一种通过3D打印蜡模制备可控二次取向的合金试样的方法技术

本发明专利技术涉及单晶高温合金领域，具体为一种通过3D打印蜡模制备可控二次取向的合金试样的方法。该方法首先切割出轴向具有<001>、<011>晶体学取向的立方体籽晶，再采用3D打印技术制备不同形状的起始段蜡模，将籽晶与蜡模的定向组装成具有特定取向的蜡模组，制备陶瓷型壳，最后浇注出可精准控制二次取向的单晶高温合金试样。本发明专利技术通过3D打印蜡模与籽晶的定向组装，降低了传统手工组装蜡模带来的人工误差，优化了籽晶对单晶高温合金试样二次取向的把控。制备的高温合金试样一次及二次取向精度更高，可重复性更优，制备过程更简单高效，更加利于单晶高温合金二次取向控制产业化的实现。利于单晶高温合金二次取向控制产业化的实现。

【技术实现步骤摘要】
一种通过3D打印蜡模制备可控二次取向的合金试样的方法


[0001]本专利技术涉及单晶高温合金领域，具体为一种通过3D打印蜡模制备可控二次取向的合金试样(试棒/试片)的方法。

技术介绍

[0002]单晶高温合金具有优异的高温性能，因此被广泛应用在航空发动机中需要在高温、复杂应力环境下服役的涡轮叶片。单晶高温合金的各向异性会影响其弹性模量、泊松比等物理参数。另外，在环境条件保持不变的情况下，单晶高温合金的取向也会影响复杂铸件内的应力应变分布、材料的薄弱位置，进而影响铸件的疲劳寿命以及蠕变寿命。目前国内工业上多要求单晶叶片的轴向取向为<001>，而对叶片二次取向没有明确要求。但是单晶叶片二次取向的随机分布会导致涡轮叶片疲劳寿命以及蠕变寿命等性能的随机变化。因此，为了保证单晶高温合金叶片的可靠性，在设计过程中同时把控轴向以及二次取向是十分有必要的。
[0003]通常，制备单晶铸件的方法分为选晶法以及籽晶法，选晶法是通过螺旋选晶器淘汰掉生长过程中竞争失败的晶粒获得<001>取向单晶的方法，该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过3D打印蜡模制备可控二次取向的合金试样的方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，制备特定形状的镍基单晶高温合金籽晶；在镍基单晶高温合金棒上切割出具有特定晶体学取向的立方体籽晶试块，对其表面进行磨抛清洗处理；第二步，3D打印起始段蜡模；采用绘图软件绘制起始段蜡模3D模型，采用3D打印设备打印所述起始段蜡模；起始段蜡模3D模型为直径15～30mm的圆柱体，垂直于圆柱体底面距离边缘1～3mm切减去，形成一个侧平面，在圆柱体一个端面沿圆心向下切减去一个立方定向凹槽，定向凹槽底面为正方形，边长为8～15mm，深度为2～10mm，定向凹槽一边与起始段蜡模3D模型圆柱体侧平面呈特定角度；采用3D打印设备打印绘制后的起始段蜡模3D模型；第三步，将第一步制备的立方体籽晶与第二步制备的带有定向凹槽的起始段蜡模组装在一起；组装过程中，籽晶正方形面向上伸入定向凹槽2～10mm，籽晶表面与定向凹槽紧密插装贴合，用粘接蜡填补结合缝隙；将已经组合的籽晶与起始段蜡模，以及螺旋选晶器蜡模和蜡板依次组合在一起形成蜡模组，蜡板平面与起始段蜡模圆柱体侧平面平行组装；第四步，制备预埋定向籽晶的陶瓷型壳；将第三步组装后带有定向籽晶的蜡模组外部挂上陶瓷耐火浆料，反复撒砂、挂浆2～10次；在高温下进行脱蜡、烘干工序得到预埋定向籽晶的陶瓷型壳；第五步，将上述陶瓷型壳放入单晶炉中预热，预热温度为1300℃～1600℃；金属液的熔化温度为1400℃～1650℃，将熔化后的金属液通过浇口杯浇注到型壳中，保温0～20min，以0.1～20mm/min的速率向下拉单晶，结束后随炉冷却取出，清壳后得到精准控制轴向和二次取向的单晶板。2.根据权利要求1所述的通过3D打印蜡模制备可控二次取向的合金试样的方法，其特征在于，第一步中，按质量百分比计，用于切割籽晶的镍基单晶高温合金为Ni
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(0～20)Cr
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(0～10)Co
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(0～13)Mo
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(0～9)W
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(0～15)Al
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(0～10)Ta
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(0～5)Ti(0～4)Nb(0～1)Hf材料。3.根据权利要求1所述的通过3D打印蜡模制备可控二次取向的合金试样的方法，其特征在于，第二步中，3D打印起始段蜡模采用112
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【专利技术属性】
技术研发人员：盛乃成，曹夕，侯桂臣，王振江，荀淑玲，谢君，桑志茹，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：