[發明專利]一種鑄造單晶高溫合金籽晶切割制備的方法

有效

• 申請號: 202010117875.5
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111216258B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 楊文超;屈鵬飛;劉林;張軍;黃太文;蘇海軍;郭敏;郭躍嶺
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B28D5/04
• 分類號: B28D5/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種鑄造單晶高溫合金籽晶切割制備的方法，基于單晶生長方向與晶體方向存在嚴格對應關系，精確切割標定出一次枝晶和二次枝晶的方向，依據枝晶方向構建出標準的FCC晶體結構，能夠切出單晶試棒的(001)晶面，進而利用FCC晶體的晶面夾角公式計算出目標晶面與(001)晶面的夾角θ，并且根據FCC晶體結構的特性在(001)晶面上標出目標晶面與(001)晶面的交線，沿著交線切出與(001)晶面夾角為θ目標晶面；垂直于目標晶面進行切割得到具有目標取向的籽晶。本發明采用金相觀察和定向切割的方式能夠直接在鑄造單晶試棒上切割出任意晶體取向的籽晶，具有使用設備和操作步驟簡單，切出的籽晶取向偏差小于5°。

技術領域

本發明涉及鑄造單晶高溫合金籽晶定向切割方法，具體是一種通過金相觀察和定向切割使鑄造單晶高溫合金成為具有[001]、[011]或[111]晶體學取向特征的籽晶。

背景技術

單晶高溫合金因其優異的高溫性能，被廣泛應用于先進航空發動機的渦輪葉片等熱端構件中。單晶高溫合金的力學性能具有顯著的各向異性，雖然工業上多采用軸向為[001]取向的單晶葉片，但是渦輪葉片不規則的外部形狀和內部復雜的氣冷通道，以及服役過程中較高的溫度梯度，使得渦輪葉片在實際服役過程中產生局部多軸機械應力及沿各個方向的熱應力。因此，對不同取向單晶高溫合金力學性能的研究能夠對葉片實際應用提供參考。

同時，在某些條件下沿軸為[111]取向的渦輪葉片將具有更高、更穩定的高溫性能。研究表明：Mar-M200合金在760℃/689MPa條件下，[111]取向合金的蠕變性能明顯高于[001]取向合金；DD33合金在850℃/650MPa條件下，[111]取向合金的壽命是[001]取向的2倍，且斷裂伸長率彼此相當。而螺旋選晶法得到的單晶生長方向表現出明顯的擇優取向，一般為[001]方向，很難通過這種方法得到[111]取向的葉片。

籽晶法是指通過融化籽晶頂端表面并外延生長出單晶體，這種方法制得的單晶體與籽晶取向一致。從已具有[001]、[011]或[111]取向特征的單晶體中切取并制備籽晶是一種常用的籽晶制備方法，但是常用的制備方法難以直接制備具有[011]和[111]取向特征的單晶體。利用X射線測定單晶取向，再使用特制夾具通過旋轉特定角度對已有單晶進行切割的方法，存在操作復雜、費用昂貴的缺點。

在公開號為CN109916693A的發明創造中公開了一種確定鑄造單晶高溫合金晶體取向的方法，提出可以通過枝晶方向確定鑄態單晶高溫合金的晶體學取向，但是并沒有提出切割[001]、[011]及[111]取向的籽晶具體方法。

在公開號為CN101255605A的發明創造中公開了一種Ni₃Al基單晶高溫合金采用籽晶制備的方法，雖然提到定向切割不同取向的籽晶，但是沒有具體提出可行性的操作方案。

在公開號為CN104846441A的發明中公開了一種鑄造用鎳基單晶合金籽晶的切割制備方法，提出了一種可操作的切割方案，能夠切取不同取向的籽晶。但是這種切割方式在切割之前需要使用X射線測定試塊的特征角度，并且在切割過程中使用的夾具也相當復雜，存在費用昂貴、流程復雜的等缺點。

發明內容

為了克服現有技術切割鑄造單晶高溫合金籽晶使用設備復雜、費用昂貴的不足，本發明提出了一種鑄造單晶高溫合金籽晶切割制備的方法。

本發明的具體過程是：

步驟1，做與二次枝晶方向平行的一次標記線

對單晶試棒的一個端面1進行表面處理，在該端面得到二次枝晶；在有所述二次枝晶的單晶試棒端面劃線作為一次標記線，該標記線平行于任意一個二次枝晶的方向，并采用MST樹圖法或面積測量法測量得到各一次枝晶間距的平均值。

對所述單晶試棒的一個端面進行表面處理包括腐蝕處理，具體是對經過拋光的單晶試棒的端面腐蝕20～40s；所采用的腐蝕劑由4g CuSO₄、20ml HCl和20ml H₂O混合而成。