本發(fā)明涉及一種低成本控制單晶定向凝固葉片表面再結(jié)晶的方法。屬于鑄造領域。
背景技術：
1、現(xiàn)代航空發(fā)動機和燃氣輪機中金屬材料的40％～50％是鎳基高溫合金，主要用3代。單晶高溫合金由于減少了晶界強化元素，一旦產(chǎn)生任何與應力主軸方向垂直的晶界和再結(jié)晶晶粒，將成為單晶高溫合金構件性能薄弱的區(qū)域。單晶構件一旦發(fā)生表面再結(jié)晶，其性能大大下降，將可能導致構件提前失效。因此，單晶高溫合金表面再結(jié)晶的形成機理以及預防或消除單晶表面再結(jié)晶的控制技術是單晶合金工程化應用急需解決的瓶頸問題。
2、根據(jù)中國的單晶高溫合金構件的相關技術研究和工程化應用情況，單晶高溫合金構件出現(xiàn)的諸多難點問題主要集中在單晶構件研制過程中局部出現(xiàn)了較為嚴重的表面再結(jié)晶組織。實際上，鎳基單晶高溫合金構件在生產(chǎn)過程中發(fā)生的表面再結(jié)晶主要可分為兩類：一類是因構件結(jié)構復雜或熱成型工藝，導致構件熱成型后殘余應力較大，進而在后續(xù)熱處理中產(chǎn)生表面再結(jié)晶；另一類是因外界因素(如磕碰、吹砂、拋光、磨削等)引起的局部應力集中，在后續(xù)熱處理中產(chǎn)生表面再結(jié)晶。據(jù)統(tǒng)計，在單晶構件熱成型制備(鑄造、釬焊、熱噴涂)過程中，因發(fā)生表面再結(jié)晶等非連續(xù)性組織而導致葉片失效的概率達30％以上。由于單晶合金構件經(jīng)常會在鑄造后存在有較大的殘余應力，當應力達到一定值后，在后續(xù)熱處理中表面產(chǎn)生再結(jié)晶組織。
3、在實際的生產(chǎn)過程中，為了保證單晶構件能夠正常的完成制備，整個構件需在1500℃以上的溫度下保溫數(shù)十分鐘來完成長晶，這對于熔模型殼來說是一個極大地挑戰(zhàn)。為使得拉晶過程能夠正常有序的進行，就需要模殼具備足夠的強度來承受住高溫合金液的長時間浸泡。同時隨著葉片尺寸的增大、形狀的復雜程度增加，高溫合金凝固缺陷變得越來越嚴重。其中，由于葉片截面尺寸的變化(例如突出的平臺或者邊角處)導致鑄件部分區(qū)域形成孤立過冷區(qū)提前形核而形成雜晶雜晶與基體晶粒之間存在的晶界破壞了單晶的完整性，大幅度降低了單晶葉片的力學性能。盡管合金中添加了晶界強化元素，但是裂紋源仍然容易在晶界中形成，造成葉片的失效。因此，如何消除及控制雜晶的形成，保證單晶的完整性，成為了單晶葉片制備技術中的重要環(huán)節(jié)。添加輔助引晶桿技術作為一項比較成熟的工藝，常被使用在如燃機葉片等大尺度葉片的定向凝固過程中。其工藝特點是：通過引入一根輔助導桿，將基體枝晶引導至孤立過冷區(qū)，迫使其在冷卻至臨界形核過冷度之前，被單晶組織所填滿而限制雜晶形成。
4、盡管通過增加輔助引晶條技術能夠較好的解決單晶構件的雜晶問題，但引晶條的使用確會使得合金構件的形狀變得更加復雜，這種復雜的構型會不可避免的加劇構件蠟模在制殼階段的模殼堆積現(xiàn)象，造成模殼部分區(qū)域超厚，在后期合金構件凝固收縮過程中模殼相互擠壓受力使得單晶構件合金表面最終凝固后殘存有較大的殘存應力。這部分應力達到一定值后，在后續(xù)熱處理中就會在單晶鑄件表面產(chǎn)生再結(jié)晶組織。對于合金構件在鑄造過程中由于凝固收縮帶來的表面再結(jié)晶，相關領域的專家們針對此問題也進行了諸多研究，例如通過預回復熱處理的方法抑制鎳基單晶高溫合金在固溶處理過程中發(fā)生再結(jié)晶的可能性；或是在合金構件塑性變形程度較小時利用電化學腐蝕去除試樣表面的變形層。但這些都沒有從源頭上解決問題。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供了一種低成本控制單晶定向凝固葉片表面再結(jié)晶的方法。
2、本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
3、一種低成本控制單晶定向凝固葉片表面再結(jié)晶的方法，其特點是：
4、包括如下步驟：
5、s1、壓蠟；
6、將蠟料在溫度50-90℃、注射壓力0.5-10mpa條件下注入鑄件和澆道蠟模模具，獲得零件蠟模，澆口杯蠟模、底盤蠟模和澆注系統(tǒng)蠟模；
7、s2、引晶條；
8、在蠟模準備階段使用自斷裂引晶條；
9、s3、模殼制備；
10、在蠟模模組表面涂掛5-20mm厚的鑄造模殼，然后在120-200℃下脫蠟，800-1050℃下焙燒1-5個小時后獲得單晶定向用鑄造陶瓷型殼；
11、s4、將s3中制備的陶瓷模殼放入定向凝固爐中，設置參數(shù)至模殼保溫溫度1450-1600℃，待到溫后將母合金料錠重熔澆注至模殼中，澆注溫度選擇在1450-1600℃，澆注后靜置50-150秒后進行抽拉，抽拉速度設置在2.5-10mm/min,拉晶結(jié)束后，隨爐冷卻8-20分鐘后取出，切割掉澆冒系統(tǒng)并拋光打磨后即制備出所需的定向單晶葉片鑄件毛坯。
12、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：。
13、本發(fā)明采用更改引晶條結(jié)構方法，使得合金構件凝固收縮過程中引晶條會自發(fā)地由引晶條缺口處斷裂從而破壞單晶合金構件與引晶條之間的完整性，使得單晶合金構件凝固收縮過程中與模殼的相互擠壓的概率大大降低，進而從根本上解決單晶合金構件在鑄造過程中由于凝固收縮應力所帶來的表面再結(jié)晶缺陷，有效提升單晶合金結(jié)構鑄件的生產(chǎn)合格率。
1.一種低成本控制單晶定向凝固葉片表面再結(jié)晶的方法，其特征在于：包括如下步驟：