控制高温合金定向凝固组织的装置和方法.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CN104562181A(43)申请公布日2015.04.29(21)申请号201510007059.8C30B29/52(2006.01)(2006.01)(22)申请日2015.01.04C30B30/04(71)申请人广东电网有限责任公司电力科学研究院地址510080广东省广州市越秀区东风东路水均岗8号申请人上海大学(72)发明人钟万里任维丽梁永纯聂铭黄丰张礼峰丁彪钟云波雷作胜(74)专利代理机构广州知友专利商标代理有限公司44104代理人周克佑(51)Int.Cl.C30B11/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称控制高温合金定向凝固组织的装置和方法(57)摘要控制高温合金定向凝固组织的装置和方法，装置包括两个相同、且平面中心法线同轴、并分别通以大小相等方向相反直流电的线圈(3)，线圈中间设有加热炉，加热炉分为上、下部分，上、下部分的分界线越过所述线圈中心线并设有隔热片(9)，上部分的炉壁为保温层(1)，内设带有加热电源的石墨电阻(2)，下部分为液态金属腔，腔内设有抽拉系统的活动拉杆(10)，拉杆的顶端连接刚玉管(6)，刚玉管穿过隔热片的中心孔越过线圈的中心线，刚玉管内越过中心线的为试样液态部分(7)、处于中心线的为试样固体部分(8)。本发明的装置和方法，可在定向凝固中液固界面上不产生环状的热电磁力来破坏高温合金定向生长特性又不破坏定向凝固的热对称性。CN104562181ACN104562181A权利要求书1/1页1.一种控制高温合金定向凝固组织的装置，其特征是：包括两个相同、且平面中心法线同轴、并分别通以大小相等方向相反直流电的线圈(3)，线圈中间设有加热炉，加热炉分为上、下部分，上、下部分的分界线越过所述线圈中心线并设有隔热片(9)，上部分的炉壁为保温层(1)，内设带有加热电源的石墨电阻(2)，下部分为液态金属腔，腔内设有抽拉系统的活动拉杆(10)，拉杆的顶端连接刚玉管(6)，刚玉管穿过隔热片的中心孔越过线圈的中心线，刚玉管内越过中心线的为试样液态部分(7)、处于中心线的为试样固体部分(8)。2.根据权利要求1所述的控制高温合金定向凝固组织的装置，其特征是：所述的液态金属腔设有进、出水口(5、11)；还设有气氛保护系统。3.一种控制高温合金定向凝固组织的方法，其特征是：在定向凝固高温合金定向凝固组织时把液固界面固定在cusp磁场的几何中心上。4.根据权利要求3所述的控制高温合金定向凝固组织的方法，其特征是：所述组成cusp磁场的两个线圈上下对称布置，并分别通以大小相等和方向相反的直流电流，其磁力线在两个线圈几何中心纵轴和水平中心上下均对称分布，在两组线圈的中间空间的径向和纵向上磁场强度为非均匀的分布。5.根据权利要求3或4所述的控制高温合金定向凝固组织的方法，其特征是：所述的方法具体包括以下步骤：S1，装配样品，将待定向凝固的样品放在刚玉管内，固定在拉杆上，调整样品和加热炉体的相对位置，使得样品的固液界面位于cusp磁场的几何中心上；S2，加热样品，样品装配好后，打开设备循环水和气氛保护系统，再打开加热电源对石墨电阻加热，加热到规定温度；S3，定向凝固，保温一段时间，开启抽拉控制系统，进行定向凝固；S4，定向凝固结束时，把样品以高速拉入液体金属冷却池内以完成淬火，关闭加热炉电源，待冷却到室温，关闭控制气氛和循环水系统，取出样品。2CN104562181A说明书1/3页控制高温合金定向凝固组织的装置和方法技术领域[0001]本发明涉及一种控制高温合金定向凝固组织的装置，尤其是涉及一种利用cusp磁场(cuspmagneticfield会切磁场或钩形磁场)控制高温合金定向凝固组织的装置。本发明还涉及采用上述装置控制高温合金定向凝固组织的方法。背景技术[0002]涡轮叶片是现代航空航天和燃气机发动机上最关键的、最重要的转动部件，服役时承受复杂应力(离心应力、热应力、振动应力等)和非常高的工作温度，这就要求其具有高的蠕变强度、优异的抗疲劳性和良好的抗氧化腐蚀能力等综合性能，这其中高温蠕变强度是影响使用的关键问题。高温合金正是因满足这些性能要求而使得其成为航空航天和燃气发动机上叶片用材。高温合金的使用性能是由其组织状态决定的，而组织状态又是由工艺决定的。为了满足航空发动机叶片工作温度和推重比的不断提高，高温合金叶片工艺的发展走过了这样的路程：锻造(从1940到1958年)—多晶铸造(1958年以后)—定向凝固和单晶(20世纪60年代中后期)，由多晶铸造到定向凝固消除了叶片在运行过程中垂直于主应力方向的晶界，再由定向凝固到单晶消除一切晶界，叶片的性能提高了多倍，世界各先进的军用和民用航空发动机都普遍采用了定向凝固或单晶