[发明专利]一种精确控制单晶取向的选晶方法

说明书

一种精确控制单晶取向的选晶方法，将短籽晶装入模壳内，并使短籽晶的二次枝晶取向与铸件叶身法向呈0～45°。将熔化母合金浇注到模壳内保温结束后以50～100μm/s的速度向下抽拉，直至拉晶结束。得到具有短籽晶取向的单晶高温合金试样。所得到的单晶高温合金试样具有一次枝晶取向偏离轴向α角度，二次枝晶取向偏离铸件叶身法向β角度；α＝0～5°，β＝0°～45°。

技术领域

本发明涉及单晶高温合金的制备领域，具体是一种通过可重复使用短籽晶辅助以精确控制单晶取向的选晶方法。

背景技术

因具有优异的高温力学性能，镍基单晶高温合金被广泛做航空发动机叶片材料。单晶高温合金的力学性能具有显著的各向异性，晶体的一次枝晶取向与叶片的主应力方向一致时能取得最好的热疲劳性能，并且晶体的二次枝晶取向对叶片的性能也有很明显的影响，因此在制备单晶高温合金过程中希望能够控制一次和二次枝晶取向。目前获得单晶的方法主要是选晶法和籽晶法。选晶法是在引晶段底部大量形核随后在定向凝固过程中通过晶粒间的竞争生长获得单晶；籽晶法则通过预先在铸件底部放置一期望取向的籽晶，在定向凝固过程中以籽晶外延生长的方式长出单晶，此方法可以精确控制单晶铸件的一次和二次枝晶取向。由于籽晶法生产过程中容易在回熔区产生杂晶使单晶制备失败，而且制备籽晶成本较高，因此目前工业生产主要是使用选晶法制备单晶叶片。由于完全依靠晶粒间的竞争生长过程获得单晶，选晶法制备的单晶取向一般只能控制单晶的一次枝晶取向偏离角在10以内，且不能控制二次枝晶取向。

文献“N.Wang,L.Liu等人，在Journal of Alloys and Compounds上发表的Simulation of grain selection during single crystal casting of a Ni-basesuperalloy”研究了选晶法制备单晶高温合金原理，指出引晶段作用为选出<001>晶体取向，选晶段选出一个晶粒进入铸件型腔。中国专利CN103834990A和CN1209505C，提出了改进选晶器结构，降低制备单晶的成本。美国专利US8714235提出了使用一个选晶器同时获得两个晶体取向一致的单晶铸件的方法。这些选晶方法可以降低制备单晶高温合金的制备成本，但依然是通过生产大量随机取向晶粒，随后通过晶粒间竞争生长的方法获得取向偏离角在一定范围内的单晶铸件，存在无法精确控制单晶高温合金晶体取向的缺点。现有技术精确控制单晶高温合金取向还是需要采用成本比较高的籽晶法。

发明内容

为了克服现有选晶发制备单晶高温合金中不能精确控制单晶高温合金取向的不足，本发明提出了一种精确控制单晶取向的选晶方法。

本发明的具体过程是：

第一步，制作模壳；制作模壳时，采用3D打印的方法制备出螺旋状的选晶段，使用模具制备出圆柱形引晶段和铸件。加热该选晶段的两端分别与所述引晶段和铸件焊接，获得完整蜡模。所述引晶段的直径为9～12mm，长度为35～50mm。

第二步，制作短籽晶：从单晶试棒上定向切出单晶试样作为短籽晶，该短籽晶的一次枝晶取向偏离轴向0～5°。采用腐蚀的方法使短籽晶两个端面的显微组织显露；对其中一个端面短籽晶的二次枝晶进行标记。所述短籽晶的直径为9～12mm，长度为5～15mm。所采用的腐蚀剂是体积分数为14％HNO₃+28％HF+58％C₃H₈O₃的混合液。