CN105108061A - 消除单晶叶片中杂晶缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
一种消除单晶叶片中杂晶缺陷的方法，在组装蜡树时，在叶片蜡模上粘贴引晶条，利用引晶条将叶片底端与叶片中上部的缘板边角处连接起来，使得按照常规的单晶叶片熔模铸造方法，在定向凝固时从选晶器长出的单晶不但直接向上进入叶片的叶身，也从侧面通过引晶条进入缘板的边角处，再与叶身处的本体单晶汇合，使整个铸件长成单晶组织，避免了缘板的边角处因孤立过冷导致杂晶的形核长大。本发明的方法，能够大大减少单晶叶片缘板边角处由于横向扩展造成的杂晶缺陷，从而显著提高叶片的单晶成品率。
Description
技术领域
本发明涉及单晶铸件熔铸工艺，具体说，是一种消除单晶叶片中杂晶缺陷的方法。
背景技术
为了尽量提高航空发动机和重型燃气轮机的效率，单晶涡轮叶片得到了越来越多的应用。单晶叶片需要采用熔模铸造技术，先压制、组装蜡树，然后沾浆淋砂制成陶瓷模壳，脱蜡焙烧后，在真空炉内浇注并定向凝固。高温合金熔液浇入陶瓷模壳中后，经底部水冷铜盘的激冷结晶并向上长大，由叶尖向叶根1逐渐生长，经狭窄弯曲的选晶器5选择，最后只有一个晶粒长出进入叶身3部分。叶身3形状比较简单，在凝固过程中横截面无突然变化，凝固条件稳定，利于单晶体的连续生长，一般很少产生杂晶缺陷。但在叶身3与缘板2的连接处横截面会有突然扩展，出现了呈水平甚至下倾状的缘板2（如图1）。缘板2边角处由于过快冷却而过早凝固，在叶身3的单晶长到之前形成杂晶，导致整个叶片单晶性的破坏，特别是对燃气轮机的大型叶片这个问题更为严重。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种消除单晶叶片中杂晶缺陷的方法。
本发明的技术方案是：
一种消除单晶叶片中杂晶缺陷的方法，在组装蜡树时，在叶片蜡模上粘贴引晶条，利用引晶条将叶片底端与叶片中上部的缘板边角处连接起来，使得按照常规的单晶叶片熔模铸造方法，在定向凝固时从选晶器长出的单晶不但直接向上进入叶片的叶身，也从侧面通过引晶条进入缘板的边角处，再与叶身处的本体单晶汇合，使整个铸件长成单晶组织，避免了缘板的边角处因孤立过冷导致杂晶的形核长大。
引晶条的下端从选晶器与叶片之间的平滑过渡段表面上引出，上端连接到每个具有产生杂晶危险的缘板边角处。
引晶条下端的引出角约为15°~60°，以利于蜡模组装和制备模壳，并避免产生杂晶。
引晶条上端要从允许加工的面与缘板边角处相连。
引晶条可从叶片下部引出若干个主引晶条，每个主引晶条到上面可以再分为若干个子引晶条引入缘板边角处。主引晶条的数量一般为1~5个。
各引晶条的截面形状设计为但不限于圆形，若为圆形，则其截面直径一般为2~8mm。
各引晶条除了两端之外，与叶片铸件本体的距离为2~20mm。
各引晶条走向要尽量贴近铸件本体，长度要尽量短。
本发明所产生的有益效果：
本发明的方法，能够大大减少单晶叶片缘板边角处由于横向扩展造成的杂晶缺陷，从而显著提高叶片的单晶成品率。本发明特别适合用于尺寸大、缘板突出明显的燃气轮机单晶叶片。本发明简单有效，无需添加任何新设备及对原有设备作任何改动，仅仅在组装蜡树时在叶片蜡模上粘接引晶条，并在浇注后进行切割清理，其余的一切工艺过程均不变。
附图说明
图1为单晶叶片杂晶产生位置示意图（箭头指处）
图2为引晶条的布置示意图
图中标号表示：
1、叶根，2、缘板，3、叶身，4、过渡段，5、选晶器，6、主引晶条，7、子引晶条。
具体实施方式
如图2所示：本消除单晶叶片中杂晶缺陷的方法，在组装蜡树时，在叶片蜡模上粘贴主引晶条6和子引晶条7，利用主引晶条6和子引晶条7将叶片底部的过渡段4与叶片中上部的缘板2边角处连接起来（即：利用引晶条将叶片底部与叶片中上部与叶根1靠近的缘板2边角处易产生杂晶缺陷的位置连接起来），使得按照常规的单晶叶片熔模铸造方法，在定向凝固时从选晶器5长出的单晶不但直接向上进入叶片的叶身3，也从侧面通过引晶条进入缘板2的边角处，再与叶身3处的本体单晶汇合，使整个铸件长成单晶组织，避免了缘板的边角处因孤立过冷导致杂晶的形核长大。
主引晶条6的下端从选晶器5与叶身3之间的平滑过渡段4表面上引出，上端连接到每个具有产生杂晶危险的缘板2边角处。
根据叶片几何结构找出缘板2处横向扩展和下垂的边角，确定为最易产生杂晶缺陷的位置。
将叶片蜡模的叶身3通过过渡段4与选晶器5组装在一起，再按确定的位置和数量粘接上主引晶条6和子引晶条7，引晶条6、7的下端从过渡段4面上引出，上端连接到每个具有产生杂晶危险的缘板2边角处。
引晶条下端的引出角约为15°~60°，以利于蜡模组装和制备模壳，并避免产生杂晶。
引晶条上端要从允许加工的面与缘板边角处相连。
引晶条可从叶片下部引出若干个主引晶条6，数量一般为1-5个，主引晶条6到上面可以再分为若干个子引晶条7引入缘板2边角处。
各引晶条的截面形状设计为但不限于圆形，若为圆形，则其截面直径一般为2~8mm。
各引晶条除了两端之外，与叶片铸件本体的距离为2~20mm。
各引晶条走向要尽量贴近铸件本体，长度要尽量短。
按照常规的单晶叶片熔模铸造技术，将一个或多个叶片蜡模组装上底盘和浇注***形成蜡树，进行粘桨、淋砂、脱蜡、焙烧，制得陶瓷模壳；在真空定向凝固炉内熔化合金料并浇入模壳，经定向凝固制得单晶叶片。
实施例
按照上述的发明进行了制备燃机用大型单晶叶片的实验。叶片本身净长约360mm，加上选晶器5、过渡段4及浇道总高约500mm。根据叶片形状尺寸特点，共用了两根主引晶条6，从叶身3下面的过渡段4分别沿叶身的左右两侧引晶到缘板2下面，再各分为3根子引晶条7，引入缘板2上下两层的两个边角及中间点。试验成功制出了空心的单晶叶片，叶身3和缘板2处都未产生杂晶缺陷，显示了本方法的可行性和有效性。
Claims (9)
1.一种消除单晶叶片中杂晶缺陷的方法，其特征在于：在组装蜡树时，在叶片蜡模上粘贴引晶条，利用引晶条将叶片底端与叶片中上部的缘板边角处连接起来，使得按照常规的单晶叶片熔模铸造方法，在定向凝固时从选晶器长出的单晶不但直接向上进入叶片的叶身，也从侧面通过引晶条进入缘板的边角处，再与叶身处的本体单晶汇合，使整个铸件长成单晶组织，避免了缘板的边角处因孤立过冷导致杂晶的形核长大。
2.按照权利要求1所述的消除单晶叶片中杂晶缺陷的方法，其特征在于：所述引晶条的下端从选晶器与叶片之间的平滑过渡段表面上引出，上端连接到每个具有产生杂晶危险的缘板边角处。
3.按照权利要求1所述的消除单晶叶片中杂晶缺陷的方法，其特征在于：所述引晶条下端的引出角为15°~60°，以利于蜡模组装和制备模壳，并避免产生杂晶。
4.按照权利要求1所述的消除单晶叶片中杂晶缺陷的蜡树结构，其特征在于：所述引晶条上端要从允许加工的面与缘板边角处相连。
5.按照权利要求1所述的消除单晶叶片中杂晶缺陷的方法，其特征在于：所述引晶条从叶片下部引出若干个主引晶条，每个主引晶条到上面再分为若干个子引晶条引入缘板边角处。
6.按照权利要求5所述的消除单晶叶片中杂晶缺陷的方法，其特征在于：所述主引晶条的数量为1~5个。
7.按照权利要求1～5所述的消除单晶叶片中杂晶缺陷的方法，其特征在于，所述引晶条的截面形状为圆形，其截面直径为2~8mm。
8.按照权利要求1～5所述的消除单晶叶片中杂晶缺陷的方法，其特征在于，所述引晶条除了两端之外，与叶片铸件本体的距离为2~20mm。
9.按照权利要求1～5所述的消除单晶叶片中杂晶缺陷的方法，其特征在于，所述引晶条走向要尽量贴近铸件本体，长度要尽量短。
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