[发明专利]一种减少单晶高温合金截面突变处杂晶形成的方法在审

专利信息
申请号: 201711223372.0 申请日: 2017-11-29
公开(公告)号: CN108080603A 公开(公告)日: 2018-05-29
发明(设计)人: 杨院生;冯小辉;李应举;罗天骄;韩小伟 申请(专利权)人: 中国科学院金属研究所
主分类号: B22D27/02 分类号: B22D27/02;C30B30/02;C30B29/52
代理公司: 沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 21234 代理人: 张志伟
地址: 110016 辽*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 截面突变处 单晶高温合金 直流电流 过冷 定向凝固过程 施加 电阻率差异 金属材料 单晶组织 定向生长 均匀致密 生长过程 一致性好 固/液相 焦耳热 结构件 散热 边部 晶形 偏聚 取向 熔体 铸件 凝固 铸造 生长
【说明书】:

发明涉及金属材料凝固控制领域,具体为一种减少单晶高温合金截面突变处杂晶形成的方法。在单晶高温合金定向生长过程中,截面突变处由于散热较快容易形成局部过冷而形成杂晶。该方法是在单晶高温合金铸件定向凝固过程中施加直流电流,利用固/液相之间以及不同温度熔体之间的电阻率差异,使电流在截面突变处的边部形成偏聚,因而在温度较低部位产生更多的焦耳热,减轻或消除截面突变处的局部过冷,从而降低或消除杂晶形核和生长倾向。本发明通过在单晶高温合金生长过程中施加直流电流减少截面突变处杂晶的生成,获得取向一致性好,组织均匀致密的单晶组织,解决目前在铸造单晶高温合金结构件时截面突变处极易形成杂晶的问题。

技术领域

本发明涉及金属材料凝固控制领域,具体为一种减少单晶高温合金截面突变处杂晶形成的方法。

背景技术

单晶高温合金铸件是制造先进发动机的关键件,其组织完整性是保证其高性能的重要前提。然而,对于存在截面突变的单晶高温合金铸件,其定向凝固铸造过程中截面突变处的边部由于散热较快,极易形成局部过冷,当过冷满足形核和生长条件时,该处发生杂晶的生长,严重降低单晶铸件的性能。在目前的实际生产中,采用高速凝固法(HRS)或液态金属冷却法(LMC)对于单晶生长宏观温度场均可进行较好地控制。然而,对于通过控制截面突变处局部温度场以减少单晶铸件的杂晶形成目前尚缺乏有效方法。

在金属材料凝固制备过程中施加电流场,利用电流在熔体中产生焦耳热等多种物理效应,可改变金属凝固过程中的温度场和溶质场,从而实现对凝固组织的控制,相关研究已历经多年。文献表明,采用电流凝固可改善包括高温合金在内的多种金属材料的凝固组织。申请人前期研究表明,在单晶高温合金定向生长过程中施加直流电流可以减小枝晶间距,减轻偏析,提高单晶合金的室温拉伸性能和持久性能。但相关研究仅针对直径不变的单晶圆棒,未涉及变截面铸件。另外,关于利用电流减少单晶高温合金截面突变处杂晶的研究,目前未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少单晶高温合金截面突变处杂晶形成的方法,,解决目前在铸造单晶高温合金结构件时截面突变处极易形成杂晶的问题,适用于制备各种截面突变的单晶高温合金铸件。

本发明的技术方案如下:

一种减少单晶高温合金截面突变处杂晶形成的方法,通过在单晶高温合金铸件定向凝固过程中施加直流电流,消除其截面突变处的杂晶,获得组织完整性良好的单晶高温合金铸件;将单晶高温合金母合金熔体注入经预热的模壳或模具,模壳或模具固定于水冷盘上,在下拉装置的带动下缓慢下移,实现定向凝固,在此过程中施加直流电流以控制截面突变处的局部温度场,直至整个铸件完全凝固,最终制得截面突变处无杂晶或少杂晶的单晶高温合金铸件。

所述的减少单晶高温合金截面突变处杂晶形成的方法,直流电流作用下单晶高温合金铸件制备时,电流密度为20~200A/cm2,电流作用时间为凝固开始至整个单晶铸件凝固结束。

所述的减少单晶高温合金截面突变处杂晶形成的方法,直流电流作用下单晶高温合金铸件制备时,处理开始时熔体过热温度20~100℃。

所述的减少单晶高温合金截面突变处杂晶形成的方法,直流电流作用下单晶高温合金铸件制备时,模壳或模具预热温度1000~1200℃。

所述的减少单晶高温合金截面突变处杂晶形成的方法,直流电流作用下单晶高温合金铸件制备时,水冷盘下移速度20~200μm/s。

所述的减少单晶高温合金截面突变处杂晶形成的方法,该方法用于不同结构单晶高温合金铸件的制备。

本发明的设计思想如下:

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