本發明專利技術屬于定向凝固領域，涉及一種判定定向凝固柱晶高溫合金熱裂傾向性的方法。針對定向凝固葉片薄壁特點，建立薄壁管狀定向凝固試樣裝置。在試驗過程中進行如下操作：（1）根據空心葉片壁厚容易出現裂紋的區間范圍，壓制管狀試樣蠟模；（2）將管狀試樣在一個蠟模底盤上并焊上相應的澆道和澆口杯蠟模，組合成一組定向凝固熱裂試驗用蠟模模組；（3）按照通用的工藝步驟制備陶瓷殼型；（4）采用真空定向凝固爐對管狀試樣的精鑄模殼進行熱裂傾向性試驗，并依據試驗結果分別對不同情況進行處理。本發明專利技術可以很好地評定定向凝固柱晶高溫合金的熱裂傾向性，根據熱裂情況的等級評定合金元素對熱裂紋的影響程度，以提高合金的可鑄性。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于定向凝固領域，涉及ー種判定定向凝固柱晶高溫合金熱裂傾向性的方法。
技術介紹
定向凝固高溫合金的產生與發展是為了滿足發動機性能和可靠性不斷增長的需求。20世紀60年代中期，美國PW公司專利技術了定向凝固エ藝。在凝固過程中采用強制手段，在凝固金屬和未凝固熔體中建立起特定方向的溫度梯度，從而使熔體在型壁上形核后，沿著與熱流相反的方向，按要求的結晶取向進行凝固。定向凝固技術可以較好地控制凝固組織的晶粒取向，消除橫向晶界，獲得柱晶或單晶，提高材料的縱向力學性能，因而自它誕生·以來得到了迅速地發展，并逐漸應用到高溫材料、磁性材料，復合材料等的研制中，成為凝固理論研究的重點之一。美國首先將定向凝固エ藝用于鎳基高溫合金，制成平行于主應力方向的低彈性模量的取向柱狀晶渦輪葉片，極大的提高了部件的蠕變強度、塑性及熱疲勞性能。由此形成了定向凝固高溫合金。從此，定向葉片成為各類先進發動機的重要特色，美國的GE以及英國的R *R等發動機廠都大量生產定向渦輪葉片、導向葉片等。定向凝固技術的發展使鋳造高溫合金承溫能力大幅度提高，從承溫能力最高的等軸晶合金到第四代單晶合金，其承溫能力提高約180°C。我國在20世紀70年代開始研制定向凝固柱晶高溫合金，隨著我國航空發動機的發展需求，定向凝固柱晶高溫合金得到了迅速的發展和應用。DZ4、DZ125、IC10等合金已用于制作各種類型發動機的渦輪工作葉片和導向器葉片。但是定向凝固空心氣冷葉片易于出現熱裂紋，可鑄性差會限制定向凝固柱晶高溫合金的應用。定向凝固柱晶高溫合金可鑄性的最重要標志是熱裂傾向性，防止熱裂紋的產生對獲得健全鑄件具有重要的意義。受研究條件的限制，對熱裂紋形成的真實過程還無法直接觀測。為此，采用定向凝固空心薄壁管狀試樣，研究定向凝固柱晶高溫合金薄凝固過程的裂紋形成傾向，建立定向高溫合金熱裂傾向性評定方法，用于評價成分變化對定向凝固柱晶高溫合金可鑄性的影響。(USPatent4169742中Rene’ 142合金研制中化學成分的調整首先是通過實驗室裂紋實驗來驗證的，采取的可鑄性實驗是用ー個套筒形坩堝，在其內部放ー個直徑較小的陶瓷管，在坩堝內開ー個小于I英寸的槽，通過適當的墊片將陶瓷管放在坩堝里，直徑為小11_的合金棒放在陶瓷管內，整個裝置被放在能夠進行定向凝固的機構里，當合金棒料熔化時，熔化的金屬就會充滿坩堝和陶瓷管之間的空間以及整個陶瓷管，并進行定向凝固，除去陶瓷管以及沉積在里面的合金，得到壁厚約為I. 5_的試管。根據實驗結果制定了 6個評定等級A級ー無裂紋；B級ー頂端小裂紋切裂紋長度小于12. 7mm ；C級ーI條較大的裂紋長度超過12. 7mm ；D級ー2條或3條裂紋；E級ー裂紋多于3條少于8條；F級ー許多裂紋且大部分位于晶界。USPatent4169742與本專利中采用的試驗方法和評價方法均不不同，本專利采用熔模鑄造法制備管狀試樣，制備方法與葉片采用的制備方法完全一致，排除了試驗制備方法不同造成的結果偏差；本專利中的管狀試樣尺寸是三種尺寸I. OmmU. 5mm和2. 0mm，評定標準是根據三種尺寸的管狀試樣是否有裂紋及是否出現穿透性裂紋，評定了 10個等級。)
技術實現思路
本專利技術的目的是提供ー種判定定向凝固柱晶高溫合金熱裂傾向性的方法。本專利技術的技術方案是針對定向凝固葉片薄壁特點，建立薄壁管狀定向凝固試樣裝置。在試驗過程中進行如下操作(I)根據空心葉片壁厚容易出現裂紋的區間范圍，壓制管狀試樣蠟模，管狀試樣蠟模的壁厚t分為三種尺寸,分別為tfl. 0mm、t2=l. 5mm和t3=2. 0mm,試樣長度為120mm ；(2)每個厚度的管狀試樣為三個，九個管狀試樣均勻分布在ー個蠟模底盤上，管狀試樣的一端焊接在蠟模底盤上，管狀試樣的另一端焊上相應的澆道和澆ロ杯蠟模，組合成·一組定向凝固熱裂試驗用蠟模模組；(3)按照通用的エ藝步驟制備陶瓷殼型；(4)在與澆鑄葉片相同的エ藝參數條件下，采用真空定向凝固爐對管狀試樣的精鑄模殼進行熱裂傾向性試驗，依據試驗結果將合金熱裂傾向性分為4個情況，即全不裂、h試管裂、h和t2試管裂，以及tp t2和t3全裂；(5)根據試驗結果的4個情況，分別對不同情況進行處理。所述的對試驗結果出現穿透性裂紋時，進行エ藝參數或合金參數調整。本專利技術的優點是本專利技術提出的方法，可以很好地評定定向凝固柱晶高溫合金的熱裂傾向性，根據熱裂情況的等級評定合金元素對熱裂紋的影響程度，在合金設計中淘汰熱裂傾向嚴重的化學成分，對熱裂傾向等級小的化學成分進行元素調整以提高合金的可鑄性。附圖說明圖I是本專利技術管狀試樣示意圖；圖2是本專利技術陶瓷殼型的結構示意圖；圖3是本專利技術管狀試樣成蠟模底盤上的分布示意圖。具體實施例方式下面對本專利技術做進ー步詳細說明。參見圖I、圖2和圖3，其特征在于，在制造精密鑄造殼型的過程中進行如下操作(I)壓制管狀試樣臘模,壁厚t設計成三種尺寸，分別為tfL Omm > t2=l. 5mm和t3=2. 0mm,試樣長度為120_ ；(2)每種三個組焊在直徑為220mm的蠟模底盤上，九個試樣均勻分布，再焊上相應的澆道和澆ロ杯蠟模，組合成一組定向凝固熱裂試驗用蠟模模組；(3)按照正常的エ藝步驟制備陶瓷殼型；(4)在與澆鑄葉片相同的エ藝參數條件下，采用真空定向凝固爐對管狀試樣的精鑄模殼進行熱裂傾向性試驗，依據試驗結果將合金熱裂傾向性分為4個情況，即全不裂、試管裂、ti和t2試管裂，以及ti、t2和t3全裂；(5)根據試驗結果的4個情況，分別對不同情況進行處理。考慮薄壁定向凝固鑄件易產生穿透性裂紋的特點，將三種尺寸管狀試樣的熱裂紋情況分為三個等級，即無熱裂紋(no)、只有非穿透性裂紋(np)和產生了穿透性裂紋(p)。分析熱裂紋形成情況，三種尺寸的管狀試樣出現熱裂紋的情況只能存在10種情形，這10種情形分別是 I- Onol. 5no2. Ono、I. Onpl. 5no2. Ono、I. OnpI. 5np2. Ono、I. OnpI. 5np2. Onp、I.Opl. 5no2. 0no> I. Opl. 5np2. 0no> I. Opl. 5np2. Onp> I. Opl. 5p2. 0no> I. Opl. 5p2. Onp>I.Opl. 5p2. Op。實際過程中，對于合金在相同エ藝條件下，隨熱裂傾向增加，將熱裂紋情況分為10個熱裂傾向等級，如表I所示，等級越高，熱裂越嚴重。表I· I .Oiiim 武管 no up up I p p j p up p |1 p熱 1 :/ 1,3mm 試脅 no no up I no np gp no np p p2.Omin 試 ir no no no i no no I no no np np p熱裂傾_I 2 3 丨 4 5 1:6 I S 9 io注no為不裂；np為非芽透性裂；p為芽透性裂實施例。選取北京航空材料研究院自行研制的定向合金IClO為試驗材料，考察元素Ti、Al和B含量對合金熱裂傾向性的影響。當合金中Ti元素含量分別為0. 2%和0. 8%時，合金的熱裂傾向性等級分別為2級和4級，Al含量為6. 1%時熱裂傾向性等級為4級，B含量為0. 03%時熱裂傾向本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種判定定向凝固柱晶高溫合金熱裂傾向性的方法，其特征在于，在試驗過程中進行如下操作：（1）根據空心葉片壁厚容易出現裂紋的區間范圍，壓制管狀試樣蠟模，管狀試樣蠟模的壁厚t分為三種尺寸，分別為t1=1.0mm、t2=1.5mm和t3=2.0mm，試樣長度為120mm；（2）每個厚度的管狀試樣為三個，九個管狀試樣均勻分布在一個蠟模底盤上，管狀試樣的一端焊接在蠟模底盤上，管狀試樣的另一端焊上相應的澆道和澆口杯蠟模，組合成一組定向凝固熱裂試驗用蠟模模組；（3）按照通用的工藝步驟制備陶瓷殼型；（4）在與澆鑄葉片相同的工藝參數條件下，采用真空定向凝固爐對管狀試樣的精鑄模殼進行熱裂傾向性試驗，依據試驗結果將合金熱裂傾向性分為4個情況，即全不裂、t1試管裂、t1和t2試管裂，以及t1、t2和t3全裂；（5）根據試驗結果的4個情況，分別對不同情況進行處理。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：王艷麗，黃朝暉，李嘉榮，趙希宏，張強，
申請(專利權)人：中國航空工業集團公司北京航空材料研究院，
類型：發明
國別省市：
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