[发明专利]定向凝固过程温度场分布评定方法

说明书

技术领域

本发明涉及熔模铸造技术，具体为一种定向凝固过程温度场分布评定方法。

背景技术

定向凝固过程中，温度场分布情况是制备单晶高温合金叶片成功的关键因素，温度场分布越对称，单晶叶片越易制备成功。由于定向凝固炉是在高温和真空的苛刻条件下运行，因而定向凝固炉中的温度分布难以精确测量。

目前，定向凝固炉中温度数据采集常用方法如下：在陶瓷模壳的不同位置预先内置水平摆放的（内端密封）的陶瓷管，每个陶瓷管中插入一个热电偶，将所有热电偶外接于测温仪，该测温仪自动采集每个热电偶不同时刻的温度值。该方法需要多个热电偶，且操作繁琐。此外测温仪对温度的响应具有一定的滞后性，不能精确的反应温度场的变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定向凝固过程温度场分布评定方法。在不测量定向凝固过程中温度的情况下，可以定性表征温度场分布的对称性。因此，本发明最大的优越性是不需要直接测量温度值，解决定向凝固炉中温度场分布的对称性难以准确反映的工程化问题。

本发明的技术方案是：

一种定向凝固过程温度场分布评定方法，设计具有相同平台尺寸的对称模具，采用特定晶体学取向的籽晶，将模具压制的蜡模对称组装在模组中，铸造特定取向的单晶铸件；通过平台左右两侧相应的分枝区域越对称而温度场分布越均匀的规律，定性评定温度场分布情况。

所述的定向凝固过程温度场分布评定方法，模具叶身两侧的平台对称，即模具叶身的两侧对称设置外侧平台和内侧平台，叶身的底部通过锥形过渡到籽晶，外侧平台和内侧平台的左右两侧分别为平台左边缘、平台右边缘，内侧平台的内侧为平台内边缘，外侧平台的外侧为平台外边缘。

所述的定向凝固过程温度场分布评定方法，模具中的平台具有相同的尺寸：平台长度L为1-100mm，平台高度H为1-100mm平台高度H为1-100mm。

所述的定向凝固过程温度场分布评定方法，使用特定晶体学取向的籽晶制备单晶铸件，特定晶体学取向的籽晶为：籽晶的一次枝晶轴平行于铸件轴向，籽晶的二次枝晶臂平行于平台边缘。

所述的定向凝固过程温度场分布评定方法，使用特定晶体学取向的籽晶制备单晶铸件，特定晶体学取向的籽晶为：籽晶的一次枝晶轴垂直于整个平台的横截面，籽晶的二次枝晶臂平行或垂直于平台横截面边缘。

所述的定向凝固过程温度场分布评定方法，原始晶粒的二次枝晶首先沿平台底端的左/右边缘分枝生长，然后三次枝晶沿垂直于左/右边缘的方向生长，这些不同生长方向的枝晶最终长满整个平台。

所述的定向凝固过程温度场分布评定方法，在蜡模模组的组装过程中，每个模组中按辐射状对称放置4个由模具压制的蜡模，内侧平台靠近模组中心，外侧平台远离模组中心。

所述的定向凝固过程温度场分布评定方法，被评价材料为镍基单晶高温合金。

本发明的设计思想是：

本发明设计一种具有相同平台尺寸的模具，通过使用特定晶体学取向的籽晶，按照该模具铸造特定取向的单晶铸件。由于枝晶生长具有各向异性，平行于温度梯度方向的枝晶具有最快的生长速度，因而该发明所用籽晶的晶体学取向为：籽晶的一次枝晶轴垂直于整个平台的横截面，籽晶的二次枝晶臂平行或垂直于平台横截面边缘。通过分析平台底端横截面内的枝晶生长的对称性定性评价定向凝固过程温度场分布情况。原始晶粒的二次枝晶首先沿平台底端的左/右边缘分枝生长，然后三次枝晶沿垂直于左/右边缘的方向生长，甚至可能出现四次分枝，这些不同生长方向的枝晶最终长满整个平台。根据枝晶沿平台左/右边缘的分枝方式可将整个平台分为对应的不同区域，平台左/右边缘的分枝区域越对称，表明定向凝固过程温度场分布越均匀。在不使用测温仪器测量定向凝固过程温度场分布的前提下，可以定性表征定向凝固过程中的温度场分布情况。本发明可以解决定向凝固过程温度场分布难以精确评价的问题，为实际生产中定性判断定向凝固过程温度场分布情况提供依据。

本发明的有益效果是：

1.本发明根据枝晶生长的各向异性的理论，即枝晶沿温度梯度方向的生长速度最快，设计具有相同平台尺寸的模具，并且采用特定取向的籽晶，将模具压制的蜡模对称组装在模组中。平台底端横截面内的分枝区域越对称，定向凝固炉中的温度场越均匀。该方法可评价定向凝固炉不同高度的温度场分布情况。

2.本发明单晶铸件结构对称简单，易于铸造，能快速准确的定性评价定向凝固炉中的温度场分布情况。该方法成本低，便于推广应用。

附图说明