[發明專利]一種減少單晶高溫合金截面突變處雜晶形成的方法

在審

• 申請號: 201711223372.0
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN108080603A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 楊院生;馮小輝;李應舉;羅天驕;韓小偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B22D27/02
• 分類號: B22D27/02;C30B30/02;C30B29/52
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及金屬材料凝固控制領域，具體為一種減少單晶高溫合金截面突變處雜晶形成的方法。在單晶高溫合金定向生長過程中，截面突變處由于散熱較快容易形成局部過冷而形成雜晶。該方法是在單晶高溫合金鑄件定向凝固過程中施加直流電流，利用固/液相之間以及不同溫度熔體之間的電阻率差異，使電流在截面突變處的邊部形成偏聚，因而在溫度較低部位產生更多的焦耳熱，減輕或消除截面突變處的局部過冷，從而降低或消除雜晶形核和生長傾向。本發明通過在單晶高溫合金生長過程中施加直流電流減少截面突變處雜晶的生成，獲得取向一致性好，組織均勻致密的單晶組織，解決目前在鑄造單晶高溫合金結構件時截面突變處極易形成雜晶的問題。

技術領域

本發明涉及金屬材料凝固控制領域，具體為一種減少單晶高溫合金截面突變處雜晶形成的方法。

背景技術

單晶高溫合金鑄件是制造先進發動機的關鍵件，其組織完整性是保證其高性能的重要前提。然而，對于存在截面突變的單晶高溫合金鑄件，其定向凝固鑄造過程中截面突變處的邊部由于散熱較快，極易形成局部過冷，當過冷滿足形核和生長條件時，該處發生雜晶的生長，嚴重降低單晶鑄件的性能。在目前的實際生產中，采用高速凝固法(HRS)或液態金屬冷卻法(LMC)對于單晶生長宏觀溫度場均可進行較好地控制。然而，對于通過控制截面突變處局部溫度場以減少單晶鑄件的雜晶形成目前尚缺乏有效方法。

在金屬材料凝固制備過程中施加電流場，利用電流在熔體中產生焦耳熱等多種物理效應，可改變金屬凝固過程中的溫度場和溶質場，從而實現對凝固組織的控制，相關研究已歷經多年。文獻表明，采用電流凝固可改善包括高溫合金在內的多種金屬材料的凝固組織。申請人前期研究表明，在單晶高溫合金定向生長過程中施加直流電流可以減小枝晶間距，減輕偏析，提高單晶合金的室溫拉伸性能和持久性能。但相關研究僅針對直徑不變的單晶圓棒，未涉及變截面鑄件。另外，關于利用電流減少單晶高溫合金截面突變處雜晶的研究，目前未見相關報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種減少單晶高溫合金截面突變處雜晶形成的方法，，解決目前在鑄造單晶高溫合金結構件時截面突變處極易形成雜晶的問題，適用于制備各種截面突變的單晶高溫合金鑄件。

本發明的技術方案如下：

一種減少單晶高溫合金截面突變處雜晶形成的方法，通過在單晶高溫合金鑄件定向凝固過程中施加直流電流，消除其截面突變處的雜晶，獲得組織完整性良好的單晶高溫合金鑄件；將單晶高溫合金母合金熔體注入經預熱的模殼或模具，模殼或模具固定于水冷盤上，在下拉裝置的帶動下緩慢下移，實現定向凝固，在此過程中施加直流電流以控制截面突變處的局部溫度場，直至整個鑄件完全凝固，最終制得截面突變處無雜晶或少雜晶的單晶高溫合金鑄件。

所述的減少單晶高溫合金截面突變處雜晶形成的方法，直流電流作用下單晶高溫合金鑄件制備時，電流密度為20～200A/cm2，電流作用時間為凝固開始至整個單晶鑄件凝固結束。

所述的減少單晶高溫合金截面突變處雜晶形成的方法，直流電流作用下單晶高溫合金鑄件制備時，處理開始時熔體過熱溫度20～100℃。

所述的減少單晶高溫合金截面突變處雜晶形成的方法，直流電流作用下單晶高溫合金鑄件制備時，模殼或模具預熱溫度1000～1200℃。

所述的減少單晶高溫合金截面突變處雜晶形成的方法，直流電流作用下單晶高溫合金鑄件制備時，水冷盤下移速度20～200μm/s。

所述的減少單晶高溫合金截面突變處雜晶形成的方法，該方法用于不同結構單晶高溫合金鑄件的制備。

本發明的設計思想如下：