[发明专利]限制工件中出现再结晶晶粒的制造金属工件的方法

说明书

本发明涉及一种通过在模具中铸造金属合金来制造金属工件的方法，其中在铸造之前，确定图表，根据所述金属工件经历的温度和塑性变形能条件，该图表提供在金属工件的铸造/凝固过程中出现再结晶晶粒的风险，在模具中铸造金属合金在使用图表所确定的铸造和凝固条件下实施，以使得金属工件经历的温度和塑性变形能条件小于出现再结晶晶粒的风险的给定阈值。

技术领域

本发明涉及金属工件的制造，尤其是在航空领域。

更具体地，本发明涉及在制造这种工件过程中限制再结晶晶粒的出现。

背景技术

在涡轮喷气发动机的模制涡轮工件的生产中，使用定向凝固(通过定向凝固例如称为“DS 200”的合金进行生长用以生产低压发动机)和单晶生长(示例：一些涡轮喷气发动机的高压叶片，复杂叶片)来使用合金。在这种情况下，这些合金对再结晶晶粒的出现很敏感。

这些再结晶晶粒与凝固晶粒不同，不是在原始制造方法中形成的，而是源于结晶金属网络的塑性变形。在金属工件、壳模和陶瓷芯之间的差异收缩过程中会产生塑性变形。它也可以在撞击的作用下出现，例如在处理或精整加工操作过程中。

热处理过程(称为“AM1”的合金在1300℃下溶解3小时，称为“DS 200”的合金在1240℃下溶解4小时)中提供给单晶工件的热能使先前形成的位错在塑性变形过程中自由移动，并形成晶界(再结晶晶粒的周界)。因此，工件的结构不再是单晶的，这会导致高温条件下机械阻力的下降。

用于对金属合金在模具中的铸造和凝固进行建模的软件能够计算合金冷却过程中工件所承受的应力和塑性变形。从这些值可以计算整个工件的塑性变形能值。

然而，这种软件不能够直接确定再结晶晶粒的出现。

现有技术中也已知有出版物“熔模铸造单晶超合金中再结晶的预测(Predictionof recrystallization in investment cast single-crystal superalloys)”(C.Panwisawas et al.，Acta Materialia 61(2013)51-66)和“熔模铸造过程中单晶镍基超合金中再结晶的预测(Prediction recrystallization in single crystal nickel-based superalloys during investment casting)”(C.Panwisawas et al.，Proceedingsof Eurosuperalloys 2014(2014))。这些出版物中描述的工作的目的是建立一个可在数字模拟中使用的再结晶标准，然后通过铸造测试件来验证该标准。

基于塑性变形的该标准是通过对牵引测试件在不同温度和不同最终塑性变形下的牵引测试来建立的。然而，对应于塑性变形的标准不能准确地描述再结晶的物理现象(再结晶晶粒在位错集中区上的萌发)。

此外，在C.Panwisawas的工作中使用的几何构造与诸如叶片的涡轮工件的几何构造有很大不同，并证明不足以表征空心叶片形状中出现再结晶晶粒的风险。

因此，为了使机械工件在高温下具有非常高的机械性能，一直以来都需要一种解决方案能够在金属工件制造过程中控制再结晶晶粒的出现。

发明内容

本发明的目的是满足上述需要。

更具体地，本发明的目的是一种通过在模具中铸造金属合金来制造金属工件的方法，其中，在所述铸造之前，确定图表，根据所述金属工件所经历的温度和塑性变形能条件，所述图表提供在金属工件的铸造/凝固过程中出现再结晶晶粒的风险，所述图表通过实施以下步骤来获得：

-对测试件进行机械测试，例如牵引机械测试，以便根据施加的应力的不同值来表征所述测试件的塑性变形；

-对所述测试件进行热处理，然后进行宏观蚀刻，以确定测试件中再结晶晶粒的出现与否；和