一种降低单晶高温合金叶片榫头内部疏松缺陷形成的方法.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CN109940131A(43)申请公布日2019.06.28(21)申请号201910230950.6(22)申请日2019.03.26(71)申请人中国科学院金属研究所地址110016辽宁省沈阳市沈河区文化路72号(72)发明人杨彦红孟杰周亦胄孙晓峰(74)专利代理机构沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙)21234代理人张志伟(51)Int.Cl.B22C9/04(2006.01)B22C9/22(2006.01)B22D27/04(2006.01)C22C19/05(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种降低单晶高温合金叶片榫头内部疏松缺陷形成的方法(57)摘要本发明涉及高温合金单晶叶片制备技术领域，具体为一种降低单晶高温合金叶片榫头内部疏松缺陷形成的方法。该方法步骤如下：(1)单晶高温合金引晶条模具设计时，确保引晶条的尺寸与叶片榫头尺寸相适应；(2)在工装模具上将引晶条与单晶高温合金叶片榫头相连接；(3)将单晶高温合金叶片蜡型进行挂浆、淋砂，脱蜡后烧结制成刚玉模壳；(4)将刚玉模壳置于定向凝固炉中进行凝固，制备单晶高温合金叶片。本发明利用竞争生长的思想，将叶身上的树枝晶引入厚大的榫头部分，利用引晶条所引入树枝晶与榫头处树枝晶之间的竞争生长与自适应调节，使单晶高温合金叶片厚大榫头部分的树枝晶变得细小，即降低一次枝晶间距，从而降低疏松缺陷的形成。CN109940131ACN109940131A权利要求书1/1页1.一种降低单晶高温合金叶片榫头内部疏松缺陷形成的方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)单晶高温合金模具设计时，根据叶片榫头尺寸设计引晶条，确保引晶条的尺寸与叶片榫头尺寸相适应；(2)在工装模具上将引晶条与单晶高温合金叶片榫头相连接；(3)将单晶高温合金叶片蜡型进行挂浆、淋砂，脱蜡后烧结制成刚玉模壳；(4)将刚玉模壳置于定向凝固炉中进行凝固，制备单晶高温合金叶片。2.按照权利要求1所述的降低单晶高温合金叶片榫头内部疏松缺陷形成的方法，其特征在于，步骤(1)中，根据叶片榫头的尺寸设计引晶条，其中引晶条尺寸范围为40～150mm×30～90mm×3～10mm。3.按照权利要求1所述的降低单晶高温合金叶片榫头内部疏松缺陷形成的方法，其特征在于，步骤(1)中，根据引晶条尺寸，在引晶条与叶片榫头连接处设置缩颈，以防止凝固过程中收缩应力导致叶身变形和热处理过程中形成再结晶缺陷；其中，所述缩颈为引晶条与叶片榫头连接处的引晶条截面尺寸变小，该截面尺寸的范围为0.5～6×0.5～6mm。4.按照权利要求1所述的降低单晶高温合金叶片榫头内部疏松缺陷形成的方法，其特征在于，步骤(2)中，在工装模具上将引晶条与单晶高温合金叶片榫头处相连接，确保引晶条的引晶端位于叶片榫头的最低处。5.按照权利要求1所述的降低单晶高温合金叶片榫头内部疏松缺陷形成的方法，其特征在于，步骤(3)中，将具有引晶条蜡模的单晶高温合金叶片蜡型进行挂浆、淋砂、烘干；之后，对叶片榫头的蜡模和引晶条的蜡模需进行多次挂浆，挂浆厚度为5～10mm。6.按照权利要求1所述的降低单晶高温合金叶片榫头内部疏松缺陷形成的方法，其特征在于，步骤(4)中，将单晶高温合金叶片在真空定向凝固炉中进行定向凝固，上加热区温度为1400～1550℃，下加热区温度为1500～1600℃，拉速为2～6mm/min条件下进行定向凝固；其中，当凝固界面位于单晶高温合金叶片榫头所在区时，将下区温度再提升20～50℃，而拉速控制在2～5mm/min；当单晶高温合金叶片榫头所在区凝完成时，将下区加热温度降至最初的预设温度。2CN109940131A说明书1/4页一种降低单晶高温合金叶片榫头内部疏松缺陷形成的方法技术领域：[0001]本发明涉及高温合金单晶叶片制备技术领域，具体为一种降低单晶高温合金叶片榫头内部疏松缺陷形成的方法。背景技术：[0002]单晶高温合金叶片是航空发动机和工业燃气轮机中的关键部件，合金的性能对发动机的效率起到非常关键作用。随着进气口温度的提升，单晶高温合金叶片在航空发动机和工业燃气轮机获得应用。通常，单晶高温合金叶片由叶身、缘板和榫头组成。目前，单晶高温合金叶片均以榫头、榫槽锁紧的方式连接在叶盘上，服役过程中榫头处受多轴疲劳应力的影响，易发生疲劳断裂失效。相关研究表明，内部疏松等缺陷对疲劳性能具有显著的影响，而控制榫头区的显微疏松，对于提升单晶高温合金叶片的安全性能具有重要意义。[0003]与缘板和叶身相比，单晶高温合金叶片的榫头部分厚大，冷却较慢，当榫头内部在凝固中没有外来金属也补充，易导致内部疏松超标，而靠改变浇注温度无法根本解决单晶高温合金叶片榫头内部疏松问题，见图3。发明内