[發明專利]三維取向可精控的高溫合金單晶葉片用籽晶的制備方法

有效

• 申請號: 201811422833.1
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN109317616B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 程干;杜應流;葛丙明;戴勇;馮文剛;施長坤;夏厚明;程善良;朱曉飛
• 申請（專利權）人: 安徽應流航源動力科技有限公司
• 主分類號: B22C9/04
• 分類號: B22C9/04;B22C9/22;C30B29/52;C30B35/00
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 沈尚林

本發明公開了一種三維取向可精控的高溫合金單晶葉片用籽晶的制備方法，包括單晶試棒方案設計、制蠟、蠟模組樹、制殼、熔煉、制備單晶高溫合金籽晶、單晶高溫合金籽晶的重復使用。通過此方法制備的籽晶成功率高、三維晶體取向可控、且取向控制精準，因取向偏離而造成的報廢率可大幅度降低。

技術領域

本發明涉及單晶高溫合金精密鑄造技術領域，具體說涉及一種三維取向可精控的高溫合金單晶葉片用籽晶的制備方法。

背景技術

飛機用航空發動機是目前最為復雜、設計、制造難度最大的工業機械，被稱為“工業皇冠”，單晶高壓渦輪動力葉片是航空發動機中服役條件最為苛刻的鑄件，制備難度最大，因而被稱為是“皇冠上的明珠”。但單晶零件具有明顯的各向異性，當晶體的一次晶體取向與葉片的主應力方向一致時，性能最好，因而一般要求鑄件受應力方向與其<001>方向的夾角不能大于15°，同時晶體的二次晶體取向對鑄件的性能也有明顯的影響，同樣需要精確控制。因此在制作單晶高溫合金鑄件過程中必須嚴格控制一次和二次晶體取向，當一次和二次晶體取向超出客戶規定基準軸一定角度時，將造成報廢。目前國內生產單位的單晶鑄件都應用選晶法生產，因一次晶體取向偏離造成的報廢率在8％到20％之間，而二次晶體取向更是無法控制。籽晶法可有效解決這一問題，但切割困難無法適用于大批量生產的需求。

本發明中提出的單晶高溫合金葉片用籽晶的制備方法可有效的解決這一問題，制備出晶粒完整和晶體取向均滿足要求的鑄件，同時可以大大的節約籽晶制備的成本，將一次枝晶、二次枝晶取向偏離造成的報廢率總和降低至5％以下。

發明內容

為了克服現有不能準確定位定向切割籽晶的不足，本發明提出了一種三維取向可精控的高溫合金單晶葉片用籽晶的制備方法，該切割方法有效保證晶體取向，操作簡單方便、工作效率高，同時大大提高了零件的鑄造合格率，節約了生產成本。

為了實現上述方案，本發明的技術解決方案包含如下步驟：

三維取向可精控的高溫合金單晶葉片用籽晶的制備方法，包括以下步驟：

(1)單晶試棒方案設計

制作一套精鑄模組，該模組由試棒、選晶器、澆口杯、澆注系統和底盤五部分組成；

(2)制蠟

將蠟料溫度控制在60-120℃，注蠟壓力0.3-20MPa的條件下注入單晶試棒和澆道模具中，以獲得零件蠟模、澆口杯蠟模、底板蠟模、澆道蠟模等；

(3)蠟模組樹

將零件、澆道、澆口杯、選晶器和底板按設計方案進行組合；

(4)制殼

在蠟模模組表面涂掛5-15mm厚的精密鑄造模殼，然后在120-200℃下進行蒸汽脫蠟，在600-900℃下焙燒1-3個小時后獲得單晶定向精密鑄造型殼；

(5)熔煉

將上述單晶定向精密鑄造型殼放入定向凝固爐中，設置模殼保溫溫度參數：1450-1550℃，待升溫后將母合金錠重熔，在鋼水溫度達到1450-1550℃時注入模殼中，澆注后靜置3-10s后進行抽拉，抽拉速度控制在3-8mm/min，拉晶結束后，隨爐冷卻4-8分鐘后取出，即可獲得所需的單晶試棒的毛坯；

(6)制備單晶高溫合金籽晶

6.1從熔煉澆注的單晶試棒的毛坯，切去冒口及選晶段，留下中部圓棒，制備成直徑為15mm的試棒；

6.2應用勞厄法找出001方向偏離Z軸方向(Z軸方向為試棒軸向方向)的角度θ，001方向即為與Z軸方向有角度θ的方向；