CN109351951B - 一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法 - Google Patents

一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109351951B
CN109351951B CN201811446304.5A CN201811446304A CN109351951B CN 109351951 B CN109351951 B CN 109351951B CN 201811446304 A CN201811446304 A CN 201811446304A CN 109351951 B CN109351951 B CN 109351951B
Authority
CN
China
Prior art keywords
platform
single crystal
directional solidification
reducing
furnace
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811446304.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109351951A (zh
Inventor
姜卫国
肖久寒
李凯文
楼琅洪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Metal Research of CAS
Original Assignee
Institute of Metal Research of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Metal Research of CAS filed Critical Institute of Metal Research of CAS
Priority to CN201811446304.5A priority Critical patent/CN109351951B/zh
Publication of CN109351951A publication Critical patent/CN109351951A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109351951B publication Critical patent/CN109351951B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B22D27/045—Directionally solidified castings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

本发明的目的在于提供一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法，其特征在于：将叶片平台高处位置置于靠近模壳中心的位置，平台低处位置靠近定向凝固炉的炉壁处，利用横向梯度降低方向与枝晶间补缩方向相反的原理，平台高处先凝固，保证其枝晶间得到叶身处合金液的补缩，从而避免高处平台产生表面凝固疏松，以提高单晶叶片质量。

Description

一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法
技术领域
本发明属于高温合金领域，特别涉及单晶高温合金部件制备领域，提供一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法。
背景技术
单晶高温合金由于消除了横向和纵向晶界，因而具有良好的抗高温蠕变性能和抗疲劳性能，在航空发动机及燃气轮机领域应用日益广泛。单晶高温合金铸件通常采用定向凝固工艺制备，在叶片的凝固过程中，由于叶片厚大平台的存在，导致铸件的诸多凝固缺陷的产生，如杂晶、小角度晶界、雀斑、表面疏松等。围绕着凝固缺陷控制的问题，人们在高温合金成分设计和定向凝固技术的改进方面开展了大量的研究，主要工作集中在难熔元素的控制、微量元素的添加及凝固温度梯度的提高等。通常情况下，定向凝固过程中的枝晶间存在补缩通道，使液体补缩可以持续到凝固结束，因此缩松缺陷明显减少。但是在单晶叶片平台处得不到充分的补充，容易形成表面疏松，而缩松容易引起应力集中，导致叶片的力学性能下降，这将造成叶片合格率的下降，大大增加了叶片的成本。因此，如何解决叶片平台处疏松缺陷是单晶叶片制备过程中急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法，以提高航空发动机及燃气轮机用单晶叶片的质量。
本发明技术方案如下：
一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法，其特征在于：将叶片平台高处位置置于靠近模壳中心的位置，平台低处位置靠近定向凝固炉的炉壁处，利用横向梯度降低方向与枝晶间补缩方向相反的原理，平台高处先凝固，保证其枝晶间得到叶身处合金液的补缩，从而避免高处平台产生表面凝固疏松(见图1)。
本发明工艺路线：
1)、将叶片平台高处位置靠近模壳中心直浇道位置，平台低处位置靠近定向凝固炉的炉壁位置，采用该方式进行蜡模组合；
2)、采用精密铸造工艺制备单晶铸件模壳；
3)、采用定向凝固技术制备单晶铸件。
本发明中，精密铸造制壳工艺为：面层涂料采用320目氧化铝粉与硅溶胶溶液制备，粉液质量比为(3.0-3.5)：1，撒砂材料为氧化铝砂，第一层为80目砂，第二层为60目砂，第三层为32目砂，第四-七层为24目砂，最后封浆层采用面层涂料。
本发明中，蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为150℃-170℃，压力3-7个大气压，时间为1-5分钟。
本发明中，脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为850-1050℃，保温时间为3-6小时，炉冷后对模壳进行清洗。
本发明中，模壳使用过程与传统工艺相同，将模壳直接装入定向凝固炉中进行定向凝固工序，保温炉温度1450-1520℃，定向凝固抽拉速度控制在1-6毫米/分钟；定向凝固结束后取出模壳，清除模壳后即得到定向凝固件成品，表面凝固疏松得到明显减少或消除。
附图说明
图1叶片放置示意图。
附图标记：1、模壳底盘，2、起晶段，3、螺旋段，4、叶片，5、叶片平台，6、直浇道，7、浇口杯，8、保温炉璧。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，将叶片平台高处位置设置在靠近模壳中心直浇道的位置，平台低处靠近炉壁位置，采用该方式进行蜡模组合。
精密铸造制壳工艺如下：面层涂料采用320目氧化铝粉与硅溶胶溶液制备,粉液质量比为3.0：1，撒砂材料为氧化铝砂，第一层为80目砂，第二层为60目砂，第三层为32目砂，第四-七层为24目砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为170℃，压力6个大气压，时间为1分钟。脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为850℃，保温时间为3小时，炉冷后对模壳进行清洗。
将模壳直接装入定向凝固炉中进行定向凝固工序，保温炉温度1520℃，定向凝固抽拉速度控制在1毫米/分钟；定向凝固结束后取出模壳，清除模壳后即得到定向凝固件成品，叶片平台高处表面凝固疏松面积分数小于0.6％，疏松合格率100％。
实施例2：
将叶片平台高处位置设置在靠近模壳中心直浇道的位置，平台低处靠近炉壁位置，采用该方式进行蜡模组合。
精密铸造制壳工艺如下：面层涂料采用320目氧化铝粉与硅溶胶溶液制备,粉液质量比为3.5：1，撒砂材料为氧化铝砂，第一层为80目砂，第二层为60目砂，第三层为32目砂，第四-七层为24目砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为170℃，压力3个大气压，时间为5分钟。脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为1050℃，保温时间为6小时，炉冷后对模壳进行清洗。
将模壳直接装入定向凝固炉中进行定向凝固工序，保温炉温度1450℃，定向凝固抽拉速度控制在6毫米/分钟；定向凝固结束后取出模壳，清除模壳后即得到定向凝固件成品，叶片平台高处表面凝固疏松面积分数小于0.4％，疏松合格率100％。
实施例3：
将叶片平台高处位置设置在靠近模壳中心直浇道的位置，平台低处靠近炉壁位置，采用该方式进行蜡模组合。
精密铸造制壳工艺如下：面层涂料采用320目氧化铝粉与硅溶胶溶液制备,粉液质量比为3.2：1，撒砂材料为氧化铝砂，第一层为80目砂，第二层为60目砂，第三层为32目砂，第四-七层为24目砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为170℃，压力7个大气压，时间为5分钟。脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为950℃，保温时间为4小时，炉冷后对模壳进行清洗。
将模壳直接装入定向凝固炉中进行定向凝固工序，保温炉温度1500℃，定向凝固抽拉速度控制在3毫米/分钟；定向凝固结束后取出模壳，清除模壳后即得到定向凝固件成品，叶片平台高处表面凝固疏松面积分数小于0.6％，疏松合格率100％。
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法，其特征在于，具体工艺步骤如下：
1)、将叶片平台高处位置靠近模壳中心直浇道位置，平台低处位置靠近定向凝固炉的炉壁位置，采用该方式进行蜡模组合；
2)、采用精密铸造工艺制备单晶铸件模壳；
3)、采用定向凝固技术制备单晶铸件，利用横向梯度降低方向与枝晶间补缩方向相反的原理，平台高处先凝固，保证其枝晶间得到叶身处合金液的补缩，以避免高处平台产生表面凝固疏松。
2.按照权利要求1所述减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法，其特征在于，步骤2)中，精密铸造制壳工艺为：面层涂料采用320目氧化铝粉与硅溶胶溶液制备，粉液质量比为3.0-3.5：1，撒砂材料为氧化铝砂，第一层为80目砂，第二层为60目砂，第三层为32目砂，第四-七层为24目砂，最后封浆层采用面层涂料。
3.按照权利要求1所述减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法，其特征在于，步骤2)中，蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为150℃-170℃，压力3-7个大气压，时间为1-5分钟。
4.按照权利要求1所述减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法，其特征在于：步骤2)中，脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为850-1050℃，保温时间为3-6小时，炉冷后对模壳进行清洗。
5.按照权利要求1所述减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法，其特征在于：将模壳直接装入定向凝固炉中进行定向凝固工序，保温炉温度1450-1520℃，定向凝固抽拉速度控制在1-6毫米/分钟；定向凝固结束后取出模壳，清除模壳后即得到定向凝固件成品。
CN201811446304.5A 2018-11-29 2018-11-29 一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法 Active CN109351951B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811446304.5A CN109351951B (zh) 2018-11-29 2018-11-29 一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811446304.5A CN109351951B (zh) 2018-11-29 2018-11-29 一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109351951A CN109351951A (zh) 2019-02-19
CN109351951B true CN109351951B (zh) 2020-12-22

Family

ID=65343464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811446304.5A Active CN109351951B (zh) 2018-11-29 2018-11-29 一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109351951B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113373520B (zh) * 2021-04-28 2023-12-15 潍坊科技学院 一种宽温、高强度、高塑性及抗氧化单晶高熵合金及制备方法
CN114130994B (zh) * 2021-12-20 2023-12-19 成都航宇超合金技术有限公司 一种减少单晶叶片平台处杂晶缺陷的装置及其方法
CN114799047A (zh) * 2022-05-16 2022-07-29 西北工业大学 一种多层模组叠加蜡模结构及其高效制备单晶叶片的方法

Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3690368A (en) * 1970-08-14 1972-09-12 United Aircraft Corp Casting single crystal articles
US4580613A (en) * 1982-08-05 1986-04-08 Howmet Turbine Components Corporation Method and mold for casting articles having a predetermined crystalline orientation
JPH08295599A (ja) * 1996-04-25 1996-11-12 Hitachi Ltd 単結晶金属物品及びその用途
JPH11207451A (ja) * 1998-01-26 1999-08-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 単結晶合金翼の製造方法
US6497272B1 (en) * 1999-10-14 2002-12-24 Howmet Research Corporation Single crystal casting mold
JP2003311390A (ja) * 2002-04-22 2003-11-05 Honda Motor Co Ltd 鋳造物の製造装置
CN1550272A (zh) * 2003-02-25 2004-12-01 ��÷���о���˾ 浇铸用的挥发性模
CN101934366A (zh) * 2010-08-27 2011-01-05 中国南方航空工业(集团)有限公司 形成带冠定向结晶涡轮叶片的凝固物、铸模和补缩方法
CN201783638U (zh) * 2010-08-27 2011-04-06 中国南方航空工业(集团)有限公司 用于形成带冠定向结晶涡轮叶片的凝固物和铸模
CN103147117A (zh) * 2013-04-01 2013-06-12 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种高温合金的定向凝固装置及其使用方法
CN103192063A (zh) * 2013-04-01 2013-07-10 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种用于高温合金单晶叶片制造的铸型及其定向凝固装置
CN103212670A (zh) * 2012-01-24 2013-07-24 斯奈克玛 用于通过蜡模铸造来制造航空器涡轮机组叶片元件的壳模
CN104308076A (zh) * 2014-10-29 2015-01-28 西安航空动力股份有限公司 一种四联空心涡轮导向叶片的蜡模组合及其精铸方法
CN204220932U (zh) * 2014-11-11 2015-03-25 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种六联体导向叶片铸件浇注***
CN104439077A (zh) * 2014-12-15 2015-03-25 东方电气集团东方汽轮机有限公司 高温合金单晶透平叶片成型用蜡树结构
CN204247910U (zh) * 2014-10-31 2015-04-08 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种防止三联体空心无余量精铸叶片产生裂纹的浇注***
CN105170909A (zh) * 2015-10-10 2015-12-23 贵阳中航动力精密铸造有限公司 一种用于空心单晶叶片的浇注***
CN106270392A (zh) * 2015-05-25 2017-01-04 西安航空动力股份有限公司 一种单晶高温合金工作叶片的制造方法
CN106470781A (zh) * 2014-07-07 2017-03-01 赛峰飞机发动机公司 改进的用于制造通过失蜡铸造来生产飞行器涡轮发动机的具有叶片元件的壳模的方法
CN107598097A (zh) * 2017-11-10 2018-01-19 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种涡轮导向叶片的蜡模组合及其精铸方法
CN108286068A (zh) * 2017-01-09 2018-07-17 赛峰集团 通过实施布里奇曼法来制造零件的设备

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0015673D0 (en) * 2000-06-27 2000-08-16 Rolls Royce Plc Crystal selector pattern
GB0304327D0 (en) * 2003-02-26 2003-04-02 Rolls Royce Plc Component casting
FR2905384B1 (fr) * 2006-08-29 2008-12-26 Snecma Sa Procede de fabrication de germes monocristallins simultanement a la coulee de pieces monocristallines.

Patent Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3690368A (en) * 1970-08-14 1972-09-12 United Aircraft Corp Casting single crystal articles
US4580613A (en) * 1982-08-05 1986-04-08 Howmet Turbine Components Corporation Method and mold for casting articles having a predetermined crystalline orientation
JPH08295599A (ja) * 1996-04-25 1996-11-12 Hitachi Ltd 単結晶金属物品及びその用途
JPH11207451A (ja) * 1998-01-26 1999-08-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 単結晶合金翼の製造方法
US6497272B1 (en) * 1999-10-14 2002-12-24 Howmet Research Corporation Single crystal casting mold
JP2003311390A (ja) * 2002-04-22 2003-11-05 Honda Motor Co Ltd 鋳造物の製造装置
CN1550272A (zh) * 2003-02-25 2004-12-01 ��÷���о���˾ 浇铸用的挥发性模
CN101934366A (zh) * 2010-08-27 2011-01-05 中国南方航空工业(集团)有限公司 形成带冠定向结晶涡轮叶片的凝固物、铸模和补缩方法
CN201783638U (zh) * 2010-08-27 2011-04-06 中国南方航空工业(集团)有限公司 用于形成带冠定向结晶涡轮叶片的凝固物和铸模
CN103212670A (zh) * 2012-01-24 2013-07-24 斯奈克玛 用于通过蜡模铸造来制造航空器涡轮机组叶片元件的壳模
CN103192063A (zh) * 2013-04-01 2013-07-10 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种用于高温合金单晶叶片制造的铸型及其定向凝固装置
CN103147117A (zh) * 2013-04-01 2013-06-12 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种高温合金的定向凝固装置及其使用方法
CN106470781A (zh) * 2014-07-07 2017-03-01 赛峰飞机发动机公司 改进的用于制造通过失蜡铸造来生产飞行器涡轮发动机的具有叶片元件的壳模的方法
CN104308076A (zh) * 2014-10-29 2015-01-28 西安航空动力股份有限公司 一种四联空心涡轮导向叶片的蜡模组合及其精铸方法
CN204247910U (zh) * 2014-10-31 2015-04-08 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种防止三联体空心无余量精铸叶片产生裂纹的浇注***
CN204220932U (zh) * 2014-11-11 2015-03-25 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种六联体导向叶片铸件浇注***
CN104439077A (zh) * 2014-12-15 2015-03-25 东方电气集团东方汽轮机有限公司 高温合金单晶透平叶片成型用蜡树结构
CN106270392A (zh) * 2015-05-25 2017-01-04 西安航空动力股份有限公司 一种单晶高温合金工作叶片的制造方法
CN105170909A (zh) * 2015-10-10 2015-12-23 贵阳中航动力精密铸造有限公司 一种用于空心单晶叶片的浇注***
CN108286068A (zh) * 2017-01-09 2018-07-17 赛峰集团 通过实施布里奇曼法来制造零件的设备
CN107598097A (zh) * 2017-11-10 2018-01-19 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种涡轮导向叶片的蜡模组合及其精铸方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109351951A (zh) 2019-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109351951B (zh) 一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法
CN107745093B (zh) 一种精铸模组及利用其制备可精控晶体取向的镍基单晶导叶的铸造方法
CN111451447B (zh) 一种实心双联单晶导向叶片的精密铸造方法
CN109317616B (zh) 三维取向可精控的高温合金单晶叶片用籽晶的制备方法
CN109604526B (zh) 一种防止单晶高温合金转动叶片杂晶缺陷形成的方法
US7318466B2 (en) Lost wax casting method
US10421121B2 (en) Method of manufacturing Ni alloy casting and Ni alloy casting
CN103862042B (zh) 一种激光直接成形超细柱状晶定向生长的方法
CN111360234A (zh) 一种基于二次取向控制的单晶高温合金薄壁铸件及其制备方法
CN110227797B (zh) 用于钛合金铸造的三维打印陶瓷型壳的制备工艺
US3598167A (en) Method and means for the production of columnar-grained castings
CN112548076A (zh) 双组织高温合金整体材料的制备方法及试棒、叶盘和叶环
CN106987755A (zh) 一种MCrAlY合金及其制备方法
CN108097909B (zh) 一种消除单晶高温合金铸件再结晶的工艺方法
CN115094392A (zh) 一种细晶高致密镍铬铝钇硅合金靶材的制备方法
CN111618279A (zh) 一种五联体定向柱晶叶片精密铸造方法
JPH0437040B2 (zh)
CN102672102B (zh) 平面薄壁铸件的制备方法
CN109940131B (zh) 一种降低单晶高温合金叶片榫头内部疏松缺陷形成的方法
CN217121673U (zh) 一种浇铸装置
CN105081217B (zh) 一种直浇道偏置浇铸***的精密铸造组合铸型的加工方法
CN112317689B (zh) 一种降低高温合金铸件显微缩松的方法
CN111136258B (zh) 一种高温Ti基合金铸件的热处理方法
US20200290117A1 (en) Multiple materials and microstructures in cast alloys
CN113909440A (zh) 一种带孔高温合金薄壁圆管铸件的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant