RU1813818C - Method of production of monocrystals of nickel-containing alloy with dendrite structure - Google Patents
Method of production of monocrystals of nickel-containing alloy with dendrite structureInfo
- Publication number
- RU1813818C RU1813818C SU4904347A RU1813818C RU 1813818 C RU1813818 C RU 1813818C SU 4904347 A SU4904347 A SU 4904347A RU 1813818 C RU1813818 C RU 1813818C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- single crystals
- nickel
- angle
- alloy
- interface
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Использование: металлурги монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов. Сущность изобретени : кристаллы выращивают направленной кристаллизацией расплава в тигле в градиенте температуры в направлении, составл ющем угол 20-30° с направлением 100 границу раздела фаз кристалл-расплав создают с углом наклона ее нормали к направлению кристаллизации не менее 30°. 4 табл. 1 ил.Usage: metallurgists single crystals of heat-resistant nickel alloys. SUMMARY OF THE INVENTION: crystals are grown by directional crystallization of a melt in a crucible in a temperature gradient in an angle of 20-30 °; with a direction of 100, the crystal-melt phase boundary is created with an angle of inclination of its normal to the crystallization direction of at least 30 °. 4 tab. 1 ill.
Description
, Изобретение относитс к металлургии монокристаллов и может использоватьс при оптимизации технологии получени монокристаллических изделий из жаропрочных сплавов на основе никел .The invention relates to the metallurgy of single crystals and can be used to optimize the technology for producing single crystal products from heat-resistant nickel-based alloys.
Цель изобретени - повышение однородности и совершенства структуры монокристаллов .The purpose of the invention is to increase the uniformity and perfection of the structure of single crystals.
Поставленна цель достигаетс тем, что в известном способе, включающем направленную кристаллизацию со скорост ми и температурными градиентами, обеспечивающими формирование дендритной структуры монокристаллов никелевого сплава, межфазную поверхность формируют асимметричной с углом наклона ее нормали к .направлению выращивани 30° и обеспечивают , например, с помощью затравки,The goal is achieved in that in the known method, including directional crystallization with speeds and temperature gradients that ensure the formation of the dendritic structure of single crystals of nickel alloy, the interfacial surface is formed asymmetric with an angle of inclination of its normal to the direction of growth of 30 ° and provide, for example, using seeds
такую ориентацию монокристалла, чтобы кристаллографическое направление 100 составл ло с нормалью к межфазной поверхности у гол 0-10°.such a single crystal orientation that the crystallographic direction 100 is normal to the interface at a goal of 0-10 °.
Предлагаемый способ основан на следующих физических закономерност х формировани структуры дендритных монокристаллов никелевых сплавов при направленной кристаллизации. Структура получающихс образцов формируетс дет ндритным ансамблем, развивающимс из одного центра или затравки, Нар ду с основными стволами (первого пор дка) хорошо развиваютс ветви 2-го и 3-го пор дков. (1). Развитие первичных стволов и ветвей высших пор дков происходит в кристаллографических направлени х типа 100.The proposed method is based on the following physical laws of structure formation of dendritic single crystals of nickel alloys during directional crystallization. The structure of the resulting samples is formed by a children’s ensemble developing from one center or seed, along with the main trunks (first order), branches of the 2nd and 3rd order develop well. (1). The development of primary trunks and higher order branches occurs in crystallographic directions of type 100.
0000
(А) 00(A) 00
0000
Суть способа заключаетс п целенаправленной трансформации осеоимметрич- иой межфазной поверхности в асимметричную, наклоненную под некоторым углом к направлению выращивани в сочетании с оптимальной ориентацией монокристалла в направлении выращивани .The essence of the method lies in the targeted transformation of the axisymmetric interphase surface into an asymmetric one, inclined at an angle to the direction of growth in combination with the optimal orientation of the single crystal in the direction of growth.
Угол наклона / между направлением выращивани и нормалью к межфазной поверхности должен быть больше или равен 30°С. В этом случае, при условии, что угол между нормалью к межфазной поверхности и кристаллографическим направлением типа 100 (о) достаточно мал (п 10°) удает- с добитьс однородного строени дендритного ансамбл , характеризующегос посто нством дендритного параметра (рассто ние между первичными стволами) по диаметру монокристаллов. Отметим, что у полученных при таких услови х монокристаллов , значительно снижаетс количество паразитных зерен, образующихс вследствие флуктуационно возникающих отдельных независимых центров кристаллизации. При (3 30 про вление эффекта значительно ослабевает.The angle of inclination / between the growing direction and the normal to the interface should be greater than or equal to 30 ° C. In this case, provided that the angle between the normal to the interphase surface and the crystallographic direction of type 100 (o) is sufficiently small (n 10 °), it is possible to achieve a homogeneous structure of the dendritic ensembles, characterized by the constant dendritic parameter (distance between the primary trunks) by the diameter of single crystals. Note that for single crystals obtained under such conditions, the number of spurious grains formed as a result of fluctuating separate independent crystallization centers is significantly reduced. At (3 30, the manifestation of the effect is significantly weakened.
В предлагаемом способе угол наклона межфазной поверхности и кристаллографическа ориентаци ее нормали оказывает существенное воздействие на развитие субструктуры в монокристаллах никелевого сплава с дендритным строением. При выполнении услови / 30° в сочетании с и 10° крупных блоков субструктуры, разделенных малоуглоиыми границами срастани {один из главных дефектов структуры дендритных монокристаллов никелевых сплавов, выращенных при осесимметрич- ной межфазной поверхности), не образуетс . Уменьшаетс также количество фрагментов (небольших участков кристалла, отдел емых от матрицы малоугловыми границами 1-3°) и угол максимальной разори- ентэции монокристалла.In the proposed method, the angle of inclination of the interface and the crystallographic orientation of its normal have a significant effect on the development of the substructure in single crystals of a nickel alloy with a dendritic structure. Under the condition of / 30 ° in combination with and 10 °, large substructure blocks separated by low-angle intergrowths (one of the main structural defects in dendritic single crystals of nickel alloys grown at an axisymmetric interface) does not form. The number of fragments (small sections of the crystal separated from the matrix by small-angle boundaries of 1-3 °) and the angle of maximum misorientation of the single crystal also decrease.
Из вышеизложенного сен механизм формировани структуросовершенных монокристаллов с дендритным строением при наклонной межфазной поверхности в предлагаемом техническом решении. Известно, что совершенство таких монокристаллов определ етс устойчивостью дендритного ан- самбл к образованию отдельных независимых (по ориентации) зерен, к флук- туациоиному нарушению профил фронта кристаллизации, к неравновесному захвату вакансий и пр.From the foregoing, sen is the mechanism for the formation of structurally perfect single crystals with a dendritic structure with an inclined interface in the proposed technical solution. It is known that the perfection of such single crystals is determined by the stability of the dendritic ensemble to the formation of separate independent (in orientation) grains, to the fluctuation of the crystallization front profile, to nonequilibrium capture of vacancies, etc.
Пример осуществлени способа. Выращивали монокристаллы с дендритным строением высоколегированного спла0An example of the method. Single crystals with a dendritic structure of a highly alloyed alloy were grown
55
00
55
00
55
00
55
00
55
ва на никелевой основе типа МАР-М200, содержащего вольфрам, хром, алюминий молибден, титан, кобальт, углерод, ванадий, ниобий (суммарное количество легирующих элементов не превышало 40 мае.%)и бинарный сплав NI - 27%W. Дл каждого сплава проводили по 2 серии экспериментов - с осесимметричной межфазной поверхностью и с наклонной. При выращивании использовали универсальную высокотемпературную установку дл направленной кри- сталлизации конструкции Института кристаллографии АН СССР. Подбирали услови выращивани , обеспечивающие стабильное развитие дендритного ансамбл дл монокристаллов обоих сплавов. Дл высоколегированного сплава тигель с расплавом выводили из зоны нагрева со скоростью 1,4 мм/мин, дл бинарного 10 мм/мин. Диаметр образцов 9,5 мм, длина 80 мм. Асимметричную межфазную поверхность формировали путем асимметричного расположени тигл в концентрическом нагревателе . Наклон межфазной поверхности определ ли путем металлографического анализа образцов, полученных в специальных экспериментах с остановкой движени тигл и быстрым охлаждением после затвердевани половины образца. Кристаллографическую ориентацию нормали к межфазной поверхности определ ли с помощью рентгенографического метода обратной съемки (по Лауэ) в сочетании с металлографическими исследовани ми. Субструтуру монокристаллов исследовали методом рентгеновской топографии (метод углового сканировани ), разработанным в ИФМ УрО АН СССР.nickel-based alloy MAR-M200, containing tungsten, chromium, aluminum molybdenum, titanium, cobalt, carbon, vanadium, niobium (the total amount of alloying elements did not exceed May 40%) and the binary alloy NI - 27% W. For each alloy, 2 series of experiments were carried out - with an axisymmetric interface and with an inclined surface. When growing, a universal high-temperature apparatus was used for directional crystallization of the design of the Institute of Crystallography of the USSR Academy of Sciences. Growth conditions were selected to ensure the stable development of dendritic ensembles for single crystals of both alloys. For a highly alloyed alloy, the melt crucible was removed from the heating zone at a speed of 1.4 mm / min, for a binary 10 mm / min. The diameter of the samples is 9.5 mm, and the length is 80 mm. An asymmetric interface was formed by asymmetrically positioning the crucible in a concentric heater. The slope of the interface was determined by metallographic analysis of samples obtained in special experiments with stopping the movement of the crucible and rapid cooling after solidification of half of the sample. The crystallographic orientation of the normal to the interfacial surface was determined using the X-ray method of the reverse survey (according to Laue) in combination with metallographic studies. The single crystal substructure was investigated by the method of X-ray topography (angular scanning method) developed at the Institute of Physics of the Ural Branch of the USSR Academy of Sciences.
На чертеже привод тс рентгеновские дифракционные топогрэммы поперечных сечений монокристаллов бинарного сплава NI -- 27%W. полученных при симметричной (а) и асимметричной (б) межфазных поверхност х . На топограммах наблюдаетс картина зкстинционного контраста, типична дл монокристаллов с дендритным строением. На топограмме (а) видны крупные макроблоки , разделенные малоугловыми границами (белые области), просматриваетс разори- ентаци отдельных участков внутри макроблоков . Топограмма (б) указывает на высокое совершенство дендритного монокристалла - малоугловые границы развиты очень слабо, видны отдельные дендритные стволы.The drawing shows X-ray diffraction topograms of the cross sections of single crystals of a binary alloy NI - 27% W. obtained at symmetric (a) and asymmetric (b) interfaces. The topograms show a pattern of extinction contrast typical of single crystals with a dendritic structure. On the topogram (a), large macroblocks are visible, separated by small-angle boundaries (white areas), the disorientation of individual sections inside the macroblocks is visible. Topogram (b) indicates the high perfection of the dendritic single crystal - small-angle boundaries are very poorly developed, individual dendritic trunks are visible.
Результаты экспериментов представлены в табл.1--4, в которых приведены основные параметры, характеризующие структурное совершенстро получавшихс The experimental results are presented in Tables 1--4, which show the main parameters characterizing the structurally perfect
образцов и даны примечани об особенност х их структуры. В таблицах используютс обозначени : в угол максимальной раз- ориентации монокристалла, QI - средний угол разориентации соседних блоков, di/d2 - отношение средних значений дендритного параметра, соответствующих периферийной и центральной област м монокристалла (в поперечном сечении) и (см. выше). При сопоставлении таблицы 1 с таблицей 2 и таблицы 3 с таблицей 4 видно, что дл обоих сплавов монокристаллы, выращенные с асимметричной межфазной поверхностью , по степени структурного совершенства существенно превосход т образцы, полученные при осесимметричной межфазной поверхности при условии, что угол ft 30° и при этом, угол сг 10°. Видно также, что нар ду с повышением степени структурного совершенства по параметрам 0), &i, di/d2 монокристаллы, полученные с асимметричной межфазной поверхностью, более устойчивы к образованию отдельных зерен и фрагментации (см. примечание к таблицам). Таким образом,, экспериментальные результаты указывают на эффективность за вл емого технического решени и обосновывают целесообразность за вл емых пределов угла/ наклона нормали межфазной поверхности к направлению выращивани монокристалла и угла (а) между кристаллографическим направлением 100 и нормалью к межфазной поверхности .samples and notes on the features of their structure. The following notations are used in the tables: in the angle of maximum misorientation of the single crystal, QI is the average misorientation angle of neighboring blocks, di / d2 is the ratio of the average values of the dendritic parameter corresponding to the peripheral and central regions of the single crystal (in cross section) and (see above). When comparing Table 1 with Table 2 and Table 3 with Table 4, it can be seen that for both alloys, single crystals grown with an asymmetric interphase surface are significantly superior in structural perfection to samples obtained with an axisymmetric interphase surface, provided that the angle ft is 30 ° and at the same time, the angle cr 10 °. It is also seen that, along with an increase in the degree of structural perfection in parameters 0), & i, di / d2, single crystals obtained with an asymmetric interphase surface are more resistant to the formation of individual grains and fragmentation (see the note to the tables). Thus, the experimental results indicate the effectiveness of the claimed technical solution and substantiate the feasibility of the stated limits of the angle / slope of the normal of the interface to the direction of growth of the single crystal and the angle (a) between the crystallographic direction of 100 and the normal to the interface.
Таким образом, предлагаемый способ за счет использовани наклонной межфазной поверхности и оптимальной ориентации выращиваемого монокристалла обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества: повышает радиальную однородность дендритных монокристаллов никелевых сплавов, повышает степень структурного совершенства дендритных монокристаллов за счет подавлени развити субструктурных составл ющих, повышает устойчивость растущего монокристалла к образованию паразитных зерен и фрагментации, повышает выход годных монокристаллов (ориентировочно с 60 до 90%).Thus, the proposed method due to the use of an inclined interface and the optimal orientation of the grown single crystal provides the following advantages compared to the prototype: it increases the radial uniformity of dendritic single crystals of nickel alloys, increases the degree of structural perfection of dendritic single crystals by suppressing the development of substructural components, increases the stability of a growing single crystal to parasitic grain formation and fragmentation, increases yield of mo nocrystals (approximately from 60 to 90%).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4904347 RU1813818C (en) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | Method of production of monocrystals of nickel-containing alloy with dendrite structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4904347 RU1813818C (en) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | Method of production of monocrystals of nickel-containing alloy with dendrite structure |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1813818C true RU1813818C (en) | 1993-05-07 |
Family
ID=21556648
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4904347 RU1813818C (en) | 1991-01-22 | 1991-01-22 | Method of production of monocrystals of nickel-containing alloy with dendrite structure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1813818C (en) |
-
1991
- 1991-01-22 RU SU4904347 patent/RU1813818C/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Агапова Е.В., Панкин Г.Н., Пономарев В.В..Ларионов В.Н„ Денисов А.Я. Субструктура никелевого сплава при направленной кристаллизации // Изв. АН СССР, Металлы - 1989, № 2, сД04. Барышев Ё.Е., Костина Т.К., Ларионов В.Е. Зуев Г.И, Зависимость микроструктуры и свойств никелевого сплава от условий плавки // Литейное производство-1985, Ms 7,с.10. Petrov DA, Tumanov A.T. The use of single Crystal Blades // Aircraft Yngeneerlng, 1973, № 9, c.2-5, * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
He et al. | Stable Al–Cu–Co decagonal quasicrystals with decaprismatic solidification morphology | |
CN104471118B (en) | SiC single crystal ingot and its manufacture method | |
US4836881A (en) | Process for synthesizing large diamond | |
CN104704150B (en) | Monocrystalline silicon carbide substrate and its preparation method | |
KR100753322B1 (en) | Method and apparatus for preparing crystal | |
JPS6046993A (en) | Device for pulling up single crystal | |
RU1813818C (en) | Method of production of monocrystals of nickel-containing alloy with dendrite structure | |
Sato et al. | Single crystal growth of the icosahedral zn-mg-ho quasicrystal | |
KR101707350B1 (en) | APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING SiC SINGLE CRYSTAL | |
CA2368380C (en) | Method for growing an .alpha.-sic bulk single crystal | |
Murthy et al. | Growth and characterization of large-size bismuth germanate single crystals by low thermal gradient Czochralski method | |
JP2022159501A (en) | Polycrystalline silicon bar, polycrystalline silicon rod and production method of the same | |
RU2389831C1 (en) | Procedure for growing bicrystals of transition metals | |
Kang et al. | Preferred orientation transition mechanism of faceted-growth materials with FCC structure: Competitive advantage depends on 3D microstructure morphologies | |
Mourer et al. | On the spiral growth of Pb-Sn eutectic alloys | |
Guo et al. | Solid–liquid interface in the growth of a decagonal Al-72 Co-16 Ni-12 quasicrystal | |
Naumowicz et al. | Growth spirals of gadolinium gallium garnet (GGG) crystals | |
Gallagher et al. | The growth and perfection of single crystals of trinitrotoluene (TNT) | |
Azhazha et al. | Morphological transition in the cellular structure of single crystals of nickel-tungsten alloys near the congruent melting point | |
JP2001328899A (en) | METHOD FOR CONTROLLING LAMELLA ORIENTATION OF TiAl SINGLE CRYSTAL ALLOY | |
SU571295A1 (en) | Method of obtaining multicrystals | |
Adámek et al. | Melt growth of non-isoaxial bicrystals of an Fe–3% Si alloy | |
Yokoyama et al. | Production of single quasicrystals | |
JPH05238889A (en) | Production of crystal substance of yttrium hexacontahexaboride for soft x-ray spectroscopy | |
Modrzejewski et al. | Study of low angle boundaries in large crystals of nickel and of iron alloys with nickel or cobalt |