段1下端端面连接。该过渡段2大端端面的直径与所述零件段1的直径相同；将该过渡段2小端与籽晶3段连接。
该过渡段2的大端端面的直径为9mm，小端端面的直径为5mm，过渡段2的长度为5mm。
所述蜡模中籽晶3的轴线偏离零件段1轴线；所偏离的方向与角度与铸件晶体＜001＞方向一致。所述偏离角度为5度。
步骤4，定向凝固制备所需取向的单晶高温合金铸件。
将步骤2制得的带孔冷却板4从步骤3制得的带籽晶的模壳的底部放入该模壳内部，完成所述带有籽晶的模壳组合。
将组合后的带孔冷却板与模壳放入定向凝固炉中。将定向凝固炉升温至 1480℃℃，使所述籽晶部分熔化，使所述籽晶部分熔化，产生长度为7mm的糊状区；保温20min。
将制备单晶高温合金铸件的母合金置于坩埚中加热，熔化成熔融状态，得到母合金溶液。
待所述籽晶糊状区保温结束后，将所述溶液母合金浇注到模壳中，保持定向凝固炉温度不变。母合金溶液在模壳中静置20min后，以3mm/min的速度向下抽拉，制得＜001＞方向偏离轴线5度的单晶高温合金铸件
实施例2
本实施例是使用＜001＞取向籽晶制备＜001＞方向偏离零件段轴向15度的单晶高温合金零件段的方法。
本实施例的具体步骤如下
步骤1，制备＜001＞取向的籽晶：
采用劳埃法在镍基单晶高温合金试样上标出晶体＜001＞方向，随后定向切割出方形单晶，方形单晶轴线与晶体＜001＞方向平行，得到籽晶坯。对籽晶坯表面进行磨制及清洗，得到籽晶3。
所述籽晶3的长度为20mm，边长为2.5×2.5mm；所述磨制及清洗包括以下步骤：依次采用80#、240#、400#、600#和800#砂纸打磨后，使用酒精清洗；所述酒精的纯度为95％以上。
步骤2，制作带孔冷却板：
制作所述带孔冷却板时，将钢板切割为厚度为5mm、直径为50mm的圆形板，得到冷却板坯。
在该冷却板坯的中心切割出贯通的籽晶插入孔6。该籽晶插入孔的边长为2.5×2.5mm。所述籽晶插入孔6的几何中心线偏离所述零件段的轴线；所偏离的方向与角度与铸件晶体＜001＞方向一致；所述偏离角度5为15度，使该冷却板坯入口与出口并不在同一垂直面上。
得到带孔冷却板4
步骤3，制作带有籽晶的模壳：
所述模壳包括零件段1、过渡段2、籽晶3和带孔冷却板4
首先采用石蜡分段制作蜡模；所述蜡模包含零件段蜡模、过渡段蜡模、带孔冷却板蜡模。按顺序将该零件段蜡模、过渡段蜡模、籽晶和冷却板蜡模焊接为整体，修整各焊接处，使得各链接处的表面光滑，使得各焊接处的表面光滑，得到整体铸件蜡模。
利用得到的整体铸件蜡模，采用熔模铸造工艺制作所述带有籽晶的模壳。
所述零件段1为圆柱形，其内径为9mm。
所述过渡段2的圆周表面为锥面。将该过渡段2的大端端面与零件段1下端端面连接。该过渡段2大端端面的直径与所述零件段1的直径相同；将该过渡段2小端与籽晶3段连接。
该过渡段2的大端端面的直径为9mm，小端端面的直径为5mm，过渡段2的长度为5mm。
所述蜡模中籽晶3的轴线偏离零件段1轴线；所偏离的方向与角度与铸件晶体＜001＞方向一致。所述偏离角度5为15度。
步骤4，定向凝固制备所需取向的单晶高温合金铸件。
将步骤2制得的带孔冷却板4从步骤3制得的带籽晶的模壳的底部放入该模壳内部，完成所述带有籽晶的模壳组合。
将组合后的带孔冷却板与模壳放入定向凝固炉中。将定向凝固炉升温至 1480℃℃，使所述籽晶部分熔化，使所述籽晶部分熔化，产生长度为7mm的糊状区；保温20min。
将制备单晶高温合金铸件的母合金置于坩埚中加热，熔化成熔融状态，得到母合金溶液。
待所述籽晶糊状区保温结束后，将所述溶液母合金浇注到模壳中，保持定向凝固炉温度不变。母合金溶液在模壳中静置20min后，以3mm/min的速度向下抽拉，制得＜001＞方向偏离轴线15度的单晶高温合金铸件
实施例3
本实施例是使用＜001＞取向籽晶制备＜001＞方向偏离零件段轴向20度的单晶高温合金零件段的方法。
本实施例的具体步骤如下
步骤1，制备＜001＞取向的籽晶：
采用劳埃法在镍基单晶高温合金试样上标出晶体＜001＞方向，随后定向切割出方形单晶，方形单晶轴线与晶体＜001＞方向平行，得到籽晶坯。对籽晶坯表面进行磨制及清洗，得到籽晶3。
所述籽晶3的长度为25mm，边长为3×3mm；所述磨制及清洗包括以下步骤：依次采用80#、240#、400#、600#和800#砂纸打磨后，使用酒精清洗；所述酒精的纯度为95％以上。
步骤2，制作带孔冷却板：
制作所述带孔冷却板时，将钢板切割为厚度为6mm、直径为50mm的圆形板，得到冷却板坯。
在该冷却板坯的中心切割出贯通的籽晶插入孔6。该籽晶插入孔的边长为3×3mm。所述籽晶插入孔6的几何中心线偏离所述零件段的轴线；所偏离的方向与角度与铸件晶体＜001＞方向一致；所述偏离角度5为20度，使该冷却板坯入口与出口并不在同一垂直面上。
得到带孔冷却板4
步骤3，制作带有籽晶的模壳：
所述模壳包括零件段1、过渡段2、籽晶3和带孔冷却板4
首先采用石蜡分段制作蜡模；所述蜡模包含零件段蜡模、过渡段蜡模、带孔冷却板蜡模。按顺序将该零件段蜡模、过渡段蜡模、籽晶和冷却板蜡模焊接为整体，修整各焊接处，使得各链接处的表面光滑，使得各焊接处的表面光滑，得到整体铸件蜡模。
利用得到的整体铸件蜡模，采用熔模铸造工艺制作所述带有籽晶的模壳。
所述零件段1为圆柱形，其内径为11mm。
所述过渡段2的圆周表面为锥面。将该过渡段2的大端端面与零件段1下端端面连接。该过渡段2大端端面的直径与所述零件段1的直径相同；将该过渡段2小端与籽晶3段连接。
该过渡段2的大端端面的直径为11mm，小端端面的直径为6mm，过渡段2的长度为6mm。
所述蜡模中籽晶3的轴线偏离零件段1轴线；所偏离的方向与角度与铸件晶体＜001＞方向一致。所述偏离角度为20度。
步骤4，定向凝固制备所需取向的单晶高温合金铸件。
将步骤2制得的带孔冷却板4从步骤3制得的带籽晶的模壳的底部放入该模壳内部，完成所述带有籽晶的模壳组合。
将组合后的带孔冷却板与模壳放入定向凝固炉中。将定向凝固炉升温至 1500℃℃，使所述籽晶部分熔化，使所述籽晶部分熔化，产生长度为7mm的糊状区；保温20min。
将制备单晶高温合金铸件的母合金置于坩埚中加热，熔化成熔融状态，得到母合金溶液。
待所述籽晶糊状区保温结束后，将所述溶液母合金浇注到模壳中，保持定向凝固炉温度不变。母合金溶液在模壳中静置20min后，以3mm/min的速度向下抽拉，制得＜001＞方向偏离轴线20度的单晶高温合金铸件
实施例4
本实施例是使用＜001＞取向籽晶制备＜001＞方向偏离零件段轴向35度的单晶高温合金零件段的方法。
本实施例的具体步骤如下
步骤1，制备＜001＞取向的籽晶：
采用劳埃法在镍基单晶高温合金试样上标出晶体＜001＞方向，随后定向切割出方形单晶，方形单晶轴线与晶体＜001＞方向平行，得到籽晶坯。对籽晶坯表面进行磨制及清洗，得到籽晶3。
所述籽晶3的长度为30mm，边长为5×5mm；所述磨制及清洗包括以下步骤：依次采用80#、240#、400#、600#和800#砂纸打磨后，使用酒精清洗；所述酒精的纯度为95％以上。
步骤2，制作带孔冷却板：
制作所述带孔冷却板时，将钢板切割为厚度为7mm、直径为50mm的圆形板，得到冷却板坯。
在该冷却板坯的中心切割出贯通的籽晶插入孔6。该籽晶插入孔的边长为5×5mm。所述籽晶插入孔6的几何中心线偏离所述零件段的轴线；所偏离的方向与角度与铸件晶体＜001＞方向一致；所述偏离角度为35度，使该冷却板坯入口与出口并不在同一垂直面上。
得到带孔冷却板4
步骤3，制作带有籽晶的模壳：
所述模壳包括零件段1、过渡段2、籽晶3和带孔冷却板4
首先采用石蜡分段制作蜡模；所述蜡模包含零件段蜡模、过渡段蜡模、带孔冷却板蜡模。按顺序将该零件段蜡模、过渡段蜡模、籽晶和冷却板蜡模焊接为整体，修整各焊接处，使得各链接处的表面光滑，使得各焊接处的表面光滑，得到整体铸件蜡模。
利用得到的整体铸件蜡模，采用熔模铸造工艺制作所述带有籽晶的模壳。
所述零件段1为圆柱形，其内径为20mm。
所述过渡段2的圆周表面为锥面。将该过渡段2的大端端面与零件段1下端端面连接。该过渡段2大端端面的直径与所述零件段1的直径相同；将该过渡段2小端与籽晶3段连接。
该过渡段2的大端端面的直径为20mm，小端端面的直径为10mm，过渡段2的长度为6mm。
所述蜡模中籽晶3的轴线偏离零件段1轴线；所偏离的方向与角度与铸件晶体＜001＞方向一致。所述偏离角度5为35度。
步骤4，定向凝固制备所需取向的单晶高温合金铸件。
将步骤2制得的带孔冷却板4从步骤3制得的带籽晶的模壳的底部放入该模壳内部，完成所述带有籽晶的模壳组合。
将组合后的带孔冷却板与模壳放入定向凝固炉中。将定向凝固炉升温至 1520℃℃，使所述籽晶部分熔化，使所述籽晶部分熔化，产生长度为7mm的糊状区；保温20min。
将制备单晶高温合金铸件的母合金置于坩埚中加热，熔化成熔融状态，得到母合金溶液。
待所述籽晶糊状区保温结束后，将所述溶液母合金浇注到模壳中，保持定向凝固炉温度不变。母合金溶液在模壳中静置20min后，以2mm/min的速度向下抽拉，制得＜001＞方向偏离轴线35度的单晶高温合金铸件
实施例5
本实施例是使用＜001＞取向籽晶制备＜001＞方向偏离零件段轴向55度的单晶高温合金零件段的方法。
本实施例的具体步骤如下
步骤1，制备＜001＞取向的籽晶：
采用劳埃法在镍基单晶高温合金试样上标出晶体＜001＞方向，随后定向切割出方形单晶，方形单晶轴线与晶体＜001＞方向平行，得到籽晶坯。对籽晶坯表面进行磨制及清洗，得到籽晶3。
所述籽晶3的长度为50mm，边长为8×8mm；所述磨制及清洗包括以下步骤：依次采用80#、240#、400#、600#和800#砂纸打磨后，使用酒精清洗；所述酒精的纯度为95％以上。
步骤2，制作带孔冷却板：
制作所述带孔冷却板时，将钢板切割为厚度为7mm、直径为50mm的圆形板，得到冷却板坯。
在该冷却板坯的中心切割出贯通的籽晶插入孔6。该籽晶插入孔的边长为8×8mm。所述籽晶插入孔6的几何中心线偏离所述零件段的轴线；所偏离的方向与角度与铸件晶体＜001＞方向一致；所述偏离角度为55度，使该冷却板坯入口与出口并不在同一垂直面上。
得到带孔冷却板4
步骤3，制作带有籽晶的模壳：
所述模壳包括零件段1、过渡段2、籽晶3和带孔冷却板4
首先采用石蜡分段制作蜡模；所述蜡模包含零件段蜡模、过渡段蜡模、带孔冷却板蜡模。按顺序将该零件段蜡模、过渡段蜡模、籽晶和冷却板蜡模焊接为整体，修整各焊接处，使得各链接处的表面光滑，使得各焊接处的表面光滑，得到整体铸件蜡模。
利用得到的整体铸件蜡模，采用熔模铸造工艺制作所述带有籽晶的模壳。
所述零件段1为圆柱形，其内径为39mm。
所述过渡段2的圆周表面为锥面。将该过渡段2的大端端面与零件段1下端端面连接。该过渡段2大端端面的直径与所述零件段1的直径相同；将该过渡段2小端与籽晶3段连接。
该过渡段2的大端端面的直径为39mm，小端端面的直径为13mm，过渡段2的长度为10mm。
所述蜡模中籽晶3的轴线偏离零件段1轴线；所偏离的方向与角度与铸件晶体＜001＞方向一致。所述偏离角度为55度。
步骤4，定向凝固制备所需取向的单晶高温合金铸件。
将步骤2制得的带孔冷却板4从步骤3制得的带籽晶的模壳的底部放入该模壳内部，完成所述带有籽晶的模壳组合。
将组合后的带孔冷却板与模壳放入定向凝固炉中。将定向凝固炉升温至 1550℃℃，使所述籽晶部分熔化，使所述籽晶部分熔化，产生长度为7mm的糊状区；保温20min。
将制备单晶高温合金铸件的母合金置于坩埚中加热，熔化成熔融状态，得到母合金溶液。
待所述籽晶糊状区保温结束后，将所述溶液母合金浇注到模壳中，保持定向凝固炉温度不变。母合金溶液在模壳中静置20min后，以1mm/min的速度向下抽拉，制得＜001＞方向偏离轴线55度的单晶高温合金铸件。

Claims (6)

1.一种采用带孔冷却板辅助<001>取向籽晶制备单晶高温合金的方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1，制备<001>取向的籽晶：
采用劳埃法在镍基单晶高温合金试样上标出晶体<001>方向，随后定向切割出方形单晶，方形单晶轴线与晶体<001>方向平行，得到籽晶坯；对籽晶坯表面进行磨制及清洗，得到籽晶；
步骤2，制作带孔冷却板：
切割钢板，得到冷却板坯；
在该冷却板坯的中心切割出贯通的籽晶插入孔；所述籽晶插入孔的几何中心线偏离所述零件段的轴线；所偏离的方向与角度与铸件晶体<001>方向一致；所述偏离角度为5～55度，使该冷却板坯入口与出口并不在同一垂直面上；得到带孔冷却板；
步骤3，制作带有籽晶的模壳：
所述模壳包括零件段、过渡段、籽晶和带孔冷却板；
采用石蜡分段制作蜡模；所述蜡模包含零件段蜡模、过渡段蜡模、带孔冷却板蜡模；按顺序将该零件段蜡模、过渡段蜡模、籽晶和冷却板蜡模焊接为整体，得到整体铸件蜡模；
利用得到的整体铸件蜡模，采用熔模铸造工艺制作所述带有籽晶的模壳；
步骤4，定向凝固制备所需取向的单晶高温合金铸件：
将所述带孔冷却板从步骤3制得的带籽晶的模壳的底部放入该模壳内部，完成带有籽晶的模壳组合；
将组合后的带孔冷却板与模壳放入定向凝固炉中；将定向凝固炉升温至1480℃～1550℃，使所述籽晶部分熔化，使所述籽晶部分熔化，产生长度为7mm的糊状区；保温20～30min；
将制备单晶高温合金铸件的母合金置于坩埚中加热，熔化成熔融状态，得到母合金溶液；
待所述籽晶糊状区保温结束后，将所述溶液母合金浇注到模壳中，保持定向凝固炉温度不变；熔融母合金在模壳中静置20～30min后，以1～9mm/min的速度向下抽拉，制得<001>方向偏离轴线5～55度的单晶高温合金铸件；
至此，完成采用带孔冷却板辅助<001>取向籽晶制备单晶高温合金的过程。
2.如权利要求1所述采用带孔冷却板辅助<001>取向籽晶制备单晶高温合金的方法，其特征在于，步骤1制备的籽晶的长度为20mm～50mm，籽晶边长为3×3mm～15×15mm。
3.如权利要求1所述采用带孔冷却板辅助<001>取向籽晶制备单晶高温合金的方法，其特征在于，所述冷却板的直径为50mm、厚度为5mm～10mm；所述籽晶插入孔的边长为3×3mm～15×15mm。
4.如权利要求1所述采用带孔冷却板辅助<001>取向籽晶制备单晶高温合金的方法，其特征在于，所述蜡模中籽晶的轴线偏离零件段轴线；所偏离的方向与角度与铸件晶体<001>方向一致；所述偏离角度为5～55度。
5.如权利要求1所述采用带孔冷却板辅助<001>取向籽晶制备单晶高温合金的方法，其特征在于，步骤3得到的模壳中：所述零件段的内径为8～40mm；所述过渡段的圆周表面为锥面，该过渡段大端端面的直径为10～50mm，小端端面的直径为6～30mm，过渡段的长度为5～10mm。
6.如权利要求1所述采用带孔冷却板辅助<001>取向籽晶制备单晶高温合金的方法，其特征在于，所述带孔冷却板的直径为50mm、厚度为5mm～10mm。
CN202210211477.9A 2022-03-05 2022-03-05 采用带孔冷却板辅助<001>取向籽晶制备单晶高温合金的方法 Active CN114618993B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210211477.9A CN114618993B (zh) 2022-03-05 2022-03-05 采用带孔冷却板辅助<001>取向籽晶制备单晶高温合金的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210211477.9A CN114618993B (zh) 2022-03-05 2022-03-05 采用带孔冷却板辅助<001>取向籽晶制备单晶高温合金的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114618993A true CN114618993A (zh) 2022-06-14
CN114618993B CN114618993B (zh) 2023-05-12

Family

ID=81899954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210211477.9A Active CN114618993B (zh) 2022-03-05 2022-03-05 采用带孔冷却板辅助<001>取向籽晶制备单晶高温合金的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114618993B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050205002A1 (en) * 2004-03-18 2005-09-22 Rolls-Royce Plc Casting method
CN102312281A (zh) * 2010-07-05 2012-01-11 赵钧永 含籽晶的晶体材料及其制造方法和制造装置
RU2492025C1 (ru) * 2012-03-27 2013-09-10 Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией
CN108624959A (zh) * 2018-04-17 2018-10-09 西北工业大学 使用经固溶处理的籽晶制备单晶高温合金的方法
CN112045169A (zh) * 2018-11-27 2020-12-08 安徽应流航源动力科技有限公司 一种可精控三维晶体取向的单晶高温合金叶片的铸造方法
CN113084088A (zh) * 2021-03-30 2021-07-09 贵阳航发精密铸造有限公司 精控服役方向晶体取向的双联单晶导向叶片的铸造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050205002A1 (en) * 2004-03-18 2005-09-22 Rolls-Royce Plc Casting method
CN102312281A (zh) * 2010-07-05 2012-01-11 赵钧永 含籽晶的晶体材料及其制造方法和制造装置
RU2492025C1 (ru) * 2012-03-27 2013-09-10 Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией
CN108624959A (zh) * 2018-04-17 2018-10-09 西北工业大学 使用经固溶处理的籽晶制备单晶高温合金的方法
CN112045169A (zh) * 2018-11-27 2020-12-08 安徽应流航源动力科技有限公司 一种可精控三维晶体取向的单晶高温合金叶片的铸造方法
CN113084088A (zh) * 2021-03-30 2021-07-09 贵阳航发精密铸造有限公司 精控服役方向晶体取向的双联单晶导向叶片的铸造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
谢信亮;余建波;玄伟东;任兴孚;王江;任忠鸣;: "籽晶成分对单晶高温合金定向凝固起始界面形态和取向的影响" *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114618993B (zh) 2023-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108624959B (zh) 使用经固溶处理的籽晶制备单晶高温合金的方法
EP2024114B1 (en) Sequential mold filling
CN107745093B (zh) 一种精铸模组及利用其制备可精控晶体取向的镍基单晶导叶的铸造方法
US3542120A (en) Apparatus for producing single crystal metallic alloy objects
US7204294B2 (en) Casting method
CN105839186B (zh) 一种重复使用籽晶制备单晶高温合金的方法
US4580613A (en) Method and mold for casting articles having a predetermined crystalline orientation
RU2647422C2 (ru) Оболочковая форма, имеющая теплозащитный экран
US8201612B2 (en) Process for manufacturing directionally solidified blades
CN111139522B (zh) 使用Ni-W异质籽晶制备DD3单晶高温合金试棒的方法
US3857436A (en) Method and apparatus for manufacturing monocrystalline articles
CN113089078B (zh) 籽晶法制备空心大尺寸双联整铸单晶导向叶片的铸造方法
JPH03352B2 (zh)
CN111097875B (zh) 一种内冷铁用于厚大型熔模铸件加速凝固冷却的铸造工艺
CN114618993A (zh) 采用带孔冷却板辅助&lt;001&gt;取向籽晶制备单晶高温合金的方法
EP0092496B1 (en) Mold with starter and selector sections for directional solidification casting
US4712604A (en) Apparatus for casting directionally solidified articles
RU2492025C1 (ru) Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией
CN114606563B (zh) 一种籽晶可通用和能重复使用制备单晶高温合金的方法
CN113909440A (zh) 一种带孔高温合金薄壁圆管铸件的制备方法
RU2732492C1 (ru) Способ получения отливок с направленной структурой
CN117862417A (zh) 一种封闭式型壳制备单晶高温合金铸件的方法
CN115055641B (zh) 一种单晶导向叶片及其熔模精密铸造方法
CN217666228U (zh) 一种单晶导向叶片蜡模结构
CN114622270A (zh) 一种制备单晶高温合金试棒的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant