[发明专利]使用Ni-W异质籽晶制备DD3单晶高温合金试棒的方法

说明书

一种使用Ni‑W异质籽晶制备单晶高温合金试棒的方法，在保证获得所需取向单晶高温合金的前提下，通过重复使用籽晶，避免了每次籽晶法生产单晶高温合金时都需要制备全新籽晶的麻烦，显著减低生产成本。本发明通过使用无糊状区的Ni‑W异质籽晶和内置刚玉管，能够有效避免糊状区杂晶的形成。本发明通过使用预埋刚玉管于籽晶段的模壳，有效控制籽晶与籽晶段内壁间隙，减小因浇注造成合金进入模壳与未熔籽晶的间隙导致激冷形成杂晶的几率，实现了重复使用籽晶生产单晶高温合金。

技术领域

本发明涉及单晶高温合金的制备领域，具体是一种使用Ni-W异质籽晶以消除籽晶糊状区形成，同时通过内置刚玉管，实现重复使用原高度籽晶生产单晶高温合金的方法。

背景技术

随着航空发动机涡轮前进口温度的提高，单晶涡轮叶片的制备技术获得了很大的进展，由于单晶高温合金[001]方向与叶片的最大受力方向一致时能取得最好的高温蠕变性能，涡轮叶片已基本都使用[001]方向作为叶片径向方向。目前制备单晶的方法分为选晶法和籽晶法。选晶法制备简单，无需制备籽晶，但只能控制晶体取向与铸件的纵向在15°之内。籽晶法通过籽晶回熔，原子在籽晶的基础上进行堆垛，可以生产与籽晶取向一致的铸件。

籽晶糊状区杂晶的形成主要由以下几种机制。第一，合金浇注过程中，浇注合金冲刷已熔融的部分籽晶熔液进入未熔籽晶与模壳的间隙，产生较大的过冷而在回熔界面以下籽晶边缘处形成杂晶；第二，浇注合金冲刷回熔界面以下的糊状区，造成糊状区部分未熔籽晶发生变形，成为小角度晶界或杂晶的起源；第三，开始定向凝固时籽晶段的等温面将由保温阶段的凸界面迅速转变为凹界面，使回熔界面以上籽晶边缘1-2mm的凝固距离内产生较大的过冷，在籽晶边缘形成杂晶。

文献“N.Stanford，A.Djakovic等人在Superalloys 2004发表的Defect grainsin the melt-back region of CMXS-4single crystal seeds”研究了糊状区杂晶的形成机制。中国专利CN1570224A和CN101255604A提出预置籽晶于模壳内的方法制备单晶高温合金；中国专利CN105839186A提出可顺序切取籽晶，避开糊状区，并采用预埋刚玉管于模壳内的模壳结构；通过以上方法，可以在一定程度上减少杂晶的形成，但采用这些方法不能消除糊状区的形成，籽晶在生产过程中不能原长度重复使用。现有技术采用籽晶法制备单晶高温合金多次后需要采用全新籽晶，生产成本非常高。

发明内容

为了克服现有技术中存在的籽晶糊状区易产生杂晶，单晶取向可能失败，籽晶制备单晶时无法重复使用的不足，本发明提出了一种使用Ni-W异质籽晶制备DD3单晶高温合金试棒的方法。

本发明的具体过程是：

第一步，制作模壳；

所述的模壳分为铸件段和有刚玉管的籽晶段。该籽晶段的长度与刚玉管的长度相同，制备前将刚玉管安放在籽晶段内。所述刚玉管的内径为6.98～11.98mm，长度为40mm。

第二步，制作用于制备Ni-W异质单晶试棒的籽晶：

采用选晶法制备单晶试棒。

制作用于制备Ni-W异质单晶试棒的籽晶时，从单晶试棒上定向切割出偏离轴向0～12°的[001]取向的单晶圆柱作为籽晶。定向切割的籽晶为圆柱状，并具有偏离轴向0～12°的[001]取向；该籽晶直径为6.93～11.94mm，长25mm。1200#砂纸打磨该籽晶至光滑。

使用电火花线切割机从单晶试棒上定向切割出偏离轴向0°的[001]取向的单晶圆柱作为籽晶。定向切割的籽晶为圆柱状，并具有偏离轴向0°的[001]取向；该籽晶直径为6.93mm，长25mm。1200#砂纸打磨该籽晶至光滑。

第三步，制备第一根偏离轴向0～12°的[001]取向的Ni-W异质单晶试棒；