CN116124555B - 一种精准控制高温合金试棒加载区疏松缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精准控制高温合金试棒加载区疏松缺陷的方法，包括对同一模组的试棒，蜡模组模前，在需要获得疏松的试棒的特定区域，对该特定区域的蜡模表面贴蜡纸，形成局部凸起的凸台结构；采用不同厚度的蜡纸，分别贴在同一模组不同试棒蜡模的相同位置。本发明可以有效对试样凝固过程进行人为控制，可精确控制等轴晶铸造高温合金试棒疏松缺陷的位置和等级，制得加载区疏松缺陷位置和等级符合预期的等轴晶试棒，用以研究和评估疏松缺陷对高温合金组织及力学性能的影响，有助于以低成本、可重复、易再现的形式定量揭示铸造疏松与合金力学性能的规律。
Description
技术领域
本发明涉及高温合金精密铸造技术领域，具体涉及一种精准控制高温合金试棒加载区疏松缺陷的方法。
背景技术
疏松作为一种常见铸造缺陷，其分布和等级对材料的力学性能有较大影响，一直是高温合金研究的重要方向之一。为开展疏松缺陷对材料组织和性能的影响研究，往往希望精确控制疏松缺陷形成位置和等级，从而定量揭示其与合金力学性能的关系。
铸造工程师在长期的积累中有诸多办法消除铸造疏松，然而，疏松缺陷的形成受到合金体系、型壳体系、浇注系统设计、热温度参数等诸多因素的影响，因而当需要定向设计出疏松缺陷位置和登记的试棒时缺发现缺陷的精确再现较困难。当材料研究需要评估疏松缺陷对材料组织性能影响规律研究时，存在以下三个困难：1)难以精确将疏松缺陷控制在试棒的加载区；2)疏松的等级难以进行有效控制；3)难以重复浇铸出缺陷位置及等级相当的试样。
为解决上述三个问题，铸造工程师最常见的做法有两种。第一种方法是基于经验海量浇注含有疏松的试样，然后加工、测试，测试完成后再解剖试样分析疏松缺陷等级并研究其与力学性能之间的关系。这种方法可以相对准确评估疏松等级和力学性能之间的关系，然而由于疏松等级及位置存在不确定性，需要测试大量试样，成本高且研究周期长。
另一种方法是海量浇注试样，先进行X射线探伤，确定疏松缺陷位置和射线下疏松等级后进行加工、测试，研究疏松与力学性能的关系。这种方法比第一种方法工作量小，然而由于X射线探伤获得的疏松的监测数据具有厚度方向上的叠加效应，不能代表加工后的试样内部仍然有相应等级的疏松缺陷，因而存在测试量大，研究成本高的问题。因此，如何精准控制等轴晶铸造高温合金试棒加载区疏松缺陷，依然是个亟待解决的问题，目前尚无有效且低成本的手段。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种精准控制高温合金试棒加载区疏松缺陷的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提出了一种精准控制高温合金试棒加载区疏松缺陷的方法，包括：
对同一模组的试棒，蜡模组模前，在需要获得疏松的试棒的特定区域，对该特定区域的蜡模表面贴蜡纸，形成局部凸起的凸台结构；
采用不同厚度的蜡纸，分别贴在同一模组不同试棒蜡模的相同位置。
优选的，所述试棒为等截面圆柱试样，所述试棒个数为偶数。
优选的，同一直径上的两根对应试棒的采用相同的贴蜡纸方式。
优选的，对该特定区域采用与贴蜡方式形成等效凸台结构的金属模具压蜡。
优选的，在同一模组中组合相同的试棒蜡模，在型壳制备完成后、熔炼浇注前，在同一模组的不同试棒上包裹不同厚度的陶瓷棉或碳毡，同一模组中在同一直径上的两根对应试棒采用相同的包裹陶瓷棉或碳毡方式。
优选的，浇注完成后，纵向解剖试样，检验疏松缺陷在铸造试样的位置和等级，用模组中在同一直径上的两根对应试棒的平均值来评价，挑选满足要求的试棒蜡模贴蜡纸或型壳包棉方式重新制模制壳。
优选的，熔炼浇注工艺重复浇注所需的试样用于机加工、测试和分析，根据材料标准进行相应的热等静压和真空热处理。
优选的，含有疏松的试样的疏松区域沿轴向中间位置刻线，然后以该刻线位置为基准加工试样，加工后的成型试样加载区轴向中间位置位于疏松区域正中心。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述的方法可以有效对试样凝固过程进行人为控制，解决常规等轴晶试样疏松位置及等级随机分布的问题，从而精确控制等轴晶铸造高温合金试棒疏松缺陷的位置和等级，制得加载区疏松缺陷位置和等级符合预期的等轴晶试棒，用以研究和评估疏松缺陷对高温合金组织及力学性能的影响，另外该方法适合于制备用于表征疏松缺陷对材料组织和力学性能规律研究的等轴晶铸造高温合金试样，包括但不限定于拉伸、持久、疲劳、蠕变、硬度和冲击试样等，有助于以低成本、可重复、易再现的形式定量揭示铸造疏松与合金力学性能的规律。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明中整体结构立体图一；
图2是本发明中整体结构立体图二；
图3是本发明中不同凸台高度试样的剖面疏松示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例一
参考附图1-3，本实施例提出了一种精准控制高温合金试棒加载区疏松缺陷的方法，包括：
对同一模组的试棒，蜡模组模前，在需要获得疏松的试棒的特定区域，对该特定区域的蜡模表面贴蜡纸，形成局部凸起的凸台结构；
采用不同厚度的蜡纸，分别贴在同一模组不同试棒蜡模的相同位置。
一般情况下，用于等轴晶铸造高温合金试棒的蜡模采用“中间细、两头粗”的“哑铃状”圆柱试样，用于铸造定向柱晶试棒的蜡模采用等截面圆柱试样。
用于材料研究的常规等轴晶铸造高温合金试样为加载区细、夹头段粗的“哑铃状”结构，天然具备良好的凝固补缩效应，因而试样加载区不易产生疏松缺陷，有利于制得致密的铸造试样，具备测试数据分散度小、重复性好和置信度高的优点。
而本申请，为精准控制等轴晶铸造高温合金试棒加载区疏松缺陷的位置和等级，采用用于铸造定向柱晶试棒的“等截面”的圆柱试样。
如图1所示，试棒为等截面圆柱试样，组模采用圆形浇道，试棒数量为偶数，在组模时确保所有试样的流场一致。
对同一模组的试棒，蜡模组模前，在希望获得疏松的试棒的特定区域蜡模表面贴蜡纸，形成局部凸起的凸台结构，该凸台在试棒轴向的长度一般不超过加工后成型试样加载区的长度。
该处所述的特定区域一般指试棒加工后成型试样的加载区，以确保形成的试样的疏松缺陷位于测试试样的加载区；为减少手工贴蜡纸带来的误差，亦可设计与贴蜡方式形成等效凸台结构的金属模具压蜡。
为便于研究疏松等级对试棒力学性能的影响，可采用不同厚度的蜡纸分别贴在同一模组不同试棒蜡模的相同位置，通过调整厚度来调整试棒的疏松缺陷的等级。
为减少试验误差，同一直径上的两根对应试棒的采用相同的贴蜡纸方式。
为便于研究疏松等级对试棒力学性能的影响，可在同一模组中组合相同的试棒蜡模，在型壳制备完成后、熔炼浇注前，在同一模组的不同试棒上包裹不同厚度的陶瓷棉或碳毡，同一模组中在同一直径上的两根对应试棒采用相同的包裹陶瓷棉或碳毡方式。
浇注完成后，纵向解剖试样，检验疏松缺陷在铸造试样的位置和等级，用模组中在同一直径上的两根对应试棒的平均值来评价，挑选满足要求的试棒蜡模贴蜡纸或型壳包棉方式重新制模制壳。
熔炼浇注工艺重复浇注所需的试样用于机加工、测试和分析，根据材料标准进行相应的热等静压和真空热处理。
含有疏松的试样的疏松区域沿轴向中间位置刻线，然后以该刻线位置为基准加工试样，加工后的成型试样加载区轴向中间位置位于疏松区域正中心。
本申请所述方法可以有效对试样凝固过程进行人为控制，从而精确控制等轴晶铸造高温合金试棒疏松缺陷的位置和等级，制得加载区疏松缺陷位置和等级符合预期的等轴晶试棒，用以研究和评估疏松缺陷对高温合金组织及力学性能的影响。
该方法适合于制备用于表征疏松缺陷对材料组织和力学性能规律研究的等轴晶铸造高温合金试样，包括但不限定于拉伸、持久、疲劳、蠕变、硬度和冲击试样等。
本申请打破了等轴晶铸造高温合金的常规研究思路，将用于疏松研究的直接铸造高温合金试样由常规“哑铃状”等轴晶试样替换为等截面的定向凝固试样，并且根据研究需要人为设计不同厚度的径向凸台，增加局部疏松的倾向。
另外，还可根据研究需要，浇注前采用不同厚度的隔热材料对上述试棒型壳进行局部包裹，人为干预试棒的凝固温度场和补缩顺序，从而精确控制疏松缺陷的位置和等级。
本申请的提出，有助于对试样凝固过程进行人为控制，解决常规等轴晶试样疏松位置及等级随机分布的问题，精确控制等轴晶铸造高温合金试棒疏松缺陷的形成位置和等级，制得加载区疏松缺陷位置和等级符合预期的等轴晶试棒，用以研究和评估疏松缺陷对高温合金组织及力学性能的影响，有助于以低成本、可重复、易再现的形式定量揭示铸造疏松与合金力学性能的规律。
实施例二
参考附图1-3，本实施例提出了一种精准控制高温合金试棒加载区疏松缺陷的方法，为获取疏松缺陷为6级的K447A合金980℃持久试棒，具体包括以下步骤：
S1：首先采用160mm长的等截面圆柱试样压蜡，组模采用圆形顶底注浇道，试棒数量为16根，在组模时确保所有试样的流场一致。
S2：将试棒按1～16的顺序编号，然后表面贴蜡纸，其中，1、9号试棒不贴蜡纸，
2、10号试棒沿高度75～85mm处沿圆周方向贴0.5mm厚的蜡纸；
3、11号试棒沿高度75～85mm处沿圆周方向贴1.0mm厚的蜡纸；
4、12号试棒沿高度75～85mm处沿圆周方向贴1.5mm厚的蜡纸；
5、13号试棒沿高度75～85mm处沿圆周方向贴2.0mm厚的蜡纸；
6、14号试棒沿高度75～85mm处沿圆周方向贴2.5mm厚的蜡纸；
7、15号试棒沿高度75～85mm处沿圆周方向贴3.0mm厚的蜡纸；
16号试棒沿高度75～85mm处沿圆周方向贴3.5mm厚的蜡纸；
S3：随后按顺序逆时针将试棒组合在圆形浇道上，确保贴蜡方式相同的试棒沿浇注系统中心对称；
S4:：随后采用常规精密铸造工艺制壳、熔炼浇注K447A试样；
S5：浇注完成后，纵向解剖试样，检验疏松缺陷在铸造试样的位置和等级，发现4、12号试棒疏松位置和等级满足预期。
随后，采用与4、12号试棒相同的工艺重新制模、制壳、熔炼浇注，随后进行热等静压和真空热处理。
最后，沿着疏松区域轴向中间位置刻线，再以该刻线位置为基准加工试样，获得了加载区为6级疏松的K447A合金持久试样。
实施例三
参考附图1-3，本实施例提出了一种精准控制高温合金试棒加载区疏松缺陷的方法，为获取疏松缺陷为7级的K477合金760℃高周疲劳试棒，具体包括以下步骤：
S11：首先采用160mm长的等截面圆柱试样压蜡:，组模采用圆形顶底注浇道，试棒数量为12根，将这些蜡模试棒均匀组合与圆形浇道，确保所有试样的流场一致；
S12：在型壳制备完成后、熔炼浇注前，按1～12的顺序编号，随后在试棒75～85mm处包裹不同厚度的陶瓷棉，以调整试棒的疏松缺陷的等级，其中，
1、2、7、8号试棒不贴陶瓷棉；
3、4、9、10号试棒陶6mm厚陶瓷棉；
5、6、11、12号试棒陶12mm厚陶瓷棉；
S13：随后按顺序逆时针将试棒组合在圆形浇道上，确保贴蜡方式相同的试棒沿浇注系统中心对称；
S14：随后采用常规精密铸造工艺制壳、熔炼浇注K477合金试样；
S15：浇注完成后，纵向解剖试样，检验疏松缺陷在铸造试样的位置和等级，发现3、4、9、10号试棒疏松位置和等级满足预期。
随后，采用与3、4、9、10号试棒相同的工艺重新制模、制壳、熔炼浇注，随后进行热等静压和真空热处理。
最后，沿着疏松区域轴向中间位置刻线，再以该刻线位置为基准加工试样，获得了加载区为7级疏松的K477合金760℃高周疲劳试棒。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种精准控制高温合金试棒加载区疏松缺陷的方法，其特征在于，包括：
对同一模组的试棒，蜡模组模前，在需要获得疏松的试棒的特定区域，对该特定区域的蜡模表面贴蜡纸，形成局部凸起的凸台结构；
采用不同厚度的蜡纸，分别贴在同一模组不同试棒蜡模的相同位置；
所述试棒为等截面圆柱试样，所述试棒个数为偶数；
同一直径上的两根对应试棒采用相同的贴蜡纸方式；
在同一模组中组合相同的试棒蜡模，在型壳制备完成后、熔炼浇注前，在同一模组的不同试棒上包裹不同厚度的陶瓷棉或碳毡，同一模组中在同一直径上的两根对应试棒采用相同的包裹陶瓷棉或碳毡方式；
浇注完成后，纵向解剖试样，检验疏松缺陷在铸造试样的位置和等级，用模组中在同一直径上的两根对应试棒的平均值来评价，挑选满足要求的试棒，并采用与挑选的试棒相同的蜡模贴蜡纸方式和型壳制备完成后、熔炼浇注前包裹陶瓷棉或碳毡的方式重新制模、制壳、熔炼浇注。
2.根据权利要求1所述的一种精准控制高温合金试棒加载区疏松缺陷的方法，其特征在于，对该特定区域采用与贴蜡方式形成等效凸台结构的金属模具压蜡。
3.根据权利要求1所述的一种精准控制高温合金试棒加载区疏松缺陷的方法，其特征在于，熔炼浇注工艺重复浇注所需的试样用于机加工、测试和分析，根据材料标准进行相应的热等静压和真空热处理。
4.根据权利要求2所述的一种精准控制高温合金试棒加载区疏松缺陷的方法，其特征在于，含有疏松的试样的疏松区域沿轴向中间位置刻线，然后以该刻线位置为基准加工试样，加工后的成型试样加载区轴向中间位置位于疏松区域正中心。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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