[發明專利]一種評價單晶高溫合金空心葉片型芯退讓性的方法

在審

• 申請號: 202210244112.6
• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號: CN114659872A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 趙金乾;譚永寧
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: G01N1/36
• 分類號: G01N1/36;G01N33/204;B22C9/24;B22C9/04;B22D27/04;B22C9/10;B22D46/00;B22D31/00;C21D9/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 穆環宇

本發明一種評價單晶高溫合金空心葉片型芯退讓性的方法屬于單晶高溫合金葉片制備工藝技術領域。本發明對采用不同材料配方或者不同工藝制備的單晶高溫合金葉片型芯的退讓性進行對比評價。在對比型芯退讓性的同時評價型芯的變形傾向。對單晶空心試棒進行高溫固溶處理，利用再結晶晶粒的面積大小，實現葉片型芯退讓性的比較；通過檢測空心試樣局部位置的壁厚實現變形傾向的比較。在單晶空心葉片的制備中，該方法可以實現評價型芯退讓性的同時對比型芯的變形傾向，對于可用型芯的優選提供了一種方法。

技術領域

本發明一種評價單晶高溫合金空心葉片型芯退讓性的方法屬于單晶高溫合金葉片制備工藝技術領域，用于對采用不同型芯材料或者制芯工藝制備型芯的的退讓性等鑄造工藝性進行比較。

背景技術

渦輪葉片是航空發動機中最關鍵的零件之一。單晶高溫合金基本上消除了全部晶界，具有優良的高溫性能，被廣泛地用作航空發動機渦輪葉片材料。單晶高溫合金空心渦輪葉片的制備成為航空發動機的重大關鍵技術之一。

由于空心葉片內部具有氣冷通道，渦輪葉片通常需要采用鑄造成形。在凝固后的冷卻過程中，由于金屬與陶瓷型芯熱膨脹系數的差異，以及葉片內部結構的復雜性，合金的冷卻收縮受到型芯的阻礙作用，在合金內部不可避免存在較大的鑄造殘余應力。

為了獲得最優的綜合力學性能，單晶高溫合金通常需要采用完全熱處理，也就是在固溶熱處理過程中鑄態的粗大γ'相和共晶全部溶解，而形成單相γ相。因此，單晶高溫合金熱處理時再結晶傾向大。由于再結晶嚴重削弱單晶高溫合金的力學性能，在單晶高溫合金葉片制備過程中再結晶是要極力避免的缺陷。超過某個臨界范圍的鑄造殘余應力，是導致再結晶驅動力的主要原因之一。殘余應力越大，再結晶出現的可能性越大。單晶高溫合金空心葉片中鑄造殘余應力產生的主要原因之一在于合金凝固冷卻過程中的收縮受到了型芯的阻礙，型芯退讓性是否足夠決定了鑄件中產生的殘余應力是否小于內腔再結晶產生的臨界范圍內。

由于型芯的存在，不可避免地在合金中出現一定的鑄造殘余應力。然而，型芯的退讓性足夠，保證單晶葉片的合金中殘余應力足夠小，使得葉片熱處理過程中不產生內腔再結晶，具有顯著的現實工程意義。型芯退讓性優劣的評判十分重要。然而，目前未檢索到用于表征單晶高溫合金空心葉片型芯退讓性的工藝方法。但是，通常情況下型芯退讓性的增加會導致型芯強度的降低，型芯變形傾向增大。在本專利中，提出了一種在對比型芯退讓性的同時評價型芯的變形傾向，保證優選適合的型芯材料配方以及制芯工藝，使得型芯具備相對較為全面的滿足單晶空心葉片制備的工藝性。

發明內容

本發明的目的是：提出一種評價單晶高溫合金空心葉片型芯退讓性的方法，針對制備單晶高溫合金空心葉片的型芯，對比評價退讓性的同時對比型芯的變形傾向。該方法操作簡便直接，可操作性強。

本發明的技術方案：一種評價單晶高溫合金空心葉片型芯退讓性的方法，采用單晶高溫合金空心薄壁試樣，對采用不同型芯材料配方或者不同工藝制備的型芯在定向凝固過程中的退讓性進行評價和對比。葉片內腔結構復雜，通常在不同腔道的過渡處產生較大的鑄造殘余應力。該殘余應力的存在，易于導致葉片在后續熱處理過程中在葉片內部產生再結晶。內部再結晶的出現與多個因素有關，不僅與型芯本身的退讓性有關，還包括葉片的尺寸、壁厚、過渡圓角的大小等因素。本發明針對航空發動機單晶葉片的典型葉片，抽取具有代表性的特征值，在對比評價退讓性的同時對比型芯的尺寸穩定性。

內部鑄造殘余應力的峰值與葉片內腔結構密切相關。本發明設計的試樣能夠充分反應葉片內部導致鑄造殘余應力出現的結構特征，并且試樣本身形狀簡單便于實現。

部分葉片的內部腔道具有長孔形的形狀特征，在本發明中，采用長徑比不小于10的帶有尖角倒圓的三角形截面的空心試樣表征并評價型芯的退讓性。

部分葉片的內部腔道具有寬度狹窄的平板狀特征，在本發明中，采用試樣長度與長方形截面寬邊之比不小于6、尖角倒圓的長方形截面空心試樣表征并評價型芯的退讓性。