[發明專利]一種基于三維壁振式可控超聲場裝置的IN718合金組織優化方法

有效

• 申請號: 202210440251.6
• 申請日: 2022-04-25
• 公開（公告）號: CN114774820B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 翟薇;胡慧琴;王建元;魏炳波
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C22F3/02
• 分類號: C22F3/02;B22D27/20;B22D2/00;C22C1/02;C22C19/05;B22D27/04;B22C9/06
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王苗苗

本發明提供了一種基于三維壁振式可控超聲場裝置的IN718合金組織優化方法，涉及先進材料制備及加工技術領域。本發明采用超聲波從鑄模底部對IN718合金熔體進行壁振式處理，并且針對IN718合金制定了合適的熔煉?澆注?超聲調控方案，同時為了保證超聲處理的最佳效果，對凝固過程中熔體內的聲場變化規律進行實時測定，通過測得的總空化聲壓級來實時調控超聲實驗參數，從而調控IN718合金的凝固組織。

技術領域

本發明涉及先進材料制備及加工技術領域，具體涉及一種基于三維壁振式可控超聲場裝置的IN718合金組織優化方法。

背景技術

高溫合金通常用于現代航空、艦艇燃氣輪機、地面渦輪以及航天發動機等動力機械中的熱端部件。目前，世界上使用量最大的高溫合金是IN718合金，占全部高溫合金總產量的35％。鑄態IN718合金的顯微組織由富鎳固溶體基體(γ)、不連續的MC粒子、圓島狀的Laves相組成。IN718合金的凝固順序為：L→γ(1350℃)，L→γ+MC(1290℃)，L→Laves(1250℃)。目前，鑄造IN718合金存在的主要問題為：①初生γ相枝晶粗大；②大塊共晶Laves和包晶MC相析出。這兩方面的組織缺陷導致合金強度、塑性、抗蠕變和抗沖擊性等力學性能顯著惡化。

在金屬或合金凝固過程中施加振動是改善其組織結構、提高性能最有效的方法之一。功率超聲是物體超高機械振動能量的傳播形式，具有頻率高、功率密度大、束射性和方向性良好等顯著物理特性，與液態、半固態金屬或合金相互作用時存在壓力場、熱效應、聲空化和聲流等一系列非線性超聲效應，從而達到晶粒細化、組織均勻化與凈化(去氣、除渣、提純)等效果。

目前功率超聲在IN718合金凝固過程中應用的局限性為：①由于接觸熔體的超聲桿耐受溫度的限制，目前仍無法使用功率超聲對熔煉溫度為1400～1600℃的IN718高溫合金進行處理，從而難以對初生γ相、Laves相、MC相等組織進行有效調控。②超聲處理過程中缺乏對熔體中的聲場信息的測量，不能實時的反饋調控超聲參數和作用效果。事實上，并非簡單所想的超聲振幅越大，超聲處理合金熔體的效果越好。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于三維壁振式可控超聲場裝置的IN718合金組織優化方法，本發明通過底部壁振式超聲處理IN718合金高溫熔體，能夠解決超聲桿耐受溫度的限制；在凝固過程中原位對合金熔體內的空化聲壓級進行測定，通過實時控制聲場參數來調節晶體生長過程，達到對凝固組織有效改善的目的。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種基于三維壁振式可控超聲場裝置的IN718合金組織優化方法，包括以下步驟：

三維壁振式可控超聲場裝置包括熔煉裝置、凝固裝置和檢測部件；所述熔煉裝置設置在凝固裝置的上方；所述熔煉裝置包括依次連通的上坩堝2和下坩堝4；

所述凝固裝置包括鑄模7以及設置在所述鑄模7側壁的X軸反推桿8-1、Y軸反推桿8-2、X軸超聲桿16和Y軸超聲桿17；所述鑄模7為中空槽型結構；所述X軸超聲桿16和X軸反推桿8-1相對設置；所述Y軸超聲桿17和Y軸反推桿8-2相對設置；所述凝固裝置還包括設置在所述鑄模7頂部的壓板6和設置在所述鑄模7底部的Z軸超聲桿10；所述X軸超聲桿16、Y軸超聲桿17和Z軸超聲桿10由氣缸18驅動；

所述鑄模7的內部設置有內預熱塊5和控溫器15；所述鑄模7的外壁設置有外加熱-冷卻套9；

所述檢測部件包括聲信號傳感器14、熱電偶13、信號采集卡12和計算機11；所述聲信號傳感器14和熱電偶13均與信號采集卡12電連接；所述信號采集卡12和計算機11電連接；

步驟一、將Fe、Ni、Al、Cu、Mn、Co、Si和Ti置于下坩堝4中進行熔煉；將Cr、Nb、Mo和C置于上坩堝2中進行熔煉，將上坩堝2熔煉完成的原料澆入下坩堝4中繼續熔煉，得到合金熔體；