一种超声扰动细化高温合金铸件定向凝固组织的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113909458A(43)申请公布日2022.01.11(21)申请号202111086766.2(22)申请日2021.09.16(71)申请人江苏星火特钢有限公司地址225721江苏省泰州市兴化市戴南镇兴达大道西侧北1号申请人江苏大学(72)发明人王庆吴继礼翟素萍霍海平袁荃(74)专利代理机构南京科知维创知识产权代理有限责任公司32270代理人许益民(51)Int.Cl.B22D27/04(2006.01)B22D27/15(2006.01)B22D27/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种超声扰动细化高温合金铸件定向凝固组织的方法(57)摘要本发明提出一种超声扰动细化高温合金铸件定向凝固组织的方法，其包括如下步骤：将定量的高温合金母合金放置于小坩埚中，然后将其放置于真空感应炉中的大坩埚内加热熔融后，熔体在母合金熔点以上100~150℃保温30~45min；熔体倒入冷却模具中，模具周围装有超声发生器；启动超声发生器及其移动装置，移动速度与凝固过程中固液界面保持一致；超声发生器移动至模具顶端时停止。本发明的超声扰动细化高温合金铸件凝固组织的方法，使用超声扰动液固界面前沿，能够细化高温合金铸件定向凝固组织，提高温合金定向凝固组织均匀性；对消除或减弱宏观偏析并提高合金的成分分布均匀性有着积极作用，也是提高合金坯加工及服役性能的最佳途径。CN113909458ACN113909458A权利要求书1/1页1.一种超声扰动细化高温合金铸件定向凝固组织的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：S1：称取设定量的高温合金母合金放置于内径为60mm，外径为70mm的小坩埚中，然后将其放置于真空感应炉中的内径为70mm的大坩埚内；关闭炉门，抽气，当真空度达到2.0×10‑3Pa时，停止抽气；打开进气阀门，冲入高纯氩气；S2：至真空度达到500Pa开启真空感应炉电源，加热熔融后，熔体保温30~45min，保温温度设定在高温合金母合金的熔点以上100~150℃；S3：通过真空腔外手柄，旋转步骤S1中大坩埚，将步骤S2中的熔体倒入底部带有循环水冷的模具中，模具周围装有超声发生器；S4：启动超声发生器，频率控制在25~45kHz；同时启动超声发生器移动装置，发生器移动速度与凝固过程中固液界面保持一致；S5：待超声发生器移动至模具顶端时，停止超声发生器移动，关闭超声发生器电源；S6：等待30min后，打开进气阀门，冲入高纯氩气，将真空度降为大气压；S7：打开炉门，取出样品，评价晶粒尺寸。2.如权利要求1所述的一种超声扰动细化高温合金铸件定向凝固组织的方法，其特征在于，在步骤S1中，每次高温合金母合金的使用量为1Kg。3.如权利要求1所述的一种超声扰动细化高温合金铸件定向凝固组织的方法，其特征在于，在步骤S2中，加热熔融后，熔体保温35~40min，保温温度设定在高温合金母合金的熔点以上120~140℃。4.如权利要求1所述的一种超声扰动细化高温合金铸件定向凝固组织的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述的超声发生器是在模具的两侧对称设置或环绕模具周围设置。5.如权利要求1所述的一种超声扰动细化高温合金铸件定向凝固组织的方法，其特征在于，在步骤S4中，超声发生器的工作频率控制在30~40kHz。2CN113909458A说明书1/4页一种超声扰动细化高温合金铸件定向凝固组织的方法技术领域[0001]本发明涉及高温合金铸造领域，特别涉及能够实现高温合金铸件定向凝固组织的细化，提高温合金定向凝固组织均匀性的一种超声扰动细化高温合金铸件定向凝固组织的方法。背景技术[0002]高温合金被广泛的应用于航空发动机与工业燃气轮机的关键零部件上。目前，单台航空发动机的高温合金的使用量可达机身总重量的40%~60%。随着航空发动机技术和燃气轮机技术的快速发展，对其关键结构件用高温合金的需求日益增加，高温合金整体结构件的设计理念朝着尺寸更大和壁厚更薄方向发展，也对高温合金整体结构件的材料、铸造成形技术及其力学性能的提出了更高的要求。目前，铸造高温合金的铸造工艺向两个方向发展。其一，为了达到提高高温合金使用温度和强度的目的，采用定向凝固和单晶的铸造工艺；其二，对工作温度较低且低周疲劳性能要求高的铸造合金件，采用整体细晶铸造工艺。由于生产定向凝固和单晶高温合金的过程复杂且成本高，传统铸造的多晶高温合金仍然是许多高温结构件的主要材料来源。因此，铸造高温合金的凝固组织控制技术的创新与发展成为了凝固科学领域的广泛关注的重点之一。[0003]熔模铸造是高温合金铸件最主要生产方式之一。在高温合金凝固过程中，由于传热规律造成顺序凝固，会造成铸件中心偏析、缩孔、裂纹等缺陷，导