一种单晶高温合金再结晶倾向的评价方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种判别铸造单晶高温合金再结晶倾向的工艺方法，以满足实际单晶铸件生产的要求，具体方案为：利用偏心管形试样在定向凝固过程中，不同壁厚位置所产生的铸造应力不同，导致该处变形程度不同，偏心管形试样经标准热处理时产生再结晶程度也随之不同，通过计算管形试样横截面薄壁处再结晶晶粒面积与管形试样横截面的面积之比来作为评定单晶合金的再结晶倾向的指标。

【技术实现步骤摘要】
一种单晶高温合金再结晶倾向的评价方法
本专利技术属于高温合金
，特别提供一种单晶高温合金再结晶倾向的评价方法。
技术介绍
随着科学技术的迅速发展和需求的不断提高，人们对航空发动机涡轮叶片的要求也越来越苛刻。目前，世界范围内使用的最先进的航空涡轮叶片均为镍基高温合金单晶叶片。单晶定向凝固技术消除了结晶过程中生成的横向晶界，从而提高材料的单向力学性能。但是，在实际的凝固过程中，由于铸造应力所产生的应变会导致后续热处理过程中发生再结晶进而会产生横向晶界，从而损害其高温蠕变性能。长期以来，单晶高温合金铸件中的再结晶问题已成为生产和使用镍基高温合金过程中的瓶颈问题。目前，人们多通过压痕法、吹砂、磕碰及计算机模拟等方法进行判别单晶高温合金的再结晶倾向，但这些方法都具有一定的局限性，与实际生产中情况差距较大，都还不能反映出实际单晶铸件结构因素对再结晶的影响情况。同时，实际的单晶铸件结构复杂，大小尺寸差别大，无法采用定量的标准进行再结晶倾向的评定，因此，有必要开发出一种判别单晶铸件再结晶倾向的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种判别铸造单晶高温合金再结晶倾向的工艺方法，以满足实际单晶铸件生产的要求，具体方案如下：一种单晶高温合金再结晶倾向的评价方法，其特征在于：利用偏心管形试样在定向凝固过程中，不同壁厚位置所产生的铸造应力不同，进而导致变形程度不同，不同变形程度的偏心管形试样经标准热处理后再结晶倾向也随之不同，通过计算偏心管形试样薄壁处横截面再结晶晶粒面积与偏心管形试样横截面的面积之比来作为评定单晶合金的再结晶倾向的指标。其中，所述偏心管形试样高度为100-300毫米，外径尺寸为10-20毫米，偏心管形试样的薄壁厚度：厚壁厚度＝1：15-20。在评价不同单晶合金再结晶倾向时应采用相同规格及尺寸的偏心管形试样。所述偏心管形试样蜡模成型压力为0.2-0.5MPa，蜡料温度为58-69℃，保压时间10-60秒。所述偏心管形试样模壳制备优选采用氧化铝涂料及氧化铝壳料制备。所述偏心管形试样采用PWA1483、PWA1484、CMSX-4、CMSX-10或DD33合金单晶材料制备。制备所述偏心管形试样的浇注温度为1480-1550℃，凝固拉速为3-9mm/min。本专利技术中，偏心管形试样制备后进行标准热处理(根据不同合金选择相应的标准热处理制度)，然后进行宏观腐蚀，观察再结晶情况，通过计算再结晶晶粒总面积与偏心管形试样表面的面积之比评定单晶合金的再结晶倾向。附图说明图1偏心管形试样横截面示意图。图2偏心管形试样纵截面示意图。图3陶瓷型芯底座结构示意图。图4陶瓷型芯组合结构示意图(其中，1、陶瓷型芯底座2、陶瓷管)。具体实施方式如图1、2所示，本专利技术所述管形试样为偏心结构，其薄壁厚度为D1，厚壁厚度为D2。图3、4所示为形成偏心结构管形试样内腔的陶瓷型芯结构示意图，陶瓷型芯均由陶瓷型芯底座1和陶瓷管2组成，使用时，将陶瓷管2套在陶瓷型芯底座1的某一陶瓷柱上，陶瓷管2与陶瓷型芯底座1陶瓷柱的接缝处用陶瓷料浆(由刚玉粉与硅溶胶组成，二者的质量比为3.3-3.5:1)粘结密封起来。陶瓷型芯底座1为十字型的柱状陶瓷型芯(由两个相互垂直的实心陶瓷柱结构整体压制而成)，所用材料为氧化铝，氧化铝纯度＞99％；组成陶瓷型芯底座1的两个陶瓷柱的长度为20-40毫米，其截面直径分别为Φ3、Φ4，其中Φ3、Φ4的取值范围是3-20毫米，陶瓷管2为空心高纯石英玻璃管，石英纯度＞99.9％，其外径Φ2比内径Φ1大1-3毫米，内径Φ1比所套陶瓷柱的截面直径Φ3或Φ4大0.1-0.5毫米；陶瓷管2的长度L为80-250毫米。管形试样制壳工序采用高温合金精密铸造工序进行。试样铸造采用等轴晶、定向柱晶或单晶凝固工艺铸造。试样清壳后进行脱芯处理，脱芯介质为氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液，浓度为35-45％，温度为160-190℃，压力为0.3-0.8MPa，时间8-20小时，然后进行清洗，最后干燥得到管状试样。实施例1首先制备PWA1483单晶材料偏心管形试样，该管形试样高度为300毫米，外径尺寸为20毫米，薄壁厚度D1：厚壁厚度D2＝1：20；管形试样蜡模成型压力为0.3MPa，蜡料温度为68℃，保压时间10秒；管形试样模壳制备采用氧化铝涂料及氧化铝壳料制备；制备单晶偏心管形试样的浇注温度为1550℃，凝固拉速为3mm/min；管形试样制备后进行标准热处理，然后进行宏观腐蚀，薄壁处观察无再结晶。实施例2首先制备PWA1484单晶材料偏心管形试样，该管形试样高度为300毫米，外径尺寸为20毫米，薄壁厚度D1：厚壁厚度D2＝1：20；管形试样蜡模成型压力为0.3MPa，蜡料温度为68℃，保压时间10秒；管形试样模壳制备采用氧化铝涂料及氧化铝壳料制备；制备单晶偏心管形试样的浇注温度为1550℃，凝固拉速为3mm/min；管形试样制备后进行标准热处理，然后进行宏观腐蚀，薄壁处观察有再结晶产生。通过计算，试样横截面再结晶晶粒面积与管形试样横截面的面积之比为1.5％。实施例3首先制备CMSX-4合金单晶材料偏心管形试样，该管形试样高度为100毫米，外径尺寸为10毫米，薄壁厚度D1：厚壁厚度D2＝1：15；管形试样蜡模成型压力为0.2MPa，蜡料温度为69℃，保压时间60秒；管形试样模壳制备采用氧化铝涂料及氧化铝壳料制备；制备单晶管形试样的浇注温度为1480℃，凝固拉速为9mm/min；管形试样制备后进行标准热处理，然后进行宏观腐蚀，观察无再结晶情况发生。实施例4首先制备CMSX-10合金单晶材料偏心管形试样，该管形试样高度为100毫米，外径尺寸为10毫米，薄壁厚度D1：厚壁厚度D2＝1：15；管形试样蜡模成型压力为0.2MPa，蜡料温度为69℃，保压时间60秒；管形试样模壳制备采用氧化铝涂料及氧化铝壳料制备；制备单晶管形试样的浇注温度为1480℃，凝固拉速为9mm/min；管形试样制备后进行标准热处理，然后进行宏观腐蚀，观察有再结晶产生，通过计算管形试样横截面薄壁处再结晶晶粒总面积与管形试样横截面的面积之比为2.3％。实施例5首先制备DD33合金单晶材料偏心管形试样，该管形试样高度为100毫米，外径尺寸为10毫米，薄壁厚度D1：厚壁厚度D2＝1：15；管形试样蜡模成型压力为0.2MPa，蜡料温度为69℃，保压时间60秒；管形试样模壳制备采用氧化铝涂料及氧化铝壳料制备；制备单晶管形试样的浇注温度为1480℃，凝固拉速为9mm/min；管形试样制备后进行标准热处理，然后进行宏观腐蚀，观察无再结晶情况发生。上述实施例只为说明本专利技术的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本专利技术的内容并据以实施，并不能以此限制本专利技术的保护范围。凡根据本专利技术精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单晶高温合金再结晶倾向的评价方法，其特征在于：利用偏心管形试样在定向凝固过程中，不同壁厚位置所产生的铸造应力不同，进而导致变形程度不同，不同变形程度的偏心管形试样经标准热处理后再结晶倾向也随之不同，通过计算偏心管形试样横截面再结晶晶粒面积与偏心管形试样横截面的面积之比来作为评定单晶合金的再结晶倾向的指标。

【技术特征摘要】
1.一种单晶高温合金再结晶倾向的评价方法，其特征在于：利用偏心管形试样在定向凝固过程中，不同壁厚位置所产生的铸造应力不同，进而导致变形程度不同，不同变形程度的偏心管形试样经标准热处理后再结晶倾向也随之不同，通过计算偏心管形试样横截面再结晶晶粒面积与偏心管形试样横截面的面积之比来作为评定单晶合金的再结晶倾向的指标。2.按照权利要求1所述单晶高温合金再结晶倾向的评价方法，其特征在于：所述偏心管形试样高度为100-300毫米，外径尺寸为10-20毫米，偏心管形试样的薄壁厚度：厚壁厚度＝1：15-20。3.按照权利要求1所述单晶高温合金再结晶倾向的评价方法，其特征在于：在评价不同单晶合金再结晶倾向时应采用相同规格及尺寸的偏心管形试样。4.按照权利要求1所述单晶高温合金再结晶倾向...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜卫国，肖久寒，卢玉章，楼琅洪，张健，
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