[发明专利]改善铸造高温合金流动性的合金成分优化方法及设备

说明书

本发明公开了一种改善铸造高温合金流动性的合金成分优化方法及设备，包括以某一牌号的合金成分作为待优化参数，按照田口方法设计正交表，计算获得目标参数并进行方差分析，得出待优化工艺参数对目标参数的影响程度；针对响应目标影响显著的待优化参数，确定该工艺参数对相应目标参数的影响规律；结合显著性、影响规律及工艺因子对牌号合金微观组织的作用，确定对牌号合金成分的优化方案。本发明将材料性能计算与田口方法相结合，能够最大限度的降低实验成本，有效节约实验时间，减少了不必要的数据处理，该方法适应性强，不局限于铸造高温合金成分优化实验。

技术领域

本发明涉及高温合金铸造成型技术领域，具体涉及一种提高铸造高温合金流动性的合金成分优化方法及设备。

背景技术

随着航空工业的快速发展，大型复杂铸件替代拼装件在成本和性能上的优势日益显现。但是对于大型复杂薄壁铸件，成形是一个关键性问题。在成形过程中，容易形成热裂、欠浇、冷隔、缩孔等铸造缺陷。要获得高质量的大型复杂薄壁铸件，首先要考虑的一个重要因素是充型能力。充型能力一般是指液态金属填充铸型的能力，主要取决于合金的流动性。而合金的流动性主要取决于外在工艺(浇注温度、模壳温度、浇注速度等)和内在因素(合金的化学成分)。

对某一特定牌号的合金，为了提高其流动性，通常采用的方法是提高浇注温度和模壳温度。但高的浇注温度和模壳温度往往会引起晶粒长大和气体杂质元素(氧、氮)浓度增加，降低铸件的使役性能，即在流动性和低浇注温度之间产生矛盾。如果能在不改变浇注温度的情况下提高合金流动性，就能在保证铸件充型良好的前提下降低浇注温度，间接起到细化晶粒和降低杂质气体元素含量的作用，提高铸件服役性能。因此，这就需要在牌号合金允许的名义成分范围内对成分进行微调，以最大程度的提高合金的流动性。

目前，对铸造高温合金流动性的研究主要集中在某一微量元素对合金流动性及缩松的影响。专利号为CN103924124A的发明公开了B元素含量对K4169高温合金流动性的影响，所采用的研究方法为单变量实验法，但由于铸造高温合金的成分极其复杂，如果采用单变量试验的方法来考察每一种合金元素，难以有效分析元素间交互作用对流动性的影响行为，且实验数据庞大繁杂，试验周期很长，试验成本极高，必然导致极大的浪费。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种提高铸造高温合金流动性的合金成分优化方法及设备，能够分析元素间交互作用对合金流动性的影响行为，同时降低实验成本，节约实验时间。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明第一方面，提供一种提高铸造高温合金流动性的合金成分优化方法，包括：

S1，以某一牌号合金的成分作为待优化参数，按照田口方法设计正交实验，计算获得与流动性密切相关的目标参数，并进行方差分析，得出每个待优化参数对目标参数的影响程度的显著性情况；

S2，针对目标参数影响显著的待优化参数，确定该待优化参数对目标参数的影响规律；

S3，结合S1中的显著性情况、S2中的影响规律及每个待优化参数对牌号合金微观组织的作用，确定对牌号合金成分的优化方案。

可选地，所述S1，具体包括：

S101，根据实际需求及某一牌号合金的组织及凝固特性，获取某一牌号合金的关键成分作为待优化参数；

S102，在牌号合金规定的标准成分范围内，取元素含量的上限和下限，并根据需要计算得到各合金元素含量的中间值，将各合金元素的上限值、中间值和下限值作为待优化参数因子的各个水平；

S103，根据各所述待优化参数因子及其水平，按照田口方法设计正交实验表；

S104，对上述正交试验表中的每一组试验方案依次进行计算，得到与铸造高温合金流动性相关的目标参数；