[發明專利]一種精確控制單晶取向的選晶方法

有效

• 申請號: 201710002904.1
• 申請日: 2017-01-04
• 公開（公告）號: CN107059133B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 劉林;胡松松;楊文超;黃太文;張軍;蘇海軍
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C30B29/52
• 分類號: C30B29/52;C30B11/14;B22D27/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種精確控制單晶取向的選晶方法，將短籽晶裝入模殼內，并使短籽晶的二次枝晶取向與鑄件葉身法向呈0～45°。將熔化母合金澆注到模殼內保溫結束后以50～100μm/s的速度向下抽拉，直至拉晶結束。得到具有短籽晶取向的單晶高溫合金試樣。所得到的單晶高溫合金試樣具有一次枝晶取向偏離軸向α角度，二次枝晶取向偏離鑄件葉身法向β角度；α＝0～5°，β＝0°～45°。

技術領域

本發明涉及單晶高溫合金的制備領域，具體是一種通過可重復使用短籽晶輔助以精確控制單晶取向的選晶方法。

背景技術

因具有優異的高溫力學性能，鎳基單晶高溫合金被廣泛做航空發動機葉片材料。單晶高溫合金的力學性能具有顯著的各向異性，晶體的一次枝晶取向與葉片的主應力方向一致時能取得最好的熱疲勞性能，并且晶體的二次枝晶取向對葉片的性能也有很明顯的影響，因此在制備單晶高溫合金過程中希望能夠控制一次和二次枝晶取向。目前獲得單晶的方法主要是選晶法和籽晶法。選晶法是在引晶段底部大量形核隨后在定向凝固過程中通過晶粒間的競爭生長獲得單晶；籽晶法則通過預先在鑄件底部放置一期望取向的籽晶，在定向凝固過程中以籽晶外延生長的方式長出單晶，此方法可以精確控制單晶鑄件的一次和二次枝晶取向。由于籽晶法生產過程中容易在回熔區產生雜晶使單晶制備失敗，而且制備籽晶成本較高，因此目前工業生產主要是使用選晶法制備單晶葉片。由于完全依靠晶粒間的競爭生長過程獲得單晶，選晶法制備的單晶取向一般只能控制單晶的一次枝晶取向偏離角在10以內，且不能控制二次枝晶取向。

文獻“N.Wang,L.Liu等人，在Journal of Alloys and Compounds上發表的Simulation of grain selection during single crystal casting of a Ni-basesuperalloy”研究了選晶法制備單晶高溫合金原理，指出引晶段作用為選出<001>晶體取向，選晶段選出一個晶粒進入鑄件型腔。中國專利CN103834990A和CN1209505C，提出了改進選晶器結構，降低制備單晶的成本。美國專利US8714235提出了使用一個選晶器同時獲得兩個晶體取向一致的單晶鑄件的方法。這些選晶方法可以降低制備單晶高溫合金的制備成本，但依然是通過生產大量隨機取向晶粒，隨后通過晶粒間競爭生長的方法獲得取向偏離角在一定范圍內的單晶鑄件，存在無法精確控制單晶高溫合金晶體取向的缺點。現有技術精確控制單晶高溫合金取向還是需要采用成本比較高的籽晶法。

發明內容

為了克服現有選晶發制備單晶高溫合金中不能精確控制單晶高溫合金取向的不足，本發明提出了一種精確控制單晶取向的選晶方法。

本發明的具體過程是：

第一步，制作模殼；制作模殼時，采用3D打印的方法制備出螺旋狀的選晶段，使用模具制備出圓柱形引晶段和鑄件。加熱該選晶段的兩端分別與所述引晶段和鑄件焊接，獲得完整蠟模。所述引晶段的直徑為9～12mm，長度為35～50mm。

第二步，制作短籽晶：從單晶試棒上定向切出單晶試樣作為短籽晶，該短籽晶的一次枝晶取向偏離軸向0～5°。采用腐蝕的方法使短籽晶兩個端面的顯微組織顯露；對其中一個端面短籽晶的二次枝晶進行標記。所述短籽晶的直徑為9～12mm，長度為5～15mm。所采用的腐蝕劑是體積分數為14％HNO₃+28％HF+58％C₃H₈O₃的混合液。