[发明专利]一种减少单晶叶片平台处杂晶缺陷的装置及其方法

说明书

本发明提供了一种减少单晶叶片平台处杂晶缺陷的装置，包括水冷盘和设置于水冷盘上方的叶片模壳以及模壳中柱；所述叶片模壳上设置有叶片平台，所述叶片平台沿远离模壳中柱的一侧向靠近模壳中柱的一侧方向由高到低倾斜设置，且所述叶片平台的低处一侧与模壳中柱之间设置有反射层挡板，所述反射层挡板与所述叶片平台之间留有间隙；其可减少叶片平台尖端处的杂晶及疏松等缺陷，且不增加工艺操作难度，不改变原有模壳结构，也不增加额外热源或引晶条，结构简单，操作简便，大大降低制造成本。

技术领域

本发明涉及单晶高温合金技术领域，具体而言，涉及一种减少单晶叶片平台处杂晶缺陷的装置及其方法。

背景技术

单晶高温合金叶片是航空发动机的核心组成部分之一。长期工作在高温、高压、复杂应力情况、高温燃气冲蚀的环境中。因此，航空发动机叶片对材料有着苛刻要求，而镍基单晶高温合金是目前较为常见的高温合金叶片材料，其制备方法通常采用定向凝固的方式。定向凝固的浇铸方式将模组底部置于水冷盘上(或液态金属中)，与在加热带中的模组上部形成纵向温度梯度，通过牵引的方式将模组拉出加热带热区，达到使模组中铸件晶粒自下而上顺序凝固的目的。

在单晶高温合金叶片的定向凝固过程中，由于有叶片平台（缘板）等宽大的平台存在，在平台尖端部位在定向凝固工艺过程中垂直热流方向上横截面积突变，由于叶片平台处的叶片的突出位置熔体过冷容易形成新的晶粒，从而引起杂晶、疏松等缺陷存在。这些杂晶的晶界、疏松缺陷是单晶叶片的薄弱环节，大大降低叶片的综合力学性能，甚至由于苛刻的高温使用环境导致缺陷发展为裂纹源，造成叶片断裂等严重后果。同时由于杂晶、疏松难以克服，单晶叶片产品的良率不高。现有技术为解决此类问题，要么需要改变工艺参数如改变原有过冷处抽拉速率，使得工艺过程更为复杂；要么需要对组树结构进行改造如增加引晶条、补缩片（块）、冒口或者增加中空多孔结构、加厚等方法；要么需要使用额外热源，如通过激光加热，大大增加了能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少单晶叶片平台处杂晶缺陷的装置及其方法，其可减少叶片平台尖端处叶片的杂晶及疏松等缺陷，且不增加工艺操作难度，不改变原有模壳结构，也不增加额外热源或引晶条，结构简单，操作简便，大大降低制造成本。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

一种减少单晶叶片平台处杂晶缺陷的装置，包括水冷盘和设置于水冷盘上方的叶片模壳以及模壳中柱；所述叶片模壳上设置有叶片平台，所述叶片平台低处向靠近模壳中柱位置倾斜设置，且所述叶片平台的低处一侧设置有反射层挡板，所述反射层挡板与所述叶片平台之间留有间隙。

进一步地，所述叶片模壳下方不带底板。

进一步地，所述反射层挡板为MLa合金，按重量份数计，包括以下组分：Mo 98%~99.7%、La₂O₃ 0.3%~2%。

进一步地，所述反射层挡板为MY合金，按重量份数计，包括以下组分：Mo 98.5%~99.5%、Y₂O₃ 0.5%~1.5%。

进一步地，还包括设置于所述叶片模壳上端的圆盘浇道，所述反射层挡板设置于所述圆盘浇道下方；且所述反射层挡板的高度不低于叶片平台低处。

进一步地，所述反射层挡板围设于所述模壳中柱外侧，且所述反射层挡板与所述模壳中柱同轴心设置。

进一步地，所述反射层挡板的厚度为0.1~5mm。

进一步地，所述反射层挡板与叶片平台低处之间的距离为10~50mm。

进一步地，所述反射层挡板在所述模壳中柱外侧围设呈一空心圆柱形。

进一步地，所述反射层挡板的外圆周面为光滑的曲面、V形瓦楞纸曲面、U形瓦楞纸曲面、UV形瓦楞纸曲面或棱面中的任意一种或几种。