[發明專利]一種改進型高效Z型選晶器

在審

• 申請號: 201711042062.9
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107574472A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 朱鑫濤;黃燦
• 申請（專利權）人: 泰州市金鷹精密鑄造有限公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B29/52
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明屬于精密鑄造應用技術領域，具體涉及一種改進型高效Z型選晶器。

背景技術

鎳基高溫合金因具有良好的機械性能，被廣泛應用于航空、航天、航海以及能源化工等領域，鎳基單晶高溫合金更是以其優異的高溫力學性能成為先進航空發動機設計的首選材料。但是工業生產中，單晶高溫合金渦輪葉片因取向偏離、雜晶、縮松等凝固缺陷的存在而導致其廢品率較高，因而這些凝固缺陷成為單晶高溫合金研究的主要問題，而選晶過程則是造成晶體取向偏離以及雜晶等缺陷形成的主要原因之一，但是目前對選晶法制備鎳基單晶高溫合金過程中的選晶機制還不是很清楚、對選晶器的設計還依靠經驗、尚未建立選晶階段與缺陷形成的相關性。

以往的研究表明，選晶器的幾何參數（引晶段和選晶段參數）直接決定最終的選晶結果，認為增加引晶段的高度和引晶段直徑之間的比值，可以提高單晶的合格率，同時采用二維模型，模擬研究了選晶器傾斜角對單晶合格率的影響，結果表明：當選晶器傾斜角在30度-40度左右時，單晶的合格率是最高的，在選晶器直徑較小范圍內，隨著直徑的增加，單晶合格率也增加，同時選晶器的高度和引晶段直徑對最終單晶的合格率沒有明顯影響，通過數值模擬和實驗研究，分析了不同選晶器的晶粒競爭生長和晶粒選擇的過程，研究結果表明：選晶器的幾何特征對選晶效果有著很大的影響，隨著起升角的增大，單晶組織在選晶段內的獲得位置逐漸增加，研究結果同時表明，隨著選晶直徑的增加，單晶組織在選晶段內獲得的位置逐漸降低。因此，二維選晶器的設計中要綜合考慮引晶段和選晶段的幾何結構和參數對單晶質量的影響，以提高單晶葉片的合格率并結合籽晶法優化并控制最終單晶取向。

在單晶制備過程中應盡量降低選晶器的高度，從而保證葉片的長度和降低凝固缺陷形成的傾向，但是當選晶器引晶段高度較低時，引晶段內晶粒取向優化效果并不明顯，會導致最終單晶取向較差；當選晶器選晶段的高度太低（選晶段參數不合適）又會影響選晶過程的順利進行，造成通道內雜晶的形成，從而影響最終單晶的質量，甚至會導致選晶過程的失敗，不能獲得單晶組織。因此，在選晶法制備鎳基單晶高溫合金渦輪葉片過程中，要保證葉片的足夠長度和高的選晶成功率，就必須合理的設計選晶器的尺寸。然而，盡管選晶技術在工業生產領域得到了較為廣泛的應用，但對選晶過程的研究遠沒有達到對單晶本身的重視程度，不利于單晶生長技術的發展。

國外對于選晶器結構和參數的設計較為成熟，工業生產中也能夠保證較高的合格率，但是選晶器結構和尺寸屬于單晶制備的技術秘密，國外高度保密，必須自主攻關。目前國內相關單位雖已可以利用選晶法制備單晶高溫合金渦輪葉片，但是對于選晶器的設計還僅是憑借經驗，對于選晶機理的研究也不充分，同時因選晶失敗而造成的葉片報廢率還非常高。因此對于選晶器的合理設計已成為制約我國單晶葉片制備的一大障礙，很有必要對選晶過程進行深入的研究，特別是對選晶器幾何參數與選晶器的選晶效率和單晶取向之間的關系作進一步的深入研究，對于選晶器的合理設計有著非常大的實際意義。

因此，基于上述問題，本發明提供一種改進型高效Z型選晶器。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種改進型高效Z型選晶器，其能夠為進一步研究選晶機理找到一個突破點，結合現有的3D打印技術，為提高我國鎳基單晶高溫合金渦輪葉片產率，開展選晶法制備鎳基單晶高溫合金的研究提供寶貴的參考價值。

技術方案：本發明提供一種改進型高效Z型選晶器，由支撐塊，及設置在支撐塊上的支撐柱，及設置在支撐柱端部的定位圈，及均勻設置在支撐塊上的若干個起晶端，及與若干個起晶端相配合使用的若干個約束段，及與若干個約束段相配合使用的若干個選晶段，及與若干個選晶段相配合使用的與若干個過渡段組成，其中，若干個過渡段的一端分別與定位圈連接；所述支撐塊、定位圈、支撐柱、若干個起晶端、若干個約束段、若干個選晶段和若干個過渡段之間均通過空腔連接，其中，支撐塊設置為圓錐形結構，定位圈設置為圓形結構且之間大于支撐塊；所述與支撐塊、定位圈相配合使用的若干個起晶端、若干個約束段、若干個選晶段、若干個過渡段分別設置為10個，其中，10個選晶段的起始選晶段設置為Z型結構，終端選晶段設置為橫U型結構。

本技術方案的，所述10個選晶段的起始選晶段設置為Z型結構，終端選晶段設置為橫U型結構，其中，起始Z型選晶段至終端橫U型選晶段的直徑依次遞增。

本技術方案的，所述若干個約束段與若干個過渡段的直徑相同。

本技術方案的，所述若干個Z型選晶段的起升角度依次設置為10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度。