一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法技术

本发明专利技术属于高温合金技术领域，具体涉及一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，适用于薄壁件的生产制备。采用精密铸造的方法制备陶瓷型壳；浇铸前对型壳进行预热处理；利用真空感应熔炼炉熔炼合金并进行浇铸，获得薄壁铸件。在多晶高温合金制备的薄壁件中存在一定量的细小晶粒，增加了合金中晶界数量，降低了薄壁件高温服役过程中的稳定性。根据细小晶粒的形成原因，本发明专利技术采用降低凝固过程中的热应力和组织应力思想，优化了薄壁件的制备工艺，降低了合金中细小晶粒产生的倾向，提高了合金力学性能的稳定性。本发明专利技术采用简单可行的方法可以有效提高薄壁件性能的稳定性。方法可以有效提高薄壁件性能的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法


[0001]本专利技术属于高温合金
，具体涉及一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，适用于薄壁件的生产制备。

技术介绍

[0002]近年来，随着发动机推重比的不断提高，涡轮叶片服役温度也越来越高，为了提高叶片服役寿命，需要采用有效冷却方式降低叶片表面温度，因此，需要制备不同结构空心结构的叶片；此外，空心结构的叶片也可以有效减小发动机零件质量，进而提高飞机发动机效率。然而，空心叶片存在大量薄壁结构，由此带来薄壁效应。K465合金是我国典型铸造高温合金。在某型号叶片生产过程中发现叶身组织中存在细小晶粒，通常在高温下，晶界是材料变形过程中的薄弱环节，随着持久蠕变的进行，裂纹容易在晶界处萌生并扩展，最终导致合金失效，降低了发动机运行的可靠性。

技术实现思路

[0003]针对K465合金中容易出现细小晶粒，导致合金的持久性能稳定性下降，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，通过调整浇铸工艺和冷却工艺，减少薄壁件组织中的残余应力，进而降低细小晶粒出现的倾向，提升薄壁件的持久性能。
[0004]本专利技术的技术方案是：
[0005]一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，采用精密铸造的方法制备陶瓷型壳；浇铸前对型壳进行预热处理；利用真空感应熔炼炉熔炼合金并进行浇铸，获得薄壁铸件。
[0006]所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，该方法适用于K465高钨高温合金。
[0007]所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，具体步骤如下：
[0008]S1、制作蜡模，设计不同厚度薄壁板并制作蜡模；
[0009]S2、制作陶瓷型壳，先制作陶瓷型壳的面层，面层制作完成后依次制作过渡层和加固层，最后进行干燥及焙烧，将型壳放入马弗炉中预热；
[0010]S3、将K465合金锭在真空感应熔炼炉中进行真空熔炼，经过高温精炼后，将钢液降温至浇注温度，浇注到型壳中；
[0011]S4、浇注后的型壳冷却1分钟后立刻破空取出，待型壳冷却后拆除得到不同厚度薄壁铸件。
[0012]所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，S1中，设计厚度分别为1mm、3mm、5mm、10mm和20mm薄壁件。
[0013]所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，S2中，型壳预热温度为800
±
50℃。
[0014]所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，S3中，精炼温度为1600℃以上，时间为2～4min，合金浇注温度为1500
±
50℃。
[0015]所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，S4中，型壳的冷却方式为在空气中冷却。
[0016]本专利技术的设计思想是：
[0017]K465合金中固溶元素较多，在凝固过程中存在一定的残余应力，浇铸过程中如果工艺控制不当，导致组织内残余应力较大，在随后的冷却过程中导致细小再结晶出现，增加了合金中的晶界数量，使得合金的持久性能稳定性下降。因此，本专利技术通过控制型壳的预热温度、合金的浇注温度以及浇铸后的冷却速率三个方面协同作用，减小合金组织内残余应力，降低组织内细小再结晶出现的倾向。
[0018]本专利技术的优点及有益效果是：
[0019]1、K465合金中含有大量固溶元素，合金组织应力较大，在浇铸过程中如果工艺控制不当会使得合金组织中出现细小再结晶，造成合金持久性能稳定性下降。本专利技术通过控制型壳温度、浇注温度以及冷却速率来改善高温合金的组织，避免铸件中细小晶粒的产生，持久性能稳定性得到很大提高。
[0020]2、本专利技术在多晶高温合金制备的薄壁件中存在一定量的细小晶粒，增加了合金中晶界数量，降低了薄壁件高温服役过程中的稳定性。根据细小晶粒的形成原因，本专利技术采用降低凝固过程中的热应力和组织应力思想，优化了薄壁件的制备工艺，降低了合金中细小晶粒产生的倾向，提高了合金力学性能的稳定性。
[0021]3、本专利技术采用简单可行的方法可以有效提高薄壁件性能的稳定性。
附图说明
[0022]图1(a)为未采用本专利技术方法制备的5mm薄壁件组织图。
[0023]图1(b)为采用本专利技术方法制备的5mm薄壁件组织图。
具体实施方式
[0024]在具体实施过程中，本专利技术控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，合金材料为K465合金；采用精密铸造的方法制备陶瓷型壳；浇铸前对型壳进行预热处理；利用真空感应熔炼炉熔炼合金并进行浇铸。该方法具体步骤如下：
[0025]S1、制作蜡模，设计厚度分别为1mm、3mm、5mm、10mm和20mm的薄壁件并制作蜡模；
[0026]S2、制作陶瓷型壳，先制作陶瓷型壳的面层，面层制作完成后依次制作过渡层和加固层，最后进行干燥及焙烧，将型壳放入马弗炉中预热，预热温度为800
±
50℃；
[0027]S3、将K465合金锭在真空感应熔炼炉中进行真空熔炼，经过1600℃以上高温精炼后，将钢液降温至浇注温度1500
±
50℃，浇注到型壳中；
[0028]S4、浇注后的型壳冷却1分钟后立刻破空取出，待型壳在室温下冷却后拆除得到不同厚度薄壁铸件；浇注后，高温合金在975℃/225MPa时的持久寿命大于40h。
[0029]下面，通过实施例对本专利技术进一步详细阐述。
[0030]实施例
[0031]本实施例中，浇铸一炉K465合金不同板材，具体过程如下：
[0032]设计厚度分别为1mm、3mm、5mm、10mm和20mm的薄壁板并制作蜡模；制作陶瓷型壳，先制作陶瓷型壳的面层，面层制作完成后依次制作过渡层和加固层，最后进行干燥及焙烧，将型壳放入马弗炉中预热，预热温度为800℃；将K465合金锭在真空感应熔炼炉中进行真空熔炼，经过1600℃高温精炼后，将钢液降温至浇注温度1500℃，浇注到型壳中；浇注后的型壳冷却1分钟后立刻破空取出，待型壳在室温下冷却后拆除得到不同厚度薄壁铸件，观察其组织和性能与不采用本专利技术所用方法得到的产品对比分别见图1(a)和(b)和表1。
[0033]表1本专利技术实施例及不采用本专利技术所用方法得到的产品在975℃/225MPa寿命
[0034]未采用本专利技术所得产品(5mm薄板)31.1h本专利技术实施例所得产品(5mm薄板)71.9h
[0035]由图1(a)和(b)可以看出，未采用本专利技术所用方法得到的产品，其微观组织中含有大量细小晶粒，尺寸在～50μm，并呈羽毛状，如图中箭头所示；而本专利技术实施例所得产品，薄壁件中未发现细小晶粒。由表1可以看出，不采用本专利技术所用方法得到的产品，由于细小晶粒的存在，因此合金的高温持久性能很差，在975℃/225MPa的条件下持久寿命只下有31.1h，达不到此合金标准(≥40h)；而本专利技术实施例所得产品，细小晶粒的出现被明显抑制，因此持久性能大幅度提高，在975℃/225本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，其特征在于，采用精密铸造的方法制备陶瓷型壳；浇铸前对型壳进行预热处理；利用真空感应熔炼炉熔炼合金并进行浇铸，获得薄壁铸件。2.按照权利要求1所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，其特征在于，该方法适用于K465高钨高温合金。3.按照权利要求1所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，其特征在于，具体步骤如下：S1、制作蜡模，设计不同厚度薄壁板并制作蜡模；S2、制作陶瓷型壳，先制作陶瓷型壳的面层，面层制作完成后依次制作过渡层和加固层，最后进行干燥及焙烧，将型壳放入马弗炉中预热；S3、将K465合金锭在真空感应熔炼炉中进行真空熔炼，经过高温精炼后，将钢液降温至浇注温度，浇注到型壳中；S4、浇注后的型壳冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛乃成，孙士杰，范世钢，侯桂臣，王振江，荀淑玲，谢君，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：