一种防止单晶高温合金转动叶片杂晶缺陷形成的方法技术

本发明专利技术涉及高温合金单晶叶片制备技术领域，具体为一种防止单晶高温合金转动叶片杂晶缺陷形成的方法。该方法步骤如下：(1)单晶高温合金转动叶片模具设计时，在易形成杂晶缺陷的位置设置保温冒口；(2)将具有保温冒口的单晶高温合金转动叶片蜡模进行挂浆、淋砂；(3)将熔融石蜡重新涂挂于保温冒口上，再将蜡模进行挂浆、淋砂、脱蜡后烧结制成刚玉模壳；(4)将刚玉模壳置于定向凝固炉中进行凝固，制备单晶高温合金转动叶片。本发明专利技术可使单晶高温合金转动叶片缘板处过冷度大大减小，从而降低杂晶缺陷的形成，具有制备工艺简单，成本低廉等特点，从而有利于提高单晶高温合金转动叶片的合格率。

【技术实现步骤摘要】
一种防止单晶高温合金转动叶片杂晶缺陷形成的方法
：本专利技术涉及高温合金单晶叶片制备
，具体为一种防止单晶高温合金转动叶片杂晶缺陷形成的方法。
技术介绍
：单晶高温合金叶片是航空发动机中的关键部件，合金的性能对发动机的效率起到非常关键作用。随着单晶高温合金中W、Ta、Re、Ru等难熔元素含量不断提高及单晶高温合金叶片的复杂化，使得铸造单晶高温合金叶片凝固缺陷出现的几率加大，如：单晶叶片特别是复杂结构单晶高温合金叶片中的缘板杂晶缺陷(见图2)。我国单晶高温合金叶片生产的合格率极低，约为发达国家的1/4～1/5，其中杂晶缺陷所占有比例很高，已经成为我国叶片生产的限制环节，致使单晶高温合金叶片的成本居高不下。目前，控制单晶高温合金叶片缘板杂晶的方法主要有引晶法、包裹陶瓷纤维(如硅酸铝棉等)。其中，引晶法采用在组装蜡树时，在叶片蜡模上粘贴引晶条，利用引晶条将叶片底端与叶片中上部的缘板边角处连接起来，使得按照常规的单晶叶片熔模铸造方法，在定向凝固时从选晶器长出的单晶不但直接向上进入叶片的叶身，也从侧面通过引晶条进入缘板的边角处，再与叶身处的本体单晶汇合，使整个铸件长成单晶组织，尽管该方法避免缘板的边角处因孤立过冷导致杂晶的形核长大，但是当引晶条中的枝晶与缘板中的枝晶汇合时，易导致缘板小角晶界缺陷的形成。此外，在缘板处包裹陶瓷纤维等方法虽然可以改变缘板处的温度场分布，降低杂晶的形成。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种防止单晶高温合金转动叶片杂晶缺陷形成的方法，该方法无需对单晶高温合金转动叶片模壳进行复合包裹或缠绕处理，无需将保温体或热导体植入模壳中，降低制备成本与操作难度。此外，本专利技术无需采用贴补引晶条的工艺，可避免缘板小角晶界缺陷的形成，从而简化工艺、降低由工艺复杂所导致的单晶叶片凝固缺陷报废率高、成本高等问题。本专利技术的技术方案是：一种防止单晶高温合金转动叶片杂晶缺陷形成的方法，具体步骤如下：(1)单晶高温合金转动叶片模具设计时，在易形成杂晶缺陷的位置设置保温冒口；(2)将具有保温冒口的单晶高温合金转动叶片蜡模进行挂浆、淋砂；(3)将熔融石蜡重新涂挂于保温冒口上，再将蜡模进行挂浆、淋砂、脱蜡后烧结制成刚玉模壳；(4)将刚玉模壳置于定向凝固炉中进行凝固，制备单晶高温合金转动叶片。所述的防止单晶高温合金转动叶片杂晶缺陷形成的方法，该方法采用防止单晶高温合金转动叶片缘板杂晶缺陷模壳结构，在形成单晶叶片缘板的内层陶瓷型壳中设置一体成形的预设冒口，一体成形的预设冒口位于单晶叶片缘板的顶部边缘处；同时，位于单晶叶片缘板底部、侧面以及一体成形的预设冒口外部的内层陶瓷型壳，其外围设置外层陶瓷型壳，外层陶瓷型壳与所述内层陶瓷型壳之间形成空腔结构。所述的防止单晶高温合金转动叶片杂晶缺陷形成的方法，步骤(1)中，在单晶高温合金转动叶片缘板处设置一个保温冒口，其中单晶叶片单侧缘板尺寸范围：长15～85mm×宽10～35mm×厚2～10mm，保温冒口尺寸与叶片缘尺寸相适应，保温冒口尺寸范围：长5～50mm×宽5～15mm×厚0.5～10mm。所述的防止单晶高温合金转动叶片杂晶缺陷形成的方法，步骤(3)中，将石蜡在50～80℃融化，并对保温冒口处进行涂刷，厚度为0.1～5mm；重新涂挂模壳浆料后，在850～1000℃烧结成型刚玉模壳，烧结时间为1～3小时，烧结过程中，石蜡挥发后在保温冒口附近形成空腔结构，通过控制空腔的大小调整局部凝固温度场。所述的防止单晶高温合金转动叶片杂晶缺陷形成的方法，步骤(4)中，将单晶高温合金转动叶片在真空定向凝固炉中进行定向凝固，在真空度为0.01～10Pa，浇注温度为1450～1650℃，拉速为1～9mm/min条件下进行定向凝固，通过控制拉速、控制局部凝固的温度场，从而降低单晶叶片缘板处的杂晶形成倾向。本专利技术的设计思想是：本专利技术方法基于单晶高温合金转动叶片定性凝固过程中缘板处温度场的变化所导致的杂晶缺陷形成问题，通过在叶片模具上的缘板处设置保温冒口，加之在缘板保温冒口处在设置成空腔型壳等措施改变缘板处的温度场分布，降低缘板杂晶缺陷的形成。本专利技术的优点及有益效果是：1、本专利技术工艺设计合理，在单晶高温合金转动叶片模具上直接设计保温冒口，其与单晶叶片一体成形，具有操作工艺简单、成本低的优点。2、本专利技术通过对陶瓷模壳进行二次涂蜡，烧结后在保温冒口附近形成陶瓷空腔结构，从而改变单晶叶片缘板处的温度场，有效避免因缘板处的过冷而引发的形核，降低缘板杂晶缺陷的形成。3、本专利技术操作简单，设计合理，可操作性强，可显著降低单晶高温合金转动叶片缘板杂晶缺陷的形成，提高单晶高温合金转动叶片合格率。总之，本专利技术解决单晶高温合金转动叶片制备过程中的缘板杂晶缺陷问题，该技术专利技术有利于降低杂晶缺陷的形成，减低单晶高温合金转动叶片的成本。附图说明：图1为防止单晶高温合金转动叶片缘板杂晶缺陷模壳结构示意图；其中，1、单晶高温合金转动叶片叶身；2、3、4、5为局部二维图剖面图。其中，2、单晶叶片缘板；3、一体成形的预设冒口；4、内层陶瓷型壳；5、空腔结构；6、外层陶瓷型壳。图2为一种单晶高温合金转动叶片缘板处杂晶形貌。图3(a)-(b)为模壳空腔结构局部图；其中，图3(a)涂蜡形貌；图3(b)烧结后空腔形貌。图4为采用该专利技术所制备的AM3单晶高温合金转动叶片缘板处的组织形貌。图5为采用该专利技术所制备的SRR99单晶高温合金转动叶片缘板处的组织形貌。图6为采用该专利技术所制备的RenéN5单晶高温合金转动叶片缘板处的组织形貌。具体实施方式：如图1所示，本专利技术防止单晶高温合金转动叶片缘板杂晶缺陷模壳结构，针对单晶高温合金转动叶片叶身1上部两侧的单晶叶片缘板2存在杂晶缺陷，在形成单晶叶片缘板2的内层陶瓷型壳4中设置一体成形的预设冒口3，一体成形的预设冒口3位于单晶叶片缘板2的顶部边缘处。同时，位于单晶叶片缘板2底部、侧面以及一体成形的预设冒口3外部的内层陶瓷型壳4，其外围设置外层陶瓷型壳6，外层陶瓷型壳6与所述内层陶瓷型壳4之间形成空腔结构5。在具体实施过程中，本专利技术防止单晶高温合金转动叶片杂晶缺陷形成的方法，其步骤如下：(1)单晶高温合金转动叶片模具设计时，在易形成杂晶缺陷的位置设置保温冒口；(2)将具有保温冒口的单晶高温合金转动叶片蜡模进行挂浆、淋砂；(3)将熔融石蜡重新涂挂于保温冒口上，再将蜡模进行挂浆、淋砂、脱蜡后烧结制成刚玉模壳；(4)将刚玉模壳置于定向凝固炉中进行凝固，制备单晶高温合金转动叶片。下面，通过实施例对本专利技术进一步详细说明。实施例1本实施例采用镍基单晶高温合金AM3，合金成分如表1所示。表1合金元素重量百分比CrMoAlWTiTaCoNi8.02.05.65.01.04.06.0余本实施例以发动机用单晶叶片为例，该单晶叶片单侧缘板尺寸约为长15mm×宽10mm×厚2mm，通过保温冒口设计为和空腔结构的设计，来改变单晶高温合金转动叶片缘板处的温度场，从而降低缘板杂晶缺陷的形成。将石蜡在50℃融化，通过注蜡机将熔融石蜡注入预先设计好的，具有保温冒口的单晶叶片金属模具内，其中保温冒口尺寸为长8mm×宽5mm×厚0.5mm，并将蜡模组成将蜡型组合完整，将组合好蜡模通过挂浆晾干后，再次涂蜡，石蜡的厚度为0.1mm。如图3(a)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防止单晶高温合金转动叶片杂晶缺陷形成的方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)单晶高温合金转动叶片模具设计时，在易形成杂晶缺陷的位置设置保温冒口；(2)将具有保温冒口的单晶高温合金转动叶片蜡模进行挂浆、淋砂；(3)将熔融石蜡重新涂挂于保温冒口上，再将蜡模进行挂浆、淋砂、脱蜡后烧结制成刚玉模壳；(4)将刚玉模壳置于定向凝固炉中进行凝固，制备单晶高温合金转动叶片。

【技术特征摘要】
1.一种防止单晶高温合金转动叶片杂晶缺陷形成的方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)单晶高温合金转动叶片模具设计时，在易形成杂晶缺陷的位置设置保温冒口；(2)将具有保温冒口的单晶高温合金转动叶片蜡模进行挂浆、淋砂；(3)将熔融石蜡重新涂挂于保温冒口上，再将蜡模进行挂浆、淋砂、脱蜡后烧结制成刚玉模壳；(4)将刚玉模壳置于定向凝固炉中进行凝固，制备单晶高温合金转动叶片。2.按照权利要求1所述的防止单晶高温合金转动叶片杂晶缺陷形成的方法，其特征在于，该方法采用防止单晶高温合金转动叶片缘板杂晶缺陷模壳结构，在形成单晶叶片缘板的内层陶瓷型壳中设置一体成形的预设冒口，一体成形的预设冒口位于单晶叶片缘板的顶部边缘处；同时，位于单晶叶片缘板底部、侧面以及一体成形的预设冒口外部的内层陶瓷型壳，其外围设置外层陶瓷型壳，外层陶瓷型壳与所述内层陶瓷型壳之间形成空腔结构。3.按照权利要求1或2所述的防止单晶高温合金转动叶片杂晶缺陷形成的方法，其特征在于，步骤(1)中，在单晶高温合金转动叶...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨彦红，梁静静，孟杰，周亦胄，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