[发明专利]消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置及其方法

说明书

本发明公开了一种消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置及其方法，该装置包括镍基单晶高温合金叶片蜡模和蜡块，所述蜡块设置在所述镍基单晶高温合金叶片蜡模的缘板上。该方法包括以下步骤：确定斑马晶在镍基单晶高温合金叶片缘板上的具体位置；根据斑马晶的尺寸制作与斑马晶尺寸相当的半球形蜡块和/或根据斑马晶所在的缘板的尺寸制作与缘板尺寸相当的三角形蜡块；将半球形蜡块和/或三角形蜡块焊接在镍基单晶高温合金叶片蜡模的缘板上。本发明仅在蜡模制作阶段通过在单晶高温合金叶片缘板上容易出现斑马晶的位置粘贴蜡块，就能在定向凝固过程中改变原有单晶高温合金叶片缘板上产生斑马晶位置的温度场，从而彻底消除单晶高温合金叶片的斑马晶。

技术领域

本发明属于单晶高温合金涡轮叶片制备技术领域，具体涉及一种消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置及其方法。

背景技术

镍基单晶高温合金叶片是镍基单晶高温合金采用定向凝固工艺浇铸的只有一个晶粒组成的零部件。由于单晶高温合金叶片内部的原子和组织是按照预定的方向生长而形成的单一柱状晶粒，所以单晶高温合金叶片的热强性能显著提高，综合性能非常优异。目前，先进航空发动机涡轮工作叶片和导向叶片普遍采用单晶高温合金叶片。

但是单晶高温合金叶片的结构十分复杂，存在较大的横向缘板，在定向凝固过程中，温度场、溶质场、温度梯度场受叶片缘板结构的影响，在定向凝固时叶片的缘板处很容易产生斑马晶，如图1-2所示，1为镍基单晶高温合金叶片，2为斑马晶。斑马晶是由一组平行排列、形状类似钢琴键盘的晶粒组成，斑马晶的对角线长度通常在1-20mm的范围内，部分斑马晶的尺寸会更大，斑马晶内部相邻晶粒的取向差甚至能达到15°以上。航空发动机涡轮叶片和导向叶片的制备对单晶高温合金叶片的要求较高，不允许单晶高温合金叶片的缘板存在斑马晶，因此急需开发一种新型的能够彻底消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置及其方法。

申请公布号为CN105108061A的发明专利公开了一种消除单晶叶片中杂晶缺陷的方法，在叶片蜡模上粘贴引晶条，利用引晶条将叶片底端与叶片中上部的缘板边角处连接起来，引晶条从叶片下部引出若干个主引晶条，每个主引晶条到上面再分为若干个子引晶条引入缘板边角处。该技术方案适用于减少单晶叶片缘板边角处由于横向扩展造成的杂晶缺陷，不适用于减少或者消除斑马晶，杂晶的组织结构与斑马晶不同，而且没有给出主引晶条的具体安装位置，若主引晶条安装在叶片散热条件较差的叶盆侧，则会使叶片的散热条件变得更差，叶片凝固冷却速率减小，进而产生雀斑和组织粗大等质量问题；此外该技术方案只能减少单晶叶片的杂晶，不能完全消除。

授权公告号为CN217018474U的实用新型专利公开了一种单晶叶片引晶系统，包括主引晶条和子引晶条，主引晶条的下端从选晶器与叶片之间的过渡段表面上引出，上端通过子引晶条连接到缘板每个具有产生杂晶危险的边角处，主引晶条设置在叶片的叶背侧。该技术方案适用于减少单晶叶片缘板边角处的杂晶和雀斑缺陷，不适用于减少或者消除斑马晶，杂晶和雀斑的组织结构与斑马晶不同。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种消除镍基单晶高温合金叶片斑马晶的装置，包括镍基单晶高温合金叶片蜡模和蜡块，所述蜡块设置在所述镍基单晶高温合金叶片蜡模的缘板上。

优选的是，所述蜡块为半球形蜡块和/或三角形蜡块。

在上述任一方案中优选的是，所述半球形蜡块为实心蜡块；所述半球形蜡块的球体直径为3-10mm，所述半球形蜡块的高度为1-4mm。半球形蜡块可以看作是直径为3-10mm的实心球体的一部分，半球形蜡块的高度为平面到弧面的最大距离1-4mm。

在上述任一方案中优选的是，所述半球形蜡块的平面设置在所述镍基单晶高温合金叶片蜡模的缘板上。半球形蜡块的平面要覆盖住出现斑马晶的区域。

在上述任一方案中优选的是，所述三角形蜡块为实心的等腰三角形蜡块；所述三角形蜡块的底面和腰面均为矩形，侧面为等腰三角形；所述底面的长边为4-15mm、短边为0.5-2mm；所述三角形蜡块的底角为15-60°。