一种Ni基单晶高温合金生长过程中枝晶间距的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种Ni基单晶高温合金生长过程中枝晶间距的控制方法，属于单晶高温合金技术领域。该方法针对Ni基单晶高温合金，在定向凝固过程中，通过调整枝晶生长路径，达到控制枝晶间距的目的。Ni基单晶铸件枝晶粗化时，可通过改变单晶铸件生长方式来调整枝晶间距。本发明专利技术通过调整枝晶生长路径达到控制枝晶间距的目的，为今后制备具有变截面特征的单晶结构件奠定基础。

A control method of dendrite spacing in the growth process of a Ni based single crystal superalloy

The invention discloses a control method for the dendrite spacing in the growth process of Ni based single crystal superalloy, which belongs to the field of single crystal superalloy technology. This method aims at controlling the interdendritic spacing by adjusting the dendrite growth path for the Ni based single crystal superalloy during directional solidification. When dendrite coarsening of Ni based single crystal, the dendrite spacing can be adjusted by changing the growth mode of single crystal castings. By adjusting the dendrite growth path to control the dendrite spacing, the invention lays the foundation for the future preparation of single crystal structure with variable cross section characteristics.

【技术实现步骤摘要】
一种Ni基单晶高温合金生长过程中枝晶间距的控制方法
本专利技术涉及单晶高温合金
，具体涉及一种Ni基单晶高温合金生长过程中枝晶间距的控制方法。
技术介绍
为了满足先进航空发动机涡轮叶片对耐温能力的要求，消除了晶界这一高温薄弱结构的单晶高温合金，因其优异的高温性能已经逐渐成为制备先进航空发动机涡轮叶片的首选材料。而单晶高温合金涡轮叶片的设计结构和制造质量更是直接影响航空发动机的承温能力和整体性能。纵观先进航空发动机的发展历程，单晶高温合金涡轮叶片尺寸的大型化和结构的复杂化已经成为继续提升航空发动机关键热端部件整体性能的有效手段和必然趋势。但是，随着单晶叶片尺寸大型化和结构复杂化，单晶生长过程中容易出现枝晶粗大，造成单晶叶片性能波动、服役寿命缩短等问题。首先，新型单晶叶片结构复杂，叶身壁厚薄，且截面形状多变，造成单晶生长路径复杂，生长速率差异大，容易引起枝晶粗大，造成叶片性能下降。其次，新型单晶叶片尺寸的大型化，造成定向凝固过程中枝晶生长路径变长，特别是在水冷盘远端处的单晶生长后期，由于枝晶生长方向的温度梯度急剧降低，更容易造成枝晶粗化，导致叶片报废。因此，优化单晶生长方式，调整枝晶生长路径，控制枝晶间距就显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种Ni基单晶高温合金生长过程中枝晶间距的控制方法，该方法通过控制枝晶间距，从而解决单晶高温合金定向凝固过程中由于枝晶生长路径变化引起的枝晶粗化问题。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种Ni基单晶高温合金生长过程中枝晶间距的控制方法，该方法是针对Ni基单晶高温合金，在其定向凝固过程中，通过调整枝晶生长路径，实现对枝晶间距的控制。在定向凝固过程中，当生长截面尺寸固定的棒状试样时，随着试样截面尺寸增加，枝晶间距增加。定向凝固过程中，当生长变截面的试样时，试样截面尺寸以突变方式增加时的枝晶间距要大于试样截面尺寸以连续方式增加时的枝晶间距。所述试样的截面直径为φ8-16mm。针对镍基单晶铸件结构复杂，形状多变的特征，采用合理的单晶生长方式，调整枝晶生长路径，可有效的控制枝晶间距。而采用不合理的单晶生长方式，则会造成枝晶间距显著粗化。本专利技术的优点及有益效果如下：1、本专利技术通过研究Ni基单晶高温合金试样几何尺寸与枝晶间距之间的响应关系，确定了在定向凝固工艺不变情况下，试棒增加横向宽度，枝晶间距显著增加，枝晶粗化；而在试棒变宽过程中，试样截面尺寸采用连续增加的方式，则可有效控制枝晶粗化。2、Ni基单晶铸件结构复杂，形状多变，容易出现枝晶粗大的情况。特别是在定向凝固后期，由于固液界面距水冷盘距离增加，温度梯度和冷却速率显著下降，会造成枝晶显著粗化，导致单晶铸件枝晶间距产生波动。采用优化单晶铸件生长方式，调整枝晶生长路径，达到控制枝晶间距的目的，为今后制备具有变截面特征的单晶结构件奠定基础。附图说明图1为不同尺寸试棒示意图。图2为不同尺寸试棒枝晶形貌。图3为不同尺寸单晶试棒的枝晶间距。图4为不同生长方式叶片模拟件示意图。图5为不同生长方式叶片模拟件的枝晶形貌。具体实施方式以下结合附图及实施例详述本专利技术。以下实施例中，采用常规定向凝固工艺，制备不同尺寸的镍基单晶高温合金试棒(牌号：SRR99，AM3，DD5，DD98)，研究枝晶生长路径与枝晶间距的关联性，提出相应的控制方法。如图1所示，为了研究枝晶路径对枝晶间距的影响，设计了一组具有不同几何尺寸的试棒。模组主要包括：选晶器、过渡段和试样。为了量化试样尺寸，在图1中，标示出了试样的几个主要尺寸，主要包括试样的几何尺寸和结构特征。具体试样尺寸详见表1。表1.试样几何尺寸(注：扩展指试样截面尺寸(直径)以连续方式增加，由窄逐渐变宽，连续指试样尺寸为连续变化；突变指试样截面尺寸(直径)以突变方式增加，为突然变化，试样4的截面直径由8mm突然增至12mm，再突然增至16mm，增加时无过渡过程。)如图4所示，为了研究枝晶生长方式对叶片枝晶间距的影响，设计了一组具有榫头、缘板、叶身等典型叶片结构的模拟件。实施例1：如图2所示，在定向凝固工艺不变的条件下，随着试样尺寸不同造成枝晶生长路径不同，导致单晶试棒中枝晶间距也有所不同。如图3所示，枝晶在尺寸为φ8的试样1中生长时，枝晶细且致密，枝晶间距约为246μm；当枝晶在尺寸为φ16的试样2中生长时，枝晶显著粗化，枝晶间距约为297μm；当枝晶在尺寸为φ8-16连续扩展的试样3中生长时，枝晶形貌与试样3中相似，枝晶间距约为287μm；当枝晶在尺寸为φ8-16突变扩展的试样4中生长时，枝晶更加粗大，枝晶间距约为330μm。在试样尺寸在φ8-16mm范围内，随着试样尺寸增加，枝晶间距增加；试样尺寸突然增加引起的枝晶间距增加幅度要大于试样尺寸连续增加。因此，通过改变枝晶生长路径可以达到控制枝晶间距的目的。实施例2：根据实施例1中，枝晶在不同生长路径中枝晶间距的差别，调整模拟叶片中单晶生长方式，由榫头在上变为榫头在下，如图4所示。由于生长方式不同，叶片中枝晶间距也存在显著差别。图5为不同生长方式叶片模拟件的枝晶形貌。榫头在上生长方式的叶片模拟件中，枝晶较为细化且致密，枝晶间距约为280μm；榫头在下生长方式的叶片模拟件中，枝晶较为粗大，枝晶间距约为300μm。因此，通过改变叶片模拟件生长方式，可以达到控制枝晶间距的目的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ni基单晶高温合金生长过程中枝晶间距的控制方法，其特征在于：该方法是针对Ni基单晶高温合金，在其定向凝固过程中，通过调整枝晶生长路径，实现对枝晶间距的控制。

【技术特征摘要】
1.一种Ni基单晶高温合金生长过程中枝晶间距的控制方法，其特征在于：该方法是针对Ni基单晶高温合金，在其定向凝固过程中，通过调整枝晶生长路径，实现对枝晶间距的控制。2.根据权利要求1所述的Ni基单晶高温合金生长过程中枝晶间距的控制方法，其特征在于：在定向凝固过程中，当生长截面尺寸固定的棒状试样时，随着试样截面尺寸增加，枝晶间距增加。3.根据权利要求1所述的Ni基单晶高温合金生长过程中枝晶间距的控制方法，其特征在于：定向凝固...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥斌，李金国，刘纪德，张朝威，王猛，赵乃仁，王志辉，金涛，孙晓峰，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21