[发明专利]一种评价单晶高温合金杂晶形成倾向性的方法

说明书

本发明提供了一种评价单晶高温合金杂晶形成倾向性的方法，其设计了一种具有多个缘板平台的初始试样，按照精密熔模铸造的方法制备了单晶高温合金试样，根据试样上产生杂晶的缘板平台数量来评价单晶高温合金杂晶形成倾向性，或评价定向凝固工艺参数对单晶高温合金杂晶形成倾向性的影响。本申请提供的评价方法在浇注完获得铸态试样后就可以进行杂晶形成倾向性的评价，不需热处理及其它检测手段，方法操作简单，快捷高效，节省时间和成本。

技术领域

本发明涉及单晶高温合金技术领域，尤其涉及一种评价单晶高温合金杂晶形成倾向性的方法。

背景技术

航空发动机工作环境十分苛刻，涡轮工作叶片作为航空发动机的核心热端部件之一，其工作在高温度、高应力、燃气腐蚀等极为恶劣的条件下。单晶高温合金由于消除了与主应力轴垂直的晶界，显著地提升了高温下的承温能力，因此，其成为目前高性能航空发动机涡轮叶片的首选材料。

随着先进航空发动机推重比的不断提高，涡轮前温度不断提高，对单晶高温合金承温能力要求不断提高，这使得单晶高温合金中高熔点合金元素的含量不断提高，并且单晶涡轮叶片的结构日趋复杂，这些因素加剧了单晶涡轮叶片定向凝固过程中温度场、溶质场与温度梯度场的不稳定性，上述变化均使得单晶涡轮叶片杂晶等晶体缺陷的形成倾向性不断增加。

杂晶作为结晶缺陷的一种，其破坏了单晶涡轮叶片的单晶完整性，显著降低了单晶涡轮叶片的使用性能，降低了单晶涡轮叶片的合格率，提高了单晶涡轮叶片的制备成本，因此开展单晶高温合金杂晶形成倾向性研究，制定产生杂晶倾向性较小的定向凝固工艺就具有重要意义。

目前对单晶高温合金杂晶的研究主要集中在杂晶形成机理及消除杂晶的方法研究方面，在评价杂晶形成倾向性及定向凝固工艺参数对杂晶形成影响方面的研究较少，对单晶高温合金杂晶形成倾向性进行科学有效的评价是十分有必要的。马德新等在论文“几种镍基高温合金的过冷能力和单晶可铸性的研究与比较”中通过将几种单晶高温合金在陶瓷型壳中的凝固行为进行检测，得出了各种合金的液相线温度T_L，临界形核温度T_N和临界形核过冷度ΔT_N＝T_L-T_N，通过合金的过冷能力来判断单晶高温合金抵抗杂晶形成的能力，认为合金的过冷能力越低其抵抗杂晶形成的能力越弱。这种方法需要对合金的液相线温度、临界形核温度进行精确的测量，合金的液相线温度和临界形核温度与测试过程中的冷却速率有关，该方法操作复杂，效率较低，成本较高，同时难以评价定向凝固工艺参数对单晶高温合金杂晶形成的影响。

张小丽等在专利CN102706920A中设计了具有不同缘板平台长度的模具A和不同缘板平台高度的模具B，并按照这两种模具铸造多种合金的单晶铸件A和B；通过分析铸件A和B中杂晶形成的缘板平台长度和高度定量评价合金的杂晶形成能力；杂晶形成的最小缘板平台长度越小或杂晶形成的最大缘板平台高度越高则表明合金的杂晶形成倾向性越强。虽然该专利与是对单晶高温合金杂晶形成倾向性进行评定，但是该专利是利用形成杂晶的最小缘板平台长度和最大缘板平台高度只能用来评定单晶高温合金杂晶形成倾向性，而不能用来研究定向凝固工艺参数对单晶高温合金杂晶形成倾向性的影响。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种评价单晶高温合金杂晶形成倾向性的方法，本申请提供的方法可用于评价单晶高温合金杂晶形成倾向性，还可评价定向凝固工艺参数对单晶高温合金杂晶形成倾向性的影响。

有鉴于此，本申请提供了一种评价单晶高温合金杂晶形成倾向性的方法，包括以下步骤：

A)设计具有多个缘板平台的初始试样，所述缘板平台沿着定向凝固方向对称分布于所述初始试样两侧；

B)采用精密熔模铸造的方法，在定向凝固工艺参数下按照所述初始试样制备不同成分的单晶高温合金试样；

C)统计所述单晶高温合金试样上产生杂晶的缘板平台数量，根据所述产生杂晶的缘板平台数量评价单晶高温合金杂晶形成的倾向性；