[發明專利]一種單晶高溫合金鑄造工藝性能的評價方法

在審

• 申請號: 202011429145.5
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112595828A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 王莉;董加勝;申健;張健;樓瑯洪
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G01N33/204
• 分類號: G01N33/204;G01N1/28;G01N1/32;G01N1/36;G01N1/44
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發明公開了一種單晶高溫合金鑄造工藝性能的評價方法，屬于單晶高溫合金技術領域。該方法是采用定向凝固工藝制備單晶高溫合金圓盤試樣，通過測量所制備圓盤試樣中單晶晶粒面積所占比例情況，來評價該單晶高溫合金的鑄造工藝性能。本發明采用簡單的結構，考察單晶高溫合金的鑄造工藝性能，使用該方法可為單晶高溫合金材料的選擇提供依據，并指導單晶高溫合金部件的設計與生產。

技術領域

本發明屬于單晶高溫合金技術領域，特別涉及一種單晶高溫合金鑄造工藝性能的評價方法。

背景技術

伴隨發動機和燃氣輪機效率的不斷提高，單晶高溫合金得到廣泛應用。而為了滿足日益提高的承溫能力的要求，高代別單晶高溫合金被開發，由此，為了滿足不斷提高的使用溫度的要求，難熔元素含量越來越高，同時，為了不斷提高冷卻效果，葉片結構也越來越精細復雜，這就造成在單晶葉片制備過程中，極易出現雜晶、小角晶界、雀斑等缺陷。

由于每種合金成分的差異，即使同一代別合金，鑄造工藝性能也完全不同，因此，急需發展一種可以定量評價單晶高溫合金鑄造性能的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種客觀的、可對比的單晶高溫合金鑄造工藝性能的評價方法，以滿足實際單晶鑄件生產的需求。本發明采用簡單的結構，考察單晶高溫合金的鑄造工藝性能，使用該方法可為單晶高溫合金材料的選擇提供依據，并指導單晶高溫合金部件的設計與生產。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種單晶高溫合金鑄造工藝性能的評價方法，該方法是采用定向凝固工藝制備單晶高溫合金圓盤試樣，通過測量所制備圓盤試樣中單晶晶粒面積所占比例情況，來評價該單晶高溫合金的鑄造工藝性能。該方法包括如下步驟：

(1)待制備單晶高溫合金圓盤試樣呈圓盤狀結構，包括圓盤區和過渡段(錐體段)；

(2)根據待制備單晶高溫合金圓盤試樣的結構和尺寸制備圓盤鑄件蠟模，然后依次進行制殼、脫蠟、型殼焙燒和定向凝固后，獲得所述單晶高溫合金圓盤試樣；

(3)對步驟(2)所得單晶高溫合金圓盤試樣進行宏觀腐蝕，并磨拋圓盤試樣上表面，觀察完整單晶面積占比情況。

步驟(1)中，所述圓盤試樣的圓盤區直徑20-150mm，圓盤區厚度2-20mm，過渡段(錐體段)頂角10-160°。

步驟(2)中，所述蠟模包括起晶段、過渡段、圓盤、澆道、澆注系統和澆口杯等。

步驟(2)中，所述制殼過程為：蠟型首先涂掛面層料漿1-2層，粘度控制在35～40s，撒砂為EC95砂；然后涂掛加固層料漿3-6層，粘度控制在12～18s，撒砂為EC95砂；最后涂掛1層加固層料漿，粘度控制在12～18s，不撒砂。

步驟(2)中，所述脫蠟過程為：將制備好的型殼用高壓脫蠟釜進行脫蠟，壓力控制在0.6～0.7MPa，溫度165～170℃，脫蠟時間為15～20分鐘。

步驟(2)中，所述型殼的焙燒過程為：型殼平放在電爐底板上，焙燒溫度：900℃±20℃，時間≥2小時，允許低于500℃入爐，到保溫時間后允許開爐門降溫。

步驟(2)中，所述定向凝固過程為：將模殼放入定向凝固爐中，在定向凝固過程中，加熱爐溫度1500～1580℃，型殼保溫時間10～20min，澆注溫度1500～1580℃，抽拉速度2～8mm/min；鑄件冷卻后獲得所述單晶高溫合金圓盤試樣。

步驟(3)中，所述圓盤試樣上表面的完整單晶所占比例越高，則合金的鑄造工藝性能越好。

本發明設計機理如下：