一种铸造单晶高温合金籽晶切割制备的方法技术

一种铸造单晶高温合金籽晶切割制备的方法，基于单晶生长方向与晶体方向存在严格对应关系，精确切割标定出一次枝晶和二次枝晶的方向，依据枝晶方向构建出标准的FCC晶体结构，能够切出单晶试棒的(001)晶面，进而利用FCC晶体的晶面夹角公式计算出目标晶面与(001)晶面的夹角θ，并且根据FCC晶体结构的特性在(001)晶面上标出目标晶面与(001)晶面的交线，沿着交线切出与(001)晶面夹角为θ目标晶面；垂直于目标晶面进行切割得到具有目标取向的籽晶。本发明专利技术采用金相观察和定向切割的方式能够直接在铸造单晶试棒上切割出任意晶体取向的籽晶，具有使用设备和操作步骤简单，切出的籽晶取向偏差小于5°。

A method of cutting and preparing the seed of casting single crystal superalloy

【技术实现步骤摘要】
一种铸造单晶高温合金籽晶切割制备的方法
本专利技术涉及铸造单晶高温合金籽晶定向切割方法，具体是一种通过金相观察和定向切割使铸造单晶高温合金成为具有[001]、[011]或[111]晶体学取向特征的籽晶。
技术介绍
单晶高温合金因其优异的高温性能，被广泛应用于先进航空发动机的涡轮叶片等热端构件中。单晶高温合金的力学性能具有显著的各向异性，虽然工业上多采用轴向为[001]取向的单晶叶片，但是涡轮叶片不规则的外部形状和内部复杂的气冷通道，以及服役过程中较高的温度梯度，使得涡轮叶片在实际服役过程中产生局部多轴机械应力及沿各个方向的热应力。因此，对不同取向单晶高温合金力学性能的研究能够对叶片实际应用提供参考。同时，在某些条件下沿轴为[111]取向的涡轮叶片将具有更高、更稳定的高温性能。研究表明：Mar-M200合金在760℃/689MPa条件下，[111]取向合金的蠕变性能明显高于[001]取向合金；DD33合金在850℃/650MPa条件下，[111]取向合金的寿命是[001]取向的2倍，且断裂伸长率彼此相当。而螺旋选晶法得到的单晶生长方向表现出明显的择优取向，一般为[001]方向，很难通过这种方法得到[111]取向的叶片。籽晶法是指通过融化籽晶顶端表面并外延生长出单晶体，这种方法制得的单晶体与籽晶取向一致。从已具有[001]、[011]或[111]取向特征的单晶体中切取并制备籽晶是一种常用的籽晶制备方法，但是常用的制备方法难以直接制备具有[011]和[111]取向特征的单晶体。利用X射线测定单晶取向，再使用特制夹具通过旋转特定角度对已有单晶进行切割的方法，存在操作复杂、费用昂贵的缺点。在公开号为CN109916693A的专利技术创造中公开了一种确定铸造单晶高温合金晶体取向的方法，提出可以通过枝晶方向确定铸态单晶高温合金的晶体学取向，但是并没有提出切割[001]、[011]及[111]取向的籽晶具体方法。在公开号为CN101255605A的专利技术创造中公开了一种Ni3Al基单晶高温合金采用籽晶制备的方法，虽然提到定向切割不同取向的籽晶，但是没有具体提出可行性的操作方案。在公开号为CN104846441A的专利技术中公开了一种铸造用镍基单晶合金籽晶的切割制备方法，提出了一种可操作的切割方案，能够切取不同取向的籽晶。但是这种切割方式在切割之前需要使用X射线测定试块的特征角度，并且在切割过程中使用的夹具也相当复杂，存在费用昂贵、流程复杂的等缺点。
技术实现思路
为了克服现有技术切割铸造单晶高温合金籽晶使用设备复杂、费用昂贵的不足，本专利技术提出了一种铸造单晶高温合金籽晶切割制备的方法。本专利技术的具体过程是：步骤1，做与二次枝晶方向平行的一次标记线对单晶试棒的一个端面1进行表面处理，在该端面得到二次枝晶；在所述有二次枝晶的单晶试棒端面划线作为一次标记线，该标记线平行于其中一个任意一个二次枝晶的方向，并采用MST树图法或面积测量法测量得到各一次枝晶间距的平均值。所述对单晶试棒的一个端面进行表面处理包括腐蚀处理，具体是对经过抛光的单晶试棒的端面腐蚀20～40s；所采用的腐蚀剂由4gCuSO4、20mlHCl和20mlH2O混合而成。步骤2，切割单晶试棒沿所述单晶试棒的轴向切割单晶试棒，得到一次标定试件。对得到的一次标定试件进行表面处理。所述对一次标定试件表面处理包括腐蚀处理是对经过抛光的单晶试棒的端面腐蚀40～60s；所采用的腐蚀剂由4gCuSO4、20mlHCl和20mlH2O混合而成。经过表面处理的切割面会出现一次枝晶干。测量所述单一一次枝晶干在该切割面上暴露的平均长度，并且计算该平均长度与步骤1中测得的平均一次枝晶间距的比值。若单一一次枝晶干在该纵剖面上暴露的平均长度与平均一次枝晶间距的比值大于60，转到步骤3。若单一一次枝晶干在该纵剖面上暴露的平均长度与平均一次枝晶间距的比值小于60，则再次切割该单晶试棒，获得二次标定试件。对得到的二次标定试件进行表面处理。所述获得二次标定试件的具体过程是：在该一次标定试件的切割面划线作为二次标记线，并使该二次标记线平行于该纵剖面上显露的一次枝晶的方向。沿所述二次标记线的平行线切割所述一次标定试件，并使切割方向垂直于纵剖面，得到二次标定试件。所述沿二次标记线切割该一次标定试件时，沿着纵剖面上二次标记线的平行线方向切割一次标定试件，并使切割方向与纵剖面垂直，在一次标定试件上形成垂直于纵剖面的斜剖面。得到的所述斜剖面呈沿长轴剖开的半椭圆形状。该斜剖面的起始点为半椭圆形底边一端的端点，终点为该半椭圆弧线的顶点。步骤3，标定晶体取向在所述纵剖面划线作<001>方向标记线，并使该<001>方向标记线平行于一次枝晶方向，该<001>方向标记线的方向即为单晶<001>方向。在纵剖面上继续划线作<001>方向的垂线，该垂线为<100>方向标记线或<010>方向标记线或<010>方向标记线；所述<100>方向标记线的方向即为单晶<100>方向，所述<010>方向标记线所示方向即为单晶<010>方向，所述<010>方向标记线所示方向即为单晶<010>方向。步骤4，切取目标晶面所述的目标晶面为(001)晶面或(011)晶面或(111)晶面。在所述一次标定试件或二次标定试件上切割(001)晶面或(011)晶面或(111)晶面。在切取(001)晶面时，线切割丝平行于所述<100>方向标记线平行，并使绘制的<001>方向标记线垂直于线切割丝切割方向。切割得到的一次切割试样，切割方向垂直于步骤3中<001>方向标记线。一次切割试样上的切割面即为一个(001)晶面。在切取(011)晶面时，线切割丝平行于所述<010>方向标记线并使绘制的<001>方向标记线垂直于线切割丝切割方向。切割得到的一次切割试样，该一次切割试样上的切割面即为一个(001)晶面。在所述(001)晶面划出<100>方向标记线，该<100>方向标记线垂直于<010>方向。所述<100>方向标记线所示方向即为单晶<100>方向。该<100>方向为(011)晶面与(001)晶面相交线。利用FCC晶体的两晶面夹角公式，得到(011)晶面与(001)晶面夹角；所述(011)晶面与(001)晶面夹角θ2＝45°。继续切割该一次切割试件试件，得到二次切割试样，切割时线切割丝与所述(001)晶面平行，并与相交线<100>重合，令线切割丝行走方向与(001)晶面之间的夹角为45°。所述二次切割试样为两端电火花面不平行的大半圆柱，二次切割试样上的切割面即为一个(011)晶面。在切取(111)晶面时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铸造单晶高温合金籽晶切割制备的方法，其特征在于，具体过程是：/n步骤1，做与二次枝晶方向平行的一次标记线：/n对单晶试棒的一个端面进行表面处理，在该端面得到二次枝晶；在所述有二次枝晶的单晶试棒端面划线作为一次标记线，该标记线平行于其中一个任意一个二次枝晶的方向，并采用MST树图法或面积测量法测量得到各一次枝晶间距的平均值；/n步骤2，切割单晶试棒：/n沿所述单晶试棒的轴向切割单晶试棒，得到一次标定试件；对得到的一次标定试件进行表面处理；/n经过表面处理的切割面会出现一次枝晶干；测量所述单一一次枝晶干在该切割面上暴露的平均长度，并且计算该平均长度与步骤1中测得的平均一次枝晶间距的比值；/n若单一一次枝晶干在该纵剖面上暴露的平均长度与平均一次枝晶间距的比值大于60，转到步骤3；/n若单一一次枝晶干在该纵剖面上暴露的平均长度与平均一次枝晶间距的比值小于60，则再次切割该单晶试棒，获得二次标定试件；对得到的二次标定试件进行表面处理；/n步骤3，标定晶体取向：/n在所述纵剖面划线作<001>方向标记线，并使该<001>方向标记线平行于一次枝晶方向，该<001>方向标记线的方向即为单晶<001>方向；在纵剖面上继续划线/n作<001>方向的垂线，该垂线为<100>方向标记线或<010>方向标记线或<010>方向标记线；所述<100>方向标记线的方向即为单晶<100>方向，所述<010>方向标记线所示方向即为单晶<010>方向，所述<010>方向标记线所示方向即为单晶<010>方向；/n步骤4，切取目标晶面：/n所述的目标晶面为(001)晶面或(011)晶面或(111)晶面；在所述一次标定试件或二次标定试件上切割(001)晶面或(011)晶面或(111)晶面；/n步骤5，切出具有目标晶体学取向特征的籽晶：./n调整线切割丝垂直于得到的(001)晶面或(011)晶面或(111)晶面；切割出具有[001]晶体学取向特征或[011]晶体学取向特征或[111]晶体学取向特征的籽晶。/n...

【技术特征摘要】
1.一种铸造单晶高温合金籽晶切割制备的方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1，做与二次枝晶方向平行的一次标记线：
对单晶试棒的一个端面进行表面处理，在该端面得到二次枝晶；在所述有二次枝晶的单晶试棒端面划线作为一次标记线，该标记线平行于其中一个任意一个二次枝晶的方向，并采用MST树图法或面积测量法测量得到各一次枝晶间距的平均值；
步骤2，切割单晶试棒：
沿所述单晶试棒的轴向切割单晶试棒，得到一次标定试件；对得到的一次标定试件进行表面处理；
经过表面处理的切割面会出现一次枝晶干；测量所述单一一次枝晶干在该切割面上暴露的平均长度，并且计算该平均长度与步骤1中测得的平均一次枝晶间距的比值；
若单一一次枝晶干在该纵剖面上暴露的平均长度与平均一次枝晶间距的比值大于60，转到步骤3；
若单一一次枝晶干在该纵剖面上暴露的平均长度与平均一次枝晶间距的比值小于60，则再次切割该单晶试棒，获得二次标定试件；对得到的二次标定试件进行表面处理；
步骤3，标定晶体取向：
在所述纵剖面划线作<001>方向标记线，并使该<001>方向标记线平行于一次枝晶方向，该<001>方向标记线的方向即为单晶<001>方向；在纵剖面上继续划线
作<001>方向的垂线，该垂线为<100>方向标记线或<010>方向标记线或<010>方向标记线；所述<100>方向标记线的方向即为单晶<100>方向，所述<010>方向标记线所示方向即为单晶<010>方向，所述<010>方向标记线所示方向即为单晶<010>方向；
步骤4，切取目标晶面：
所述的目标晶面为(001)晶面或(011)晶面或(111)晶面；在所述一次标定试件或二次标定试件上切割(001)晶面或(011)晶面或(111)晶面；
步骤5，切出具有目标晶体学取向特征的籽晶：.
调整线切割丝垂直于得到的(001)晶面或(011)晶面或(111)晶面；切割出具有[001]晶体学取向特征或[011]晶体学取向特征或[111]晶体学取向特征的籽晶。


2.如权利要求1所述铸造单晶高温合金籽晶切割制备的方法，其特征在于，所述对一次标定试件表面处理包括腐蚀处理是对经过抛光的单晶试棒的端面腐蚀40～60s；所采用的腐蚀剂由4gCuSO4、20mlHCl和20mlH2O混合而成；；


3.如权利要求1所述铸造单晶高温合金籽晶切割制备的方法，其特征在于，所述对一次标定试件表面处理包括腐蚀处理，具体是对经过抛光的单晶试棒的端面腐蚀40～60s；所采用的腐蚀剂由4gCuSO4、20mlHCl和20mlH2O混合而成。


4.如权利要求1所述铸造单晶高温合金籽晶切割制备的方法，其特征在于，所述获得二次标定试件的具体过程是，
在该一次标定试件的切割面划线作为二次标记线，并使该二次标记线平行于该纵剖面上显露的一次枝晶的方向；沿所述二次标记线的平行线切割所述一次标定试件，并使切割方向垂直于纵剖面，得到二次标定试件。


5.如权利要求6所述铸造单...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文超，曲鹏飞，刘林，张军，黄太文，苏海军，郭敏，郭跃岭，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61