铸造方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供用于制造无宏观缺陷的高品质铸造物的铸造技术。本发明专利技术着眼于定向凝固或ＥＳＲ、ＶＡＲ等重熔法制备铸锭的凝固过程中固液共存相中的液相流动现象，阐明了对固液共存相全体施加强磁场以抑制成为形成宏观偏析的原因的枝晶间极低速液相流动，从而可抑制线状偏析等宏观缺陷。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及铸造
，涉及含有由多晶颗粒生成柱状枝晶组织(称为DS材)以及由单一颗粒生成枝状组织(称为Mono-crystal或SX材)的 定向凝固铸造物，并涉及通过电渣重熔法(ESR)、真空电弧重熔法(VAR) 等重熔法制备铸锭时主要用于改善宏观偏析的铸造技术。
技术介绍
定向凝固铸造物作为本专利技术
的定向凝固铸造物的例子，可举出用于飞机用喷气 引擎、发电用燃气轮机的涡轮叶片材料。图1 (a)表示现在使用的典型的 定向凝固装置的概要。向设置在水冷台上的陶瓷铸模(实际铸模为复杂的3 维形状)内浇铸熔融金属后，将铸模由使其保持高温的加热炉沿重力方向拉 引而使依次凝固，得到含有多晶柱状枝晶组织(称为DS材)或单一枝状组 织(称为SX材)的铸造物。图中表示在拉引过程中的液相、固液共存相(Mushy zone,共存区域)以及固相。未给出详细的浇铸装置、真空容器等实际装置。 由于涡轮叶片在极其严酷的条件下使用，使用高温强度等耐热性优越的Ni 基合金作为主要材料。然而，在这些涡轮叶片上产生称作线状偏析的管道偏 析、不定向结晶缺陷(misoriented grain defects),微观气孔等铸造缺陷，成为 制品成品率低的主要原因(例如参照文献1的321页)。关于线状偏析的形成原因，现在可定性的参考以下。Ni基超合金的特 征之一是在合金基体的y相整齐析出的y，相(被称为"伽马撇"相的以 Ni3(Al，Ti)为基本组成的金属间化合物)，通常随y，相体积率的增加高温 强度提高。但是，在含有比Ni轻的Al、 Ti、 W等的合金中，随着凝固的进 行，这些元素偏聚的枝晶间的液相的密度减小。因此，这样的合金在沿与重 力相反方向凝固的情况下，固液共存相的底部即枝晶的根部的液相密度相对 于液相即枝晶的先端部的密度为小(本说明书中将这样的合金称之为相对于对流"溶质不稳定")。另一方面，由于枝晶根部的温度分布比先端部低， 密度也较大，因此不产生对流。即，成为"热稳定"。溶质不稳定度大于热 稳定度时，在形成密度逆转层的固液共存相中，液相以此密度差为原因产生上升流，容易产生称为线状偏析(freckle)的管道偏析。此外，容易产生 枝晶的成长被破坏的不定向结晶(本说明书将此类合金称为"浮上型合金 (upward type of buoyancy )")。在Ni基超合金叶片中生成的线状偏析， 理解为是由基于这样的密度差的上升流而产生的。现在，为了降低这些铸造缺陷，改善加热、保持温度、拉引速度、辐射 冷却能等铸造条件，或添加比Ni重的Ta等元素而调节成分等，做出很多试 验错误的改良努力，但仍然不够。因此，急需一种能消除这样的铸造缺陷的 技术。通过重熔法制备铸锭在电渣重熔法(ESR)、真空电弧重熔法(VAR)等重熔法制备铸锭中， 具有液相池及固液共存相的深度相对较浅的特征。虽然在上述定向凝固法中 抑制了从侧面开始的凝固，但这些重熔法由于铸模(通常使用水冷铜铸模) 散热从侧面开始的凝固也进行的点上不一样。由ESR或VAR制造Ni基超合 金，生成以线状偏析(管道偏析)为首的宏观偏析广为人知(参照文献2)。 上述的重熔法，浮上型合金是当然的，而其相反的沉降型合金(即随着凝固 的进行枝间溶质偏聚液相的密度增大的合金)也产生上述的偏析缺陷。为降 低这样的铸造物缺陷，虽然设定冷却条件、熔化速度等铸造条件或调整化学 成分来尽可能地降低液相池的深度(特别是对沉降型合金有效)或能增加冷 却速度，但随着铸锭的断面面积的增大，上述偏析缺陷的生成无可避免。因 此，在用于上述Ni基超合金涡轮叶片、铁基合金发电用涡轮转子等的铸锭 的制造中，急需一种尽可能增大尺寸而偏析较少的铸锭的稳定制造技术。
技术实现思路
本专利技术提供定向凝固铸造物及由ESR、 VAR等重熔法制备高品质铸造物 的铸造技术，在铸造物中没有生成主要由固液共存相中的液相的流动产生的 线状偏析等宏观偏析。本专利技术率先阐明了在上述铸造工艺中，特别着眼于固液共存相中的液相8流动现象，针对上述固液共存相全体施加强磁场，使该相内枝晶间极低速流 动的液相得以抑制，由此消除线状偏析等宏观偏析。 附图说明图l表示具体例1中的定向凝固法的概要，(a)表示现有制造方法的概 要，(b)表示本专利技术涉及的制造方法的概要；图2表示Ni-10wt%Al合金以及IN718合金在凝固过程中温度和固相体 积率的关系(关于IN718参考文献10的图1);图3表示Ni-10wt%Al合金凝固中的液相溶质浓度变化；图4表示IN718合金在凝固过程中液相溶质浓度变化(参考文献10的 图2);图5表示Ni-10wt%U合金以及IN718合金在凝固过程中的液相密度变化；图6表示Al浓度的等高线，表示在轴向所施加磁场Bz对具体例1中 Ni-10wt%Al合金圓形定向凝固铸锭的线状偏析偏析的作用效果；(a)表示 Bz=0, ( b )表示Bz=5特斯拉，(c )表示Bz=l 0特斯拉，(d )表示在这些 铸锭的RR，断面(距底面91.9mm)中的Bz的效果。图7表示和图6相同的铸锭在凝固途中(18分钟后)的固相率分布；(a) 为全断面，(b)为外周部的局部扩大图。图8表示和图6相同的铸锭在凝固途中(18分钟后)的液相流动；(a ) 为Bz=0， ( b )为Bz=10特斯拉。图9表示Al浓度等高线，表示具体例2中Ni-10wt。/。合金方形定向凝固铸 锭的线状偏析偏析；(a)为横断面(距底面86.6mm)中的线状偏析，(b) 为纵断面(Y方向断面)中的线状偏析。图IO表示和图9相同的铸锭的Y方向末端纵断面中20分钟后的(a)Al的 线状偏析偏析及固相率分布，(b)固液共存相及液相中流动场及固相率分 布。图中的等高线表示固相率为0. 2、 0.4、 0. 6和0. 8。背景上部的灰色表 示液相，浅灰色表示固液共存相、下部的深灰表示固相。速度向量经过规格 化处理。图11表示Al浓度的等高线，表示在轴向所施加磁场Bz对在具体例2中Ni-10wt%Al合金方形定向凝固铸锭中产生的线状偏析偏析的作用效果； 图(a )表示Bz=0，图(b )表示Bz-3特斯拉，图(c )表示Bz=5特斯拉的 情形。图(d)表示的XX，断面(距底面91.9mm， Y方向断面)中偏析抑制 的效果。图12表示Al浓度的等高线，表示在Y方向施加磁场(Bz-3特斯拉) 对具体例2中Ni-10wt°/。Al合金方形定向凝固铸锭中产生的线状偏析偏析的 作用效果；(a)表示XX，断面(距底面91. 9mm) , (b)表示Y方向断面中 的偏析。图13表示Al浓度的等高线，表示在纵向所施加磁场对具体例3中 Ni-10wt%Al合金薄板定向凝固铸锭中产生的线状偏析点偏析的作用效果； (a )表示Bz=0， ( b )表示Bz=l特斯拉，(c )表示Bz=2特斯拉的情形。 各图中纵向表示Y方向断面，横断面表示XX，横断面(距底面91. 9mm)。图14表示Nb浓度的等高线，表示在轴向所施加磁场Bz对具体例4的 IN718 Ni-10wt°/。Al合金重熔工艺中铸锭中心部的线状偏析偏析的作用效果； (a )表示Bz=0， ( b )表示Bz=5特斯拉，(c )表示Bz=10特斯拉的情形。图15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铸造物的制造方法，其为通过浮上型Ｎｉ基合金制备铸件或铸锭等的单晶组织（称为ＳＸ材料）铸造物的制造方法，其特征在于，在该制造方法中形成固相、固液共存相以及液相区域，伴随着将这些区域由一端向另一端移动而定向凝固，所述定向凝固发生时，为抑制在固液共存相中产生导致线状偏析的上升流动（管道流动）或导致宏观偏析的枝间极低速液相流动中的至少一种流动，对所述固液共存相全体施加所需强度的静磁场。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戎嘉男，
申请(专利权)人：株式会社英比寿，
类型：发明
国别省市：JP[日本]