消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置及其方法，该装置包括镍基单晶高温合金叶片蜡模和蜡块，所述蜡块设置在所述镍基单晶高温合金叶片蜡模的缘板上。该方法包括以下步骤：确定斑马晶在镍基单晶高温合金叶片缘板上的具体位置；根据斑马晶的尺寸制作与斑马晶尺寸相当的半球形蜡块和/或根据斑马晶所在的缘板的尺寸制作与缘板尺寸相当的三角形蜡块；将半球形蜡块和/或三角形蜡块焊接在镍基单晶高温合金叶片蜡模的缘板上。本发明专利技术仅在蜡模制作阶段通过在单晶高温合金叶片缘板上容易出现斑马晶的位置粘贴蜡块，就能在定向凝固过程中改变原有单晶高温合金叶片缘板上产生斑马晶位置的温度场，从而彻底消除单晶高温合金叶片的斑马晶。高温合金叶片的斑马晶。高温合金叶片的斑马晶。

【技术实现步骤摘要】
消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置及其方法


[0001]本专利技术属于单晶高温合金涡轮叶片制备
，具体涉及一种消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置及其方法。

技术介绍

[0002]镍基单晶高温合金叶片是镍基单晶高温合金采用定向凝固工艺浇铸的只有一个晶粒组成的零部件。由于单晶高温合金叶片内部的原子和组织是按照预定的方向生长而形成的单一柱状晶粒，所以单晶高温合金叶片的热强性能显著提高，综合性能非常优异。目前，先进航空发动机涡轮工作叶片和导向叶片普遍采用单晶高温合金叶片。
[0003]但是单晶高温合金叶片的结构十分复杂，存在较大的横向缘板，在定向凝固过程中，温度场、溶质场、温度梯度场受叶片缘板结构的影响，在定向凝固时叶片的缘板处很容易产生斑马晶，如图1
‑
2所示，1为镍基单晶高温合金叶片，2为斑马晶。斑马晶是由一组平行排列、形状类似钢琴键盘的晶粒组成，斑马晶的对角线长度通常在1
‑
20mm的范围内，部分斑马晶的尺寸会更大，斑马晶内部相邻晶粒的取向差甚至能达到15
°
以上。航空发动机涡轮叶片和导向叶片的制备对单晶高温合金叶片的要求较高，不允许单晶高温合金叶片的缘板存在斑马晶，因此急需开发一种新型的能够彻底消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置及其方法。
[0004]申请公布号为CN105108061A的专利技术专利公开了一种消除单晶叶片中杂晶缺陷的方法，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，引晶条从叶片下部引出若干个主引晶条，每个主引晶条到上面再分为若干个子引晶条引入缘板边角处。该技术方案适用于减少单晶叶片缘板边角处由于横向扩展造成的杂晶缺陷，不适用于减少或者消除斑马晶，杂晶的组织结构与斑马晶不同，而且没有给出主引晶条的具体安装位置，若主引晶条安装在叶片散热条件较差的叶盆侧，则会使叶片的散热条件变得更差，叶片凝固冷却速率减小，进而产生雀斑和组织粗大等质量问题；此外该技术方案只能减少单晶叶片的杂晶，不能完全消除。
[0005]授权公告号为CN217018474U的技术专利公开了一种单晶叶片引晶系统，包括主引晶条和子引晶条，主引晶条的下端从选晶器与叶片之间的过渡段表面上引出，上端通过子引晶条连接到缘板每个具有产生杂晶危险的边角处，主引晶条设置在叶片的叶背侧。该技术方案适用于减少单晶叶片缘板边角处的杂晶和雀斑缺陷，不适用于减少或者消除斑马晶，杂晶和雀斑的组织结构与斑马晶不同。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置，包括镍基单晶高温合金叶片蜡模和蜡块，所述蜡块设置在所述镍基单晶高温合金叶片蜡模的缘板上。
[0007]优选的是，所述蜡块为半球形蜡块和/或三角形蜡块。
[0008]在上述任一方案中优选的是，所述半球形蜡块为实心蜡块；所述半球形蜡块的球体直径为3
‑
10mm，所述半球形蜡块的高度为1
‑
4mm。半球形蜡块可以看作是直径为3
‑
10mm的实心球体的一部分，半球形蜡块的高度为平面到弧面的最大距离1
‑
4mm。
[0009]在上述任一方案中优选的是，所述半球形蜡块的平面设置在所述镍基单晶高温合金叶片蜡模的缘板上。半球形蜡块的平面要覆盖住出现斑马晶的区域。
[0010]在上述任一方案中优选的是，所述三角形蜡块为实心的等腰三角形蜡块；所述三角形蜡块的底面和腰面均为矩形，侧面为等腰三角形；所述底面的长边为4
‑
15mm、短边为0.5
‑
2mm；所述三角形蜡块的底角为15
‑
60
°
。
[0011]在上述任一方案中优选的是，所述三角形蜡块的底面设置在所述镍基单晶高温合金叶片蜡模的缘板上；或者所述三角形蜡块的侧面设置在所述镍基单晶高温合金叶片蜡模的缘板侧边上。三角形蜡块要设置在最接近斑马晶的缘板上或者缘板侧边上。
[0012]在上述任一方案中优选的是，所述三角形蜡块的顶角连接一根引晶条，所述引晶条的另一端连接所述镍基单晶高温合金叶片蜡模的叶尖。
[0013]在上述任一方案中优选的是，所述引晶条的形状为圆柱形，其直径为2
‑
4mm。本专利技术对引晶条的长度不做特殊限制。
[0014]本专利技术还提供一种消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的方法，应用于上述任一项所述的消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置，按照先后顺序包括以下步骤：
[0015]步骤一：采用叶片模具压制镍基单晶高温合金叶片蜡模，组合至少三组叶片模组；制备模壳、脱除蜡模、采用定向凝固工艺浇铸镍基单晶高温合金叶片；化学腐蚀后检测(使用仪器或目测均可)斑马晶的情况，进而确定斑马晶在镍基单晶高温合金叶片的缘板上的具体位置；
[0016]步骤二：根据斑马晶的尺寸制作与斑马晶尺寸相当的半球形蜡块和/或根据斑马晶所在的缘板的尺寸制作与缘板尺寸相当的三角形蜡块；
[0017]步骤三：采用叶片模具压制镍基单晶高温合金叶片蜡模；
[0018]步骤四：将半球形蜡块的平面焊接在镍基单晶高温合金叶片蜡模的缘板上，覆盖住出现斑马晶的区域；和/或，将三角形蜡块的底面焊接在镍基单晶高温合金叶片蜡模的缘板上或者将三角形蜡块的侧面焊接在镍基单晶高温合金叶片蜡模的缘板侧边上，同时在三角形蜡块的顶角处焊接一根引晶条，并将引晶条的另一端焊接在镍基单晶高温合金叶片蜡模的叶尖上；
[0019]步骤五：蜡模组合、制备模壳、脱除蜡模、采用定向凝固工艺浇铸镍基单晶高温合金叶片。
[0020]本专利技术对蜡模组合的方法、模壳的材料及其制备工艺、脱除蜡模的方法、定向凝固工艺的参数等不做特殊限定，采用传统或现有技术均可。
[0021]本专利技术适合于消除镍基单晶高温合金叶片上的斑马晶，斑马晶特指位于单晶高温合金叶片的缘板上且由一组平行排列、形状类似钢琴键盘的晶粒组成，在缘板的前缘侧和尾缘侧都可能产生斑马晶，尤其是尾缘侧更容易产生斑马晶。
[0022]本专利技术的消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置及其方法，结构简单，操作便捷，只需要在蜡模制作阶段通过在单晶高温合金叶片缘板上容易出现斑马晶的位置及其附近粘贴蜡块，就能够达到在定向凝固过程中改变原有单晶高温合金叶片缘板上产生斑马晶
位置的温度场的效果，从而彻底消除单晶高温合金叶片缘板上的斑马晶。本专利技术仅对叶片蜡模进行简单的调整，不改变单晶高温合金叶片的制备工序和定向凝固工艺的参数，也不会发生打磨斑马晶对叶片带来损伤的情况，进而提高叶片生产合格率，节省叶片制造成本。
附图说明
[0023]图1为镍基单晶高温合金叶片斑马晶的位置示意图；
[0024]图2为镍基单晶高温合金叶片斑马晶的形状示意图；
[0025]图3为按照本专利技术消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置的一优选实施例中缘板上焊接三角形蜡块的示意图；
[0026本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置，包括镍基单晶高温合金叶片蜡模和蜡块，其特征在于：所述蜡块设置在所述镍基单晶高温合金叶片蜡模的缘板上。2.根据权利要求1所述的消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置，其特征在于：所述蜡块为半球形蜡块和/或三角形蜡块。3.根据权利要求2所述的消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置，其特征在于：所述半球形蜡块为实心蜡块；所述半球形蜡块的球体直径为3
‑
10mm，所述半球形蜡块的高度为1
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4mm。4.根据权利要求3所述的消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置，其特征在于：所述半球形蜡块的平面设置在所述镍基单晶高温合金叶片蜡模的缘板上。5.根据权利要求2所述的消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置，其特征在于：所述三角形蜡块为实心的等腰三角形蜡块；所述三角形蜡块的底面和腰面均为矩形，侧面为等腰三角形；所述底面的长边为4
‑
15mm、短边为0.5
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2mm；所述三角形蜡块的底角为15
‑
60
°
。6.根据权利要求5所述的消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置，其特征在于：所述三角形蜡块的底面设置在所述镍基单晶高温合金叶片蜡模的缘板上；或者所述三角形蜡块的侧面设置在所述镍基单晶高温合金叶片蜡模的缘板侧边上。7.根据权利要求6所述的消除镍基单晶高温合...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻健，刘培元，骆宇时，韩梅，熊继春，李嘉荣，戴圣龙，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：