[發明專利]一種預測定向凝固鑄件中顯微縮松的方法

在審

• 申請號: 201310728647.1
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN104749194A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 稅國彥;關洋;李長春;孫遜;蘇貴橋
• 申請（專利權）人: 沈陽鑄造研究所
• 主分類號: G01N23/00
• 分類號: G01N23/00
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發明涉及一種預測定向凝固鑄件中顯微縮松的方法，屬于定向凝固鑄造領域。

背景技術

在定向葉片生產過程中，除對斜晶、斷晶、雜晶和雀斑等缺陷有限制外，對定向葉片內部的顯微縮松等級也有嚴格要求。在實際定向凝固鑄件生產中，人們常借助數值模擬技術確定定向凝固過程工藝參數，以消除定向凝固鑄件中的斜晶、斷晶及雜晶等缺陷，但是，在這種工藝條件下生產的定向凝固鑄件，仍然需要通過鑄件解剖來保證該工藝條件下生產的定向凝固鑄件中不存在嚴重的顯微縮松。

發明內容

本發明的目的在于提供一種定向凝固鑄件顯微縮松缺陷的預測方法，該方法可以實現定向凝固鑄件中的顯微縮松缺陷的數值模擬預測，為縮短定向凝固鑄件的研制周期提供有利條件。

本發明提供了一種預測定向凝固鑄件中顯微縮松的方法，其特征在于：采用判據函數G/R預測定向凝固鑄件中的顯微縮松分布，其中G（℃/mm）和R（mm/min）分別為定向凝固過程中鑄件固液界面前沿液相中的溫度梯度與鑄件凝固速率；當定向凝固鑄件凝固過程中存在某一區的判據函數G/R≤C時，定向凝固鑄件的該區域中會出顯微縮松缺陷，其中C為一常數，其大小與鑄件所用合金成分有關。

本發明所述預測定向凝固鑄件中顯微縮松的方法，其特征在于，判據函數G/R的臨界值C的獲取方法為：

①采用合金澆注定向試樣，測量試樣的冷卻曲線（優選3～5條）；

②對試樣進行射線檢驗，觀察是否有宏觀縮松；如果沒有宏觀縮松，解剖試樣，確定顯微縮松范圍；如果有宏觀縮松，則重新設計試驗參數（如降低澆注溫度，降低抽拉速率，增加型殼預熱溫度等），進行試驗，直到獲得存在顯微縮松而沒有宏觀縮松的試樣；

③調整計算模型參數（如界面換熱系數等），使計算所得冷卻曲線和試驗測量冷卻曲線重合；改變判據值，當計算所得顯微縮松范圍和試驗所得顯微縮松范圍一致時，此判據值即為所用合金顯微縮松判據函數臨界值C。

本發明所述預測定向凝固鑄件中顯微縮松的方法，在獲取臨界值C時，采用有限差分方法計算鑄件凝固界面前沿的溫度梯度和凝固速率，其中溫度梯度取與計算單元相鄰的26個方向中計算梯度值最大的方向的溫度梯度，凝固速率取合金固相線的推進速率。

本發明所述預測定向凝固鑄件中顯微縮松的方法，其特征在于：在獲取臨界值C時，若計算所得區域比顯微縮松區域大，調小判據值，重新計算；若計算所得區域比顯微縮松區域小，增加判據值，重新計算。

本發明采用判據函數G/R來預測鑄件中的顯微縮松。由于定向凝固鑄件中的等軸晶、雀斑等缺陷也可通過G和R這兩個參數進行預測，故采用G和R這兩個參數預測定向凝固鑄件中顯微縮松缺陷，可以減少定向凝固過程中鑄造缺陷預測的計算量，并且有助于完善定向凝固鑄造缺陷預測方面的溫度梯度與凝固速率的關系圖。

附圖說明

圖1用于獲取合金顯微縮松判據臨界值C的試樣及其測溫位置（其中1#～5#為測溫位置）。

圖2某定向葉片。

圖3距離葉片底部85mm處橫截面試驗與計算所得顯微縮松分布對比。

圖4距離葉片底部100mm處橫截面試驗與計算所得顯微縮松分布對比。

具體實施方式

實施例1

為了使本發明所提供的方法更加直觀清楚，以下采用某定向高溫合金為試驗材料，合金成分（wt%）：C：0.01～0.18，Cr:8.00～12.50，Co:6.00～10.50，Mo:0.80～3.20，W:3.50～7.20，Al:3.00～5.50，Ti:0.50～4.0，Ta:5.00～7.00，Ni余量，以液態金屬冷卻定向凝固鑄造某葉片為例，對本發明進行進一步詳細說明。此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

1、獲得判據函數臨界值C

（1）制備圖1所示試樣型殼，并在相應位置（1#～5#位置）固定鎢錸熱電偶（WRe5-26），連接多通道測溫儀（MV-2020），將型殼固定在液態金屬冷卻定向爐上。

（2）采用液態金屬冷卻法澆注定向試樣，澆注工藝參數為：

①保溫爐上區溫度1530℃，下區溫度1550℃；

②澆注溫度1550℃；

③澆注后靜置2min開始抽拉，抽拉速率24mm/min，行程240mm；

④抽拉開始時錫液溫度260℃；

⑤真空度0.1～3Pa；

⑥型殼起始位置：型殼底部位于保溫爐底向上20mm，保溫爐底與錫液面間距20mm。