[發明專利]雙組織高溫合金一體化制備方法及雙組織高溫合金

在審

• 申請號: 202211515547.6
• 申請日: 2022-11-29
• 公開（公告）號: CN115821380A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 張軍;趙勇;蘇海軍;郭敏
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C30B27/00
• 分類號: C30B27/00;C30B29/52;B22D27/04;B22D27/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 肖慧

本發明提供一種雙組織高溫合金一體化制備方法及雙組織高溫合金，涉及材料加工技術領域。該方法包括：步驟S1，采用定向凝固工藝制備定向柱晶或單晶高溫合金；步驟S2，在所述定向柱晶或單晶高溫合金凝固預設距離后施加預設強度的靜磁場，對應所述靜磁場的磁場強度調整所述定向凝固工藝的抽拉速率，繼續定向凝固制得等軸晶，得到雙組織高溫合金。本發明提供的雙組織高溫合金一體化制備方法，利用預設強度的靜磁場與定向凝固過程中合金內生熱電流相互作用產生的洛倫茲力來碎斷枝晶，可在非接觸作用下制備雙組織高溫合金材料，且對高溫合金的具體組成沒有特殊要求，本領域所熟知的需要制備成雙組織的高溫合金均可。

技術領域

本發明涉及材料加工技術領域，尤其涉及一種雙組織高溫合金一體化制備方法及雙組織高溫合金。

背景技術

高溫合金整體葉盤是現代航空發動機的一種新型結構，其將發動機轉子的葉片和輪盤形成一體，省去了傳統連接中的榫頭、榫槽及鎖緊裝置等，可以顯著提高發動機的部件減重效果。航空發動機整體葉盤工作時，葉片和輪盤的服役環境存在顯著差異，兩者對所需材料的性能要求不同。相對而言，輪盤的工作溫度較低，主要承受復雜的機械應力作用，要求在中低溫下具有較高的屈服強度、抗拉強度和塑性，足夠的持久、蠕變強度和低循環疲勞強度；而葉片工作于高溫腐蝕性燃氣環境中，主要承受離心力、熱應力作用，要求除了具有良好的高溫抗氧化、耐腐蝕能力外，還應具有良好的高溫持久和蠕變性能、機械疲勞和熱疲勞性能。因此，為了實現高溫合金整體葉盤的特定性能要求，葉片的組織一般為定向柱晶或單晶組織，而輪盤為等軸晶組織。

目前，制備雙組織高溫合金整體葉盤的方法主要有固相連接制備技術(包括熱等靜壓擴散焊和線性摩擦焊等)和雙組織鑄造技術兩種。通過固相連接制備技術制備高溫合金整體葉盤，是先分別制備出合格的柱晶/單晶葉片和等軸晶渦輪盤，然后通過熱等靜壓擴散焊的方法實現二者間的連接。但該方法中精確控制葉片定位難度高，尤其是在熱等靜壓擴散焊的過程中葉片和輪盤變形會導致發生相對位移；且葉片和輪盤連接部位存在物理界面，結合強度相對較低。雙組織高溫合金整體材料的鑄造方法，是通過預先放置籽晶，使籽晶部分重熔，然后利用設備的徑向溫度場使合金的一部分凝固時先形成單晶或定向柱晶，之后再對模殼進行機械振動，使后續凝固部分變為等軸晶，從而獲得雙組織高溫合金整體材料。但該方法在機械振動時需要模殼的強度足夠高，否則很容易破碎模殼。

發明內容

鑒于上述問題，本發明提供了一種雙組織高溫合金一體化制備方法及雙組織高溫合金。

本發明一方面提供了一種雙組織高溫合金一體化制備方法，包括：

步驟S1，采用定向凝固工藝制備定向柱晶或單晶高溫合金；

步驟S2，在上述定向柱晶或單晶高溫合金凝固預設距離后施加預設強度的靜磁場，對應所述靜磁場的磁場強度調整所述定向凝固工藝的抽拉速率，繼續定向凝固制得等軸晶，得到雙組織高溫合金。

可選地，該定向凝固工藝為液態金屬冷卻法。

可選地，該定向凝固的工藝參數可以是：加熱溫度1450℃～1600℃，保溫時間20min～40min。

可選地，采用籽晶法制備步驟中S1的單晶高溫合金。

可選地，在步驟S1中，采用液態金屬冷卻法制備定向柱晶或單晶高溫合金時，抽拉速率可以是2μm/s～100μm/s。

可選地，在步驟S2中，在施加的磁場強度升至所述預設強度之前停止抽拉，在磁場強度升至所述預設強度之后開始繼續抽拉，所述繼續抽拉的抽拉速率可以是2μm/s～30μm/s。

可選地，在步驟S2中，所施加的靜磁場的預設強度為1T～12T，磁場方向與定向凝固方向平行，該靜磁場可由超導強磁體提供。

可選地，將定向凝固爐置于該超導強磁體中，保證定向凝固時合金的固液界面處于磁場的穩恒區內。