[发明专利]一种防止单晶高温合金导向叶片杂晶缺陷形成的方法

说明书

本发明涉及单晶高温合金叶片制备技术领域，具体为一种防止单晶高温合金导向叶片杂晶缺陷形成的方法。该方法步骤如下：(1)在模具中压制具有保温功能的引晶条，根据叶片叶身长度设计引晶条的尺寸；(2)在模具将引晶条与单晶导向叶片叶身相连接，确保引晶条顶部的引晶端位于导叶叶身的最低处；(3)将具有引晶条的单晶高温合金导向叶片蜡模进行挂浆、淋砂、脱蜡后烧结制成刚玉模壳；(4)将刚玉模壳置于定向凝固炉中进行凝固，制备单晶高温合金导向叶片。本发明可使单晶高温合金导向叶片叶身处过冷度大大减小，从而降低叶身杂晶缺陷的形成，具有制备工艺简单，成本低廉等特点，从而有利于提高单晶高温合金导向叶片的合格率。

技术领域：

本发明涉及单晶高温合金叶片制备技术领域，具体为一种防止单晶高温合金导向叶片杂晶缺陷形成的方法。

背景技术：

单晶高温合金叶片是航空发动机和工业燃气轮机中的关键部件，合金的性能对发动机的效率起到非常关键作用。随着进气口温度的提升，单晶高温合金导向叶片在航空发动机和工业燃气轮机获得应用，但是由于单晶导向叶片形状要比涡轮动叶要复杂得多，主要由叶身、叶身两端的上缘板和下缘板、以及上缘板和下缘板上的括板组成“工字型”结构。由于单晶导向叶片的这种“工字型”结构，叶身处横截面的巨大变化，导致定向凝固过程中形成较大的过冷，使得母晶粒之间杂晶缺陷的产生，进而使结构复杂的导向叶片难以实现顺序的单晶生长，进而导致叶身在杂晶缺陷处产生裂纹(见图2)。

目前，控制单晶高温合金叶片杂晶的方法主要有引晶法、包裹陶瓷纤维(如：硅酸铝棉等)。其中，引晶法采用在组装蜡树时，在叶片蜡模上粘贴引晶条，利用引晶条将叶片底端与叶身与缘板边角处连接起来，使得定向凝固时从选晶器长出的单晶直接向上通过引晶条引入叶身，使单晶导向叶片叶身长成单晶组织，尽管该方法避免叶身过冷导致杂晶的形核长大，但是传统引晶条尺寸较小，很难避免叶身处杂晶的形核，而若增加引晶条尺寸，则易导致凝固收缩时引晶条与叶身连接处形成较大的残余应力，使得后续热处理过程中形成再结晶缺陷。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种防止单晶高温合金导向叶片杂晶缺陷形成的方法，该方法通过在引晶条上设置保温模块与缩颈，而避免在导向叶片上直接设置保温模块需要繁琐的切割，同时缩颈的设计可有效避免凝固收缩应力集中而导致热处理过程中在叶身处形成再结晶缺陷，该方案可简化工艺、降低由工艺复杂所导致的单晶叶片凝固缺陷报废率高、成本高等问题。

本发明的技术方案是：

一种防止单晶高温合金导向叶片杂晶缺陷形成的方法，具体步骤如下：

(1)在模具中压制具有保温功能的引晶条，单晶高温合金引晶条模具设计时，根据叶片叶身长度设计引晶条的尺寸，引晶条上具有保温模块部分和缩颈部分；

(2)在模具将引晶条与单晶导向叶片叶身相连接，确保引晶条顶部的引晶端位于导叶叶身的最低处；

(3)将具有引晶条的单晶高温合金导向叶片蜡模进行挂浆、淋砂、脱蜡后烧结制成刚玉模壳；

(4)将刚玉模壳置于定向凝固炉中进行凝固，制备单晶高温合金导向叶片。

所述的防止单晶高温合金导向叶片杂晶缺陷形成的方法，单晶高温合金导向叶片由叶身、叶身两端的上缘板和下缘板组成“工字型”结构，叶身的底部通过引晶条与选晶器相连通，选晶器的底部与引晶器相连通。

所述的防止单晶高温合金导向叶片杂晶缺陷形成的方法，引晶条竖向设置，其上部设置保温模块，引晶条的中部带有缩颈，保温模块为下端弧形的条形块。

所述的防止单晶高温合金导向叶片杂晶缺陷形成的方法，步骤(1)中，根据叶片叶身长度设计保温模块的尺寸，保温模块的尺寸范围为：长10～90mm×宽30～90mm×厚5～90mm。