[发明专利]一种单晶导向叶片及其精密铸造方法

说明书

本发明公开了一种单晶导向叶片及其精密铸造方法，旨在制备出叶片轴向与单晶【001】晶向一致，而且没有缘板疏松的单晶导向叶片。为此，本发明实施例一方面提供的单晶导向叶片精密铸造方法，将定向凝固炉的激冷板设计为可倾斜，将螺旋选晶器蜡模连接在叶片蜡模下缘板的边角上，并保持两者的轴向平行，定向凝固时，将螺旋选晶器的起晶端垂直安装在激冷板上，随着激冷板在定向凝固炉的冷室内不断水平下降，螺旋选晶器内垂直长出与叶片轴向平行的单晶，当单晶生长到螺旋选晶器与叶片下缘板之间的连接过渡段时，将激冷板以及叶片模壳缓慢倾斜，再按设计速度下降，以此保证叶片缘板的顺序凝固，避免缘板边角产生杂晶和缘板表面产生疏松。

技术领域

本发明属于单晶高温合金制备技术领域，尤其涉及一种单晶导向叶片及其精密铸造方法。

背景技术

用于重型燃机的高温合金单晶导向叶片，由于尺寸宽大，制成单晶铸件的难度很大。单晶叶片一般要求晶体的【001】取向(枝晶轴向)与叶身轴向一致，这可以通过将叶片垂直组模的方式来实现(图1)，在叶片下端粘接轴向一致的选晶器，再将选晶器垂直安装在水平的平面激冷板上。金属液浇注进浇口杯并经横浇道充入模壳，经选晶器与平面激冷板相接触。选晶器起晶段的热流垂直向下进入激冷板，而以【001】晶向为优先方向的晶粒则沿与热流方向相反的方向向上生长。也就是说，选晶器里生长出的单晶具有垂直方向的【001】晶向，并扩展到整个叶片，使得叶片轴向与【001】晶向一致。这种方法一般适用于叶片狭长而缘板不宽的单晶转子叶片的生产。而对于导向叶片，由于在定向凝固方向上叶片外轮廓发生两次突然的扩大(从选晶器到下缘板和从叶身到上缘板)，定向凝固过程中向外凸出的缘板边角容易发生液体过冷而产生杂晶。另外，处于水平状态的宽大缘板的上表面面由于得不到补缩，会产生严重的表面疏松。

为解决上述的导向叶片单晶完整性和缘板表面疏松问题，可以将导向叶片倾斜摆放(图2)，使得叶片外轮廓在定向凝固的方向上没有突然的扩大，叶身和缘板都能实现斜上方向的顺序凝固，利于单晶生长向整个叶片的扩展，有效消除缘板上的杂晶，也能大大减轻缘板疏松。但由于叶片下的选晶器仍然竖直安装，竖直生长的枝晶长入斜置的叶片，叶身轴向不再与枝晶轴向一致，也就不再与单晶的【001】晶向一致，使得单晶叶片的性能大受影响。

需要指出的是，导叶的缘板有一定的弧度，但一般被作为平板看待(图1和图2)。在将导叶倾斜摆放时，缘板的倾斜角α要足够大，一般α＞30°(图2)，否则缘板过于平缓，仍然存在金属液过冷造成杂晶的危险。但是α也不能太大，一般α＜60°，否则叶身或引晶条的倾斜角β会太小(图2)。若β＜30°，则在引晶条和叶身上会出现杂晶的危险。

为解决上述问题，申请号为202210652031.X的专利公开了一种单晶导向叶片熔模精密铸造方法，用凸面激冷板代替通常的平面激冷板，并将叶片采用倾斜组模结构，不仅保证导向叶片的顺序凝固，避免了缘板边角产生杂晶和缘板表面产生疏松，而且保证了叶片轴向与单晶【001】晶向一致，满足了对单晶叶片一次晶向的要求。但是上述专利因定向凝固炉冷却区内温度梯度的存在，仍然不能保证叶片轴向与单晶【001】晶向一致，同时蜡模组树也非常不方便。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种单晶导向叶片及其精密铸造方法，旨在制备出叶片轴向与单晶【001】晶向一致，而且没有缘板疏松的单晶导向叶片。

为此，本发明实施例一方面提供的单晶导向叶片精密铸造方法，将定向凝固炉的激冷板设计为可倾斜，叶片蜡模与螺旋选晶器蜡模组合时，将螺旋选晶器蜡模连接在叶片蜡模下缘板的边角上，并保持两者的轴向平行，叶片蜡模的上、下缘板的对应边角通过引晶条连接,定向凝固时，将螺旋选晶器的起晶端垂直安装在激冷板上，随着激冷板在定向凝固炉的冷室内不断水平下降，螺旋选晶器内垂直长出与叶片轴向平行的单晶，当单晶生长到螺旋选晶器与叶片下缘板的连接过渡段时，将激冷板以及叶片模壳缓慢调整至倾斜，再按设计速度下降，以此保证叶片缘板的顺序凝固，避免缘板边角产生杂晶和缘板表面产生疏松。