[发明专利]一种判定定向凝固柱晶高温合金热裂倾向性的方法

说明书

技术领域

本发明属于定向凝固领域，涉及一种判定定向凝固柱晶高温合金热裂倾向性的方法。 

背景技术

定向凝固高温合金的产生与发展是为了满足发动机性能和可靠性不断增长的需求。20世纪60年代中期，美国PW公司发明了定向凝固工艺。在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和未凝固熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体在型壁上形核后，沿着与热流相反的方向，按要求的结晶取向进行凝固。定向凝固技术可以较好地控制凝固组织的晶粒取向，消除横向晶界，获得柱晶或单晶，提高材料的纵向力学性能，因而自它诞生以来得到了迅速地发展，并逐渐应用到高温材料、磁性材料，复合材料等的研制中，成为凝固理论研究的重点之一。 

美国首先将定向凝固工艺用于镍基高温合金，制成平行于主应力方向的低弹性模量的[001]取向柱状晶涡轮叶片，极大的提高了部件的蠕变强度、塑性及热疲劳性能。由此形成了定向凝固高温合金。从此，定向叶片成为各类先进发动机的重要特色，美国的GE以及英国的R·R等发动机厂都大量生产定向涡轮叶片、导向叶片等。定向凝固技术的发展使铸造高温合金承温能力大幅度提高，从承温能力最高的等轴晶合金到第四代单晶合金，其承温能力提高约180℃。 

我国在20世纪70年代开始研制定向凝固柱晶高温合金，随着我国航空发动机的发展需求，定向凝固柱晶高温合金得到了迅速的发展和应用。DZ4、DZ125、IC10等合金已用于制作各种类型发动机的涡轮工作叶片和导向器叶片。 

但是定向凝固空心气冷叶片易于出现热裂纹，可铸性差会限制定向凝固柱晶高温合金的应用。定向凝固柱晶高温合金可铸性的最重要标志是热裂倾向性，防止热裂纹的产生对获得健全铸件具有重要的意义。受研究条件的限制，对热裂纹形成的真实过程还无法直接观测。为此，采用定向凝固空心薄壁管状试样，研究定向凝固柱晶高温合金薄凝固过程 的裂纹形成倾向，建立定向高温合金热裂倾向性评定方法，用于评价成分变化对定向凝固柱晶高温合金可铸性的影响。（USPatent4169742中Rene'142合金研制中化学成分的调整首先是通过实验室裂纹实验来验证的，采取的可铸性实验是用一个套筒形坩埚，在其内部放一个直径较小的陶瓷管，在坩埚内开一个小于1英寸的槽，通过适当的垫片将陶瓷管放在坩埚里，直径为φ11mm的合金棒放在陶瓷管内，整个装置被放在能够进行定向凝固的机构里，当合金棒料熔化时，熔化的金属就会充满坩埚和陶瓷管之间的空间以及整个陶瓷管，并进行定向凝固，除去陶瓷管以及沉积在里面的合金，得到壁厚约为1.5mm的试管。根据实验结果制定了6个评定等级：A级—无裂纹；B级—顶端小裂纹切裂纹长度小于12.7mm；C级—1条较大的裂纹长度超过12.7mm；D级—2条或3条裂纹；E级—裂纹多于3条少于8条；F级—许多裂纹且大部分位于晶界。USPatent4169742与本专利中采用的试验方法和评价方法均不不同，本专利采用熔模铸造法制备管状试样，制备方法与叶片采用的制备方法完全一致，排除了试验制备方法不同造成的结果偏差；本专利中的管状试样尺寸是三种尺寸1.0mm、1.5mm和2.0mm，评定标准是根据三种尺寸的管状试样是否有裂纹及是否出现穿透性裂纹，评定了10个等级。） 

发明内容

本发明的目的是：提供一种判定定向凝固柱晶高温合金热裂倾向性的方法。 

本发明的技术方案是：针对定向凝固叶片薄壁特点，建立薄壁管状定向凝固试样装置。在试验过程中进行如下操作： 

（1）根据空心叶片壁厚容易出现裂纹的区间范围，压制管状试样蜡模，管状试样蜡模的壁厚t分为三种尺寸，分别为t₁=1.0mm、t₂=1.5mm和t₃=2.0mm，试样长度为120mm； 

（2）每个厚度的管状试样为三个，九个管状试样均匀分布在一个蜡模底盘上，管状试样的一端焊接在蜡模底盘上，管状试样的另一端焊上相应的浇道和浇口杯蜡模，组合成一组定向凝固热裂试验用蜡模模组； 

（3）按照通用的工艺步骤制备陶瓷壳型； 

（4）在与浇铸叶片相同的工艺参数条件下，采用真空定向凝固炉对管状试样的精铸模壳进行热裂倾向性试验，依据试验结果将合金热裂倾 向性分为4个情况，即全不裂、t₁试管裂、t₁和t₂试管裂，以及t₁、t₂和t₃全裂； 

（5）根据试验结果的4个情况，分别对不同情况进行处理。