[发明专利]控制镍基高温合金台阶状铸件杂晶缺陷的定向凝固方法

摘要

一种控制镍基高温合金台阶状铸件杂晶缺陷的定向凝固方法，通过对铸件的一些散热很快、容易冷却的局部位置，粘贴单层或多层不同导热系数的绝热材料，在局部形成复合型壳，改变散热很快的局部区域的导热率，从而有效降低该区域的过冷度，使定向凝固过程中该处杂晶无法形核，最终达到消除杂晶缺陷的目的。本发明对设备的要求低，并且具有工艺简单的特点，对不同成分的镍基高温合金都具有普遍的适用性。

主权项

一种控制镍基高温合金台阶状铸件杂晶缺陷的定向凝固方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，确定界面前沿过冷度较大的部位；通过Procast铸造软件对台阶状铸件的定向凝固全过程进行数值模拟计算分析；具体过程是：第一步，生成铸件的网格；采用常规方法进行铸件的网格划分，得到该铸件的网格模型；检查所述铸件的网格中可能存在的错误；所述的错误包括负体积和网格节点交叉；若发生所述错误，则重新进行铸件的网格划分；若无错误则进行第二步；第二步，生成扣箱的网格；在制作扣箱时，采用常规方法进行扣箱的网格划分，得到该扣箱的网格模型；检查所述扣箱的网格中可能存在的错误；所述的错误包括负体积和网格节点交叉；若发生所述错误，则重新进行扣箱的网格划分；若无错误则进行第三步；第三步，向Procast软件中输入铸件和型壳的物性参数，所述的物性参数是通过常规方法得到的该铸件在不同温度下的导热率、粘度、密度，以及型壳在不同温度下的导热率；第四步，确定定向凝固过程中的边界条件；所述的边界条件包括型壳与铸件的传热系数和扣箱的发射率；所述的传热系数的值，是指在稳定传热条件下，该铸件与型壳界面两侧空气温差为1℃时，1s内通过1m2面积传递的热量，该传热系数的单位是W/m2·℃；第五步，设定扣箱的移动速率和定向凝固过程的初始条件；第六步，确定界面前沿过冷度较大的部位；在确定界面前沿过冷度较大部位时，通过求解N‑S方程得到定向凝固过程中固液界面形貌的变化，并根据所述定向凝固过程中固液界面形貌的变化确定界面前沿过冷度较大的部位；步骤2，压型的制作；根据设计的台阶状铸件的几何尺寸制造压型；步骤3，蜡模的制作；将模料注入压型内腔并凝固成为蜡模，将该蜡模取出并放入10℃以下的冷水中定型；步骤4，底层型壳的制作；采用常规方法制作底层型壳；步骤5，底层型壳的脱蜡与烧结；将得到的底层型壳放入150℃的蒸气中，将蜡模全部熔化得到中空的底层型壳；将脱蜡后的底层型壳在900℃条件下焙烧2h，保证型壳的强度达到设计要求；步骤6，复合型壳的黏合；根据步骤1中确定的界面前沿过冷度较大的部位，将该界面前沿过冷度较大的部位与厚度为3～6mm复合型壳片层粘结，形成复合型壳；粘结复合型壳片层的粘结剂为硅溶胶，将该复合型壳放置12小时使其硬化；所述复合型壳片层的导热系数小于0.1W/m·℃；步骤7，浇铸合金液；将镍基高温合金母料切割加工成3～5块合金块；采用常规方法将所述合金块放入定向凝固炉的坩埚中，并将定向凝固炉内抽真空至6×10‑3Pa并保持；对该坩埚加热至合金块完全熔化；将得到的合金液浇入型壳中，完成合金液的浇铸；步骤8，抽拉；将浇入型壳中合金液保温静置30min后，以20～120μm/s的抽拉速率进行定向凝固，得到台阶状铸件，并实现杂晶缺陷的消除或显著减少。