专利名称：单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法
技术领域：
本发明涉及熔模铸造技术，具体为一种单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法。
背景技术：
单晶高温合金因其优异的性能已成为燃气涡轮发动机叶片的主要材料。在单晶铸件的铸造过程中，因铸件复杂的几何形状，以及单晶高温合金中大量难熔元素的添加，常出现杂晶形成导致单晶铸件报废的情况，这已经成为影响单晶高温合金制备的一个常见难题。因而，在实际生产过程中应选择杂晶形成倾向性较弱的单晶高温合金提高成品率和降低生产成本。

发明内容
本发明的目的在于提供一种单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法。在不改变凝固条件以及不使用模拟技术的前提下，可以定量表征不同单晶高温合金的杂晶形成能力。因此，本发明最大的优越性是定量评定不同单晶高温合金在定向凝固过程中杂晶形成的倾向性，解决单晶高温合金杂晶形成倾向性难以评价的问题。本发明的技术方案是一种单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法，根据平台边角处的过冷度超过临界形核过冷度时杂晶形成的理论，设计两种具有不同平台长度和高度的对称模具A和B，通过平台长度越长或平台高度越小杂晶形成倾向性越强的规律，定量评定杂晶形成倾向性。所述的单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法，模具A具有不同的平台长度和恒定的平台高度平台长度为l_50mm，平台高度为I-IOmm;模具B具有恒定的平台长度和不问的平台闻度平台长度为10_30mm，平台闻度为0. 2_20mm。所述的单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法，沿自下而上的凝固方向，模具A的平台长度L在l-50mm范围内逐渐增加，模具B的平台高度H在0. 2-20mm范围内逐渐增加。所述的单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法，模具A的平台长度为3_26mm，平台高度5mm ;模具B的平台长度15mm,平台高度0. 5_14mm。所述的单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法，沿自下而上的凝固方向，模具A的平台长度L在3-26mm范围内逐渐增加，模具B的平台高度H在0. 5_14mm范围内逐渐增加。所述的单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法，被评价材料为镍基单晶高温合金。所述的单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法，模具A用于评价平台长度L对杂晶形成的影响；模具B用于评价平台高度H对杂晶形成的影响。本发明的有益效果是
I.本发明根据凝固方向上横截面积发生突变时杂晶易于形成的理论，设计具有不同平台长度的模具A和不同平台高度的模具B，按照这两种模具铸造多种单晶高温合金铸件A和B。铸件A通过杂晶形成的平台长度定量评价单晶高温合金的杂晶形成倾向性；铸件B通过杂晶形成的平台高度对单晶合金进行定量评价。该方法的评价结果可以作为合金选择的依据。2.本发明设计两种模具A和B :模具A的平台高度H恒定，而平台长度L递增，用于研究平台长度L对杂晶形成的影响；模具B的平台长度L恒定，而平台高度H递减，用于研究平台高度H对杂晶形成的影响。3.本发明单晶铸件A和B结构简单，易于 铸造，能快速准确的定量评价单晶高温合金的杂晶形成倾向性。因而，该方法成本低，利于推广应用。


图I (a)- (b)为铸件A和铸件B的宏观形貌图。其中，图I (a)为铸件A ;图I(b)为铸件B。图中，I叶身；2平台；L:平台长度；H:平台高度。图2为铸件A的内侧平台和外侧平台横截面组织图。图3为铸件B的内侧平台和外侧平台横截面组织图。图4 (a)- (b)为合金成分对杂晶的影响曲线。其中，图4 (a)为合金成分对杂晶出现的最小平台长度Lmn的影响；图4 (b)为合金成分对杂晶出现的最大平台高度HMax的影响。
具体实施例方式根据平台边角处的过冷度超过临界形核过冷度时杂晶形成的理论，设计两种具有不同平台长度和高度的对称模具A和B，通过平台长度越长或平台高度越小杂晶形成倾向性越强的规律，定量评定杂晶形成倾向性。模具A具有不同的平台长度和恒定的平台高度，沿自下而上的凝固方向，平台长度L在l-50mm范围内逐渐增加；模具B具有恒定的平台长度和不同的平台高度，沿自下而上的凝固方向，平台高度H在0. 2-20mm范围内逐渐增加。本发明单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法，具体步骤如下I.模具设计模具A和B的相同点模具A和模具B的叶身两侧对称设置平台，叶身(长X宽IOmmX 10mm);平台宽度(IOmm);相邻的平台间距(16mm)。模具A和B的不同点模具A的平台长度L=l-50mm，平台高度H恒定(I-IOmm);模具B的平台长度L恒定(10-30mm),平台高度H=O. 2_20mm。模具A和B的用途模具A用于评价平台长度L对杂晶形成的影响；模具B用于评价平台高度H对杂晶形成的影响。2.蜡膜模组制备使用模具压制蜡模A和B，将两个蜡模A和两个蜡模B按辐射状(沿圆周)摆放方式与浇注系统粘结装配成蜡膜模组。远离模组中心的平台称为外侧平台，靠近模组中心的平台称为内侧平台。
3.陶瓷模壳制备采用传统制作陶瓷模壳的工艺制备模壳，然后将模壳放入马弗炉中加热到900-1100°C，保温1-3小时后获得合格的陶瓷模壳。4.合金浇注在相同的凝固条件下，浇注不同的高温合金，铸造不同合金的单晶铸件A和B。5.杂晶观察将单晶铸件A和B进行宏观腐蚀，观察杂晶出现的平台尺寸。通过对比不同单晶高温合金杂晶出现的平台尺寸来定量分析合金的杂晶形成倾向性。实施例
按照所设计的模具铸造的单晶铸件A和B分别与模具A和B相应，其宏观形貌如图I所示，铸件A和铸件B的叶身I两侧对称设置平台2。铸件A的平台2的高度H恒定为5mm,沿自下而上的凝固方向，平台长度L在3_26mm范围内逐渐增加；铸件B的平台2的长度L恒定为15mm，沿自下而上的凝固方向，平台高度H在0. 5_14mm范围内逐渐增加。以DD5镍基单晶高温合金为例，介绍平台长度L和高度H对杂晶形成能力的影响。图2为铸件A的内侧和外侧平台横截面组织。当平台长度L增加到14mm时,外侧平台的边角处开始出现杂晶形核并且该杂晶长大进入平台内部，此时内侧平台内未出现杂晶；当平台长度L增加到20mm时，外侧平台内的杂晶面积明显增大，此时内侧平台内开始出现杂晶。图3为铸件B的内侧和外侧平台横截面组织。当平台高度H减小到7_时，外侧平台内开始出现杂晶，而内侧平台内未出现杂晶。当平台高度H减小到3mm时，内侧平台内开始出现杂晶，此时外侧平台内杂晶面积明显增大。三种镍基单晶高温合金成分对杂晶出现的最小平台长度Lmin的影响如图4(a)所示。Lmin越小表明合金的杂晶形成能力越强。因而，外侧平台比内侧平台更容易出现杂晶，并且杂晶在外侧平台和内侧平台形成的倾向性相同DD90 > DD5>SRR99。三种镍基单晶高温合金成分对杂晶出现的最大平台高度Hmax的影响如图4(b)所示。Hmax越大表明合金的杂晶形成能力越强。因而，外侧平台比内侧平台更容易出现杂晶，并且杂晶在外侧平台和内侧平台形成的倾向性相同DD90 > DD5>SRR99。图4(a)和(b)的实验结果表明平台长度L和平台高度H对杂晶形成倾向性的评判结论一致，因此通过具有不同平台长度L或平台高度H的铸件定量评价单晶高温合金的杂晶形成倾向性都是可行的。因此，本发明通过设计具有不同平台长度的模具A和不同平台高度的模具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，杂晶形成的最小平台长度越小或杂晶形成的最大平台高度越高表明合金的杂晶形成倾向性越强。从而，可以定量评定不同单晶高温合金的杂晶形成能力，为实际生产中选择杂晶形成倾向性较弱的单晶高温合金提供依据。
权利要求
1.一种单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法，其特征在于根据平台边角处的过冷度超过临界形核过冷度时杂晶形成的理论，设计两种具有不同平台长度和高度的对称模具A和B，通过平台长度越长或平台高度越小杂晶形成倾向性越强的规律，定量评定杂晶形成倾向性。
2.按照权利要求I所述的单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法，其特征在于，模具A具有不同的平台长度和恒定的平台高度平台长度为l_50mm，平台高度为I-IOmm ;模具B具有恒定的平台长度和不同的平台高度平台长度为10-30mm，平台高度为0. 2_20mm。
3.按照权利要求2所述的单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法，其特征在于 沿自下而上的凝固方向，模具A的平台长度L在l_50mm范围内逐渐增加，模具B的平台高度H在0. 2-20mm范围内逐渐增加。
4.按照权利要求I所述的单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法，其特征在于模具A的平台长度为3-26mm，平台高度5mm ;模具B的平台长度15mm，平台高度0. 5_14mm。
5.按照权利要求4所述的单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法，其特征在于 沿自下而上的凝固方向，模具A的平台长度L在3-26mm范围内逐渐增加，模具B的平台高度H在0. 5-14mm范围内逐渐增加。
6.按照权利要求I所述的单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法，其特征在于被评价材料为镍基单晶高温合金。
7.按照权利要求I所述的单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法，其特征在于模具A用于评价平台长度L对杂晶形成的影响；模具B用于评价平台高度H对杂晶形成的影响。
全文摘要
本发明涉及熔模铸造技术，具体为一种单晶高温合金杂晶形成倾向性的评定方法。本发明设计具有不同平台长度的模具A和不同平台高度的模具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。杂晶形成的最小平台长度越小或杂晶形成的最大平台高度越高表明合金的杂晶形成倾向性越强。在不改变凝固条件以及不使用模拟技术的前提下，可以定量表征不同单晶高温合金的杂晶形成能力。本发明可以解决单晶高温合金杂晶形成倾向性难以评价的问题，定量评定不同单晶高温合金在定向凝固过程中杂晶形成能力，为实际生产中选择杂晶形成倾向性较弱的单晶高温合金提供依据。
文档编号G01N25/02GK102706920SQ20121013859
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者周亦胄, 孙晓峰, 张小丽, 金涛 申请人:中国科学院金属研究所