[發(fā)明專利]一種超聲擾動細化高溫合金鑄件定向凝固組織的方法

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• 申請日: 2021-09-16
• 公開（公告）號: CN113909458A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設計）人: 王慶;吳繼禮;翟素萍;霍海平;袁荃
• 申請（專利權）人: 江蘇星火特鋼有限公司;江蘇大學
• 主分類號: B22D27/04
• 分類號: B22D27/04;B22D27/15;B22D27/00
• 代理公司: 南京科知維創(chuàng)知識產權代理有限責任公司 32270
• 代理人: 許益民

本發(fā)明提出一種超聲擾動細化高溫合金鑄件定向凝固組織的方法，其包括如下步驟：將定量的高溫合金母合金放置于小坩堝中，然后將其放置于真空感應爐中的大坩堝內加熱熔融后，熔體在母合金熔點以上100~150℃保溫30~45 min；熔體倒入冷卻模具中，模具周圍裝有超聲發(fā)生器；啟動超聲發(fā)生器及其移動裝置，移動速度與凝固過程中固液界面保持一致；超聲發(fā)生器移動至模具頂端時停止。本發(fā)明的超聲擾動細化高溫合金鑄件凝固組織的方法，使用超聲擾動液固界面前沿，能夠細化高溫合金鑄件定向凝固組織，提高溫合金定向凝固組織均勻性；對消除或減弱宏觀偏析并提高合金的成分分布均勻性有著積極作用，也是提高合金坯加工及服役性能的最佳途徑。

技術領域

本發(fā)明涉及高溫合金鑄造領域，特別涉及能夠實現(xiàn)高溫合金鑄件定向凝固組織的細化，提高溫合金定向凝固組織均勻性的一種超聲擾動細化高溫合金鑄件定向凝固組織的方法。

背景技術

高溫合金被廣泛的應用于航空發(fā)動機與工業(yè)燃氣輪機的關鍵零部件上。目前，單臺航空發(fā)動機的高溫合金的使用量可達機身總重量的40%~60%。隨著航空發(fā)動機技術和燃氣輪機技術的快速發(fā)展，對其關鍵結構件用高溫合金的需求日益增加，高溫合金整體結構件的設計理念朝著尺寸更大和壁厚更薄方向發(fā)展，也對高溫合金整體結構件的材料、鑄造成形技術及其力學性能的提出了更高的要求。目前，鑄造高溫合金的鑄造工藝向兩個方向發(fā)展。其一，為了達到提高高溫合金使用溫度和強度的目的，采用定向凝固和單晶的鑄造工藝；其二，對工作溫度較低且低周疲勞性能要求高的鑄造合金件，采用整體細晶鑄造工藝。由于生產定向凝固和單晶高溫合金的過程復雜且成本高，傳統(tǒng)鑄造的多晶高溫合金仍然是許多高溫結構件的主要材料來源。因此，鑄造高溫合金的凝固組織控制技術的創(chuàng)新與發(fā)展成為了凝固科學領域的廣泛關注的重點之一。

熔模鑄造是高溫合金鑄件最主要生產方式之一。在高溫合金凝固過程中，由于傳熱規(guī)律造成順序凝固，會造成鑄件中心偏析、縮孔、裂紋等缺陷，導致合金的服役性能降低。另一方面，這些缺陷即使在后續(xù)采用熱處理或者塑性加工的方法也不能完全消除。為改善高溫合金的凝固組織均勻性，減少柱狀晶，獲得高比例等軸晶區(qū)，甚至全等軸晶的鑄件，同時細化等軸晶粒，對消除或減弱宏觀偏析并提高合金的成分分布均勻性有著積極作用，也是提高合金坯加工及服役性能的最佳途徑。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是根據(jù)高溫合金的使用性能需求，提供一種超聲擾動細化高溫合金鑄件定向凝固組織的方法，能夠細化高溫合金鑄件定向凝固組織，提高溫合金定向凝固組織均勻性。

為實現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案實現(xiàn)：

一種超聲擾動細化高溫合金鑄件定向凝固組織的方法，其包括如下步驟：

S1：稱取設定量的高溫合金母合金放置于內徑為60 mm，外徑為70 mm的小坩堝中，然后將其放置于真空感應爐中的內徑為70 mm的大坩堝內；關閉爐門，抽氣，當真空度達到2.0×10^-3 Pa時，停止抽氣；打開進氣閥門，沖入高純氬氣；

S2：至真空度達到500 Pa開啟真空感應爐電源，加熱熔融后，熔體保溫30~45 min，保溫溫度設定在高溫合金母合金的熔點以上100~150 ℃；

S3：通過真空腔外手柄，旋轉步驟S1中大坩堝，將步驟S2中的熔體倒入底部帶有循環(huán)水冷的模具中，模具周圍裝有超聲發(fā)生器；

S4：啟動超聲發(fā)生器，頻率控制在25 ~45 kHz；同時啟動超聲發(fā)生器移動裝置，發(fā)生器移動速度與凝固過程中固液界面保持一致；

S5：待超聲發(fā)生器移動至模具頂端時，停止超聲發(fā)生器移動，關閉超聲發(fā)生器電源；

S6：等待30 min后，打開進氣閥門，沖入高純氬氣，將真空度降為大氣壓；

S7：打開爐門，取出樣品，評價晶粒尺寸。

優(yōu)選的，在步驟S1中，結合使用的坩堝的大小，每次高溫合金母合金的使用量為1Kg。