CN114309469A - 一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法 - Google Patents
一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114309469A CN114309469A CN202111538128.XA CN202111538128A CN114309469A CN 114309469 A CN114309469 A CN 114309469A CN 202111538128 A CN202111538128 A CN 202111538128A CN 114309469 A CN114309469 A CN 114309469A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thin
- alloy
- wall part
- shell
- temperature
- 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.)
- Pending
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 18
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 8
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 8
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 8
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 2
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 claims 7
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 13
- 230000035882 stress Effects 0.000 abstract description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 3
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
本发明属于高温合金技术领域，具体涉及一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，适用于薄壁件的生产制备。采用精密铸造的方法制备陶瓷型壳；浇铸前对型壳进行预热处理；利用真空感应熔炼炉熔炼合金并进行浇铸，获得薄壁铸件。在多晶高温合金制备的薄壁件中存在一定量的细小晶粒，增加了合金中晶界数量，降低了薄壁件高温服役过程中的稳定性。根据细小晶粒的形成原因，本发明采用降低凝固过程中的热应力和组织应力思想，优化了薄壁件的制备工艺，降低了合金中细小晶粒产生的倾向，提高了合金力学性能的稳定性。本发明采用简单可行的方法可以有效提高薄壁件性能的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于高温合金技术领域，具体涉及一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，适用于薄壁件的生产制备。
背景技术
近年来，随着发动机推重比的不断提高，涡轮叶片服役温度也越来越高，为了提高叶片服役寿命，需要采用有效冷却方式降低叶片表面温度，因此，需要制备不同结构空心结构的叶片；此外，空心结构的叶片也可以有效减小发动机零件质量，进而提高飞机发动机效率。然而，空心叶片存在大量薄壁结构，由此带来薄壁效应。K465合金是我国典型铸造高温合金。在某型号叶片生产过程中发现叶身组织中存在细小晶粒，通常在高温下，晶界是材料变形过程中的薄弱环节，随着持久蠕变的进行，裂纹容易在晶界处萌生并扩展，最终导致合金失效，降低了发动机运行的可靠性。
发明内容
针对K465合金中容易出现细小晶粒，导致合金的持久性能稳定性下降，本发明所要解决的技术问题是提供一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，通过调整浇铸工艺和冷却工艺，减少薄壁件组织中的残余应力，进而降低细小晶粒出现的倾向，提升薄壁件的持久性能。
本发明的技术方案是：
一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，采用精密铸造的方法制备陶瓷型壳；浇铸前对型壳进行预热处理；利用真空感应熔炼炉熔炼合金并进行浇铸，获得薄壁铸件。
所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，该方法适用于K465高钨高温合金。
所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，具体步骤如下：
S1、制作蜡模，设计不同厚度薄壁板并制作蜡模；
S2、制作陶瓷型壳，先制作陶瓷型壳的面层，面层制作完成后依次制作过渡层和加固层，最后进行干燥及焙烧，将型壳放入马弗炉中预热；
S3、将K465合金锭在真空感应熔炼炉中进行真空熔炼，经过高温精炼后，将钢液降温至浇注温度，浇注到型壳中；
S4、浇注后的型壳冷却1分钟后立刻破空取出，待型壳冷却后拆除得到不同厚度薄壁铸件。
所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，S1中，设计厚度分别为1mm、3mm、5mm、10mm和20mm薄壁件。
所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，S2中，型壳预热温度为800±50℃。
所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，S3中，精炼温度为1600℃以上，时间为2～4min，合金浇注温度为1500±50℃。
所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，S4中，型壳的冷却方式为在空气中冷却。
本发明的设计思想是：
K465合金中固溶元素较多，在凝固过程中存在一定的残余应力，浇铸过程中如果工艺控制不当，导致组织内残余应力较大，在随后的冷却过程中导致细小再结晶出现，增加了合金中的晶界数量，使得合金的持久性能稳定性下降。因此，本发明通过控制型壳的预热温度、合金的浇注温度以及浇铸后的冷却速率三个方面协同作用，减小合金组织内残余应力，降低组织内细小再结晶出现的倾向。
本发明的优点及有益效果是：
1、K465合金中含有大量固溶元素，合金组织应力较大，在浇铸过程中如果工艺控制不当会使得合金组织中出现细小再结晶，造成合金持久性能稳定性下降。本发明通过控制型壳温度、浇注温度以及冷却速率来改善高温合金的组织，避免铸件中细小晶粒的产生，持久性能稳定性得到很大提高。
2、本发明在多晶高温合金制备的薄壁件中存在一定量的细小晶粒，增加了合金中晶界数量，降低了薄壁件高温服役过程中的稳定性。根据细小晶粒的形成原因，本发明采用降低凝固过程中的热应力和组织应力思想，优化了薄壁件的制备工艺，降低了合金中细小晶粒产生的倾向，提高了合金力学性能的稳定性。
3、本发明采用简单可行的方法可以有效提高薄壁件性能的稳定性。
附图说明
图1(a)为未采用本发明方法制备的5mm薄壁件组织图。
图1(b)为采用本发明方法制备的5mm薄壁件组织图。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，合金材料为K465合金；采用精密铸造的方法制备陶瓷型壳；浇铸前对型壳进行预热处理；利用真空感应熔炼炉熔炼合金并进行浇铸。该方法具体步骤如下：
S1、制作蜡模，设计厚度分别为1mm、3mm、5mm、10mm和20mm的薄壁件并制作蜡模；
S2、制作陶瓷型壳，先制作陶瓷型壳的面层，面层制作完成后依次制作过渡层和加固层，最后进行干燥及焙烧，将型壳放入马弗炉中预热，预热温度为800±50℃；
S3、将K465合金锭在真空感应熔炼炉中进行真空熔炼，经过1600℃以上高温精炼后，将钢液降温至浇注温度1500±50℃，浇注到型壳中；
S4、浇注后的型壳冷却1分钟后立刻破空取出，待型壳在室温下冷却后拆除得到不同厚度薄壁铸件；浇注后，高温合金在975℃/225MPa时的持久寿命大于40h。
下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。
实施例
本实施例中，浇铸一炉K465合金不同板材，具体过程如下：
设计厚度分别为1mm、3mm、5mm、10mm和20mm的薄壁板并制作蜡模；制作陶瓷型壳，先制作陶瓷型壳的面层，面层制作完成后依次制作过渡层和加固层，最后进行干燥及焙烧，将型壳放入马弗炉中预热，预热温度为800℃；将K465合金锭在真空感应熔炼炉中进行真空熔炼，经过1600℃高温精炼后，将钢液降温至浇注温度1500℃，浇注到型壳中；浇注后的型壳冷却1分钟后立刻破空取出，待型壳在室温下冷却后拆除得到不同厚度薄壁铸件，观察其组织和性能与不采用本发明所用方法得到的产品对比分别见图1(a)和(b)和表1。
表1本发明实施例及不采用本发明所用方法得到的产品在975℃/225MPa寿命
| 未采用本发明所得产品(5mm薄板) | 31.1h |
| 本发明实施例所得产品(5mm薄板) | 71.9h |
由图1(a)和(b)可以看出，未采用本发明所用方法得到的产品，其微观组织中含有大量细小晶粒，尺寸在～50μm，并呈羽毛状，如图中箭头所示；而本发明实施例所得产品，薄壁件中未发现细小晶粒。由表1可以看出，不采用本发明所用方法得到的产品，由于细小晶粒的存在，因此合金的高温持久性能很差，在975℃/225MPa的条件下持久寿命只下有31.1h，达不到此合金标准(≥40h)；而本发明实施例所得产品，细小晶粒的出现被明显抑制，因此持久性能大幅度提高，在975℃/225MPa的条件下持久寿命长达71.9h，符合此合金标准(≥40h)。
实施例结果表明，采用本发明方法浇铸K465合金，合金的铸件中细小晶粒被抑制，合金的持久性能提高显著。
Claims (7)
1.一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，其特征在于，采用精密铸造的方法制备陶瓷型壳；浇铸前对型壳进行预热处理；利用真空感应熔炼炉熔炼合金并进行浇铸，获得薄壁铸件。
2.按照权利要求1所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，其特征在于，该方法适用于K465高钨高温合金。
3.按照权利要求1所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、制作蜡模，设计不同厚度薄壁板并制作蜡模；
S2、制作陶瓷型壳，先制作陶瓷型壳的面层，面层制作完成后依次制作过渡层和加固层，最后进行干燥及焙烧，将型壳放入马弗炉中预热；
S3、将K465合金锭在真空感应熔炼炉中进行真空熔炼，经过高温精炼后，将钢液降温至浇注温度，浇注到型壳中；
S4、浇注后的型壳冷却1分钟后立刻破空取出，待型壳冷却后拆除得到不同厚度薄壁铸件。
4.按照权利要求3所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，其特征在于，S1中，设计厚度分别为1mm、3mm、5mm、10mm和20mm薄壁件。
5.按照权利要求3所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，其特征在于，S2中，型壳预热温度为800±50℃。
6.按照权利要求3所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，其特征在于，S3中，精炼温度为1600℃以上，时间为2～4min，合金浇注温度为1500±50℃。
7.按照权利要求3所述的控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法，其特征在于，S4中，型壳的冷却方式为在空气中冷却。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111538128.XA CN114309469A (zh) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111538128.XA CN114309469A (zh) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114309469A true CN114309469A (zh) | 2022-04-12 |
Family
ID=81053364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111538128.XA Pending CN114309469A (zh) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114309469A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104195474A (zh) * | 2014-07-30 | 2014-12-10 | 保定风帆精密铸造制品有限公司 | 一种耐高温合金材料铸件及其制备方法 |
| CN106311980A (zh) * | 2015-07-07 | 2017-01-11 | 中国科学院金属研究所 | 一种高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳的制备方法 |
| CN108044036A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-05-18 | 北京星航机电装备有限公司 | 一种抑制k4002高温合金薄壁件铸造裂纹的精密铸造方法 |
| CN111318646A (zh) * | 2020-04-17 | 2020-06-23 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种控制等轴晶高温合金涡轮叶片晶粒度的方法 |
| CN112620613A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-04-09 | 辽宁红银金属有限公司 | 一种提高高钨高温合金持久性能的方法 |
-
2021
- 2021-12-15 CN CN202111538128.XA patent/CN114309469A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104195474A (zh) * | 2014-07-30 | 2014-12-10 | 保定风帆精密铸造制品有限公司 | 一种耐高温合金材料铸件及其制备方法 |
| CN106311980A (zh) * | 2015-07-07 | 2017-01-11 | 中国科学院金属研究所 | 一种高温合金定向/单晶叶片铸造用陶瓷型壳的制备方法 |
| CN108044036A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-05-18 | 北京星航机电装备有限公司 | 一种抑制k4002高温合金薄壁件铸造裂纹的精密铸造方法 |
| CN111318646A (zh) * | 2020-04-17 | 2020-06-23 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种控制等轴晶高温合金涡轮叶片晶粒度的方法 |
| CN112620613A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-04-09 | 辽宁红银金属有限公司 | 一种提高高钨高温合金持久性能的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| 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 | |
| CN110899677B (zh) | 高温合金母合金浇注用模组与分流盘独立加热组模方法 | |
| CN111451447B (zh) | 一种实心双联单晶导向叶片的精密铸造方法 | |
| CN102019354B (zh) | 带冠超薄细长叶片的定向凝固方法 | |
| 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 | |
| CN101767193B (zh) | 一种消除高温合金厚大铸件疏松的工艺方法 | |
| CN108913952B (zh) | 一种高温合金及其制备方法 | |
| CN110564975B (zh) | 一种粉末冶金用母合金铸锭的真空自耗冶炼工艺 | |
| CN114045436A (zh) | Gh2909合金铸锭及其制备方法 | |
| CN104388756B (zh) | 一种镍基合金及其制备方法 | |
| CN109332631B (zh) | 一种通讯箱体低温压铸工艺 | |
| CN101648252B (zh) | 一种定向凝固钛铝合金叶片的锻造工艺 | |
| CN114293159A (zh) | 一种镍基合金靶材的制备方法 | |
| CN220329938U (zh) | 一种震动加压细晶铸造设备 | |
| CN114309469A (zh) | 一种控制高温合金薄壁件中细小晶粒产生的方法 | |
| CN102744364A (zh) | 高温镍基合金涡轮转子的生产方法 | |
| 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 | |
| CN101367121A (zh) | 电工钢近液相线连铸方法 | |
| CN112620613B (zh) | 一种提高高钨高温合金持久性能的方法 | |
| CN110976773A (zh) | 一种提高镍基合金铸件性能的方法 | |
| CN112296606B (zh) | 一种真空离心TiAl金属间化合物板材的制备方法 | |
| CN108441965B (zh) | 应用于热挤压机的单晶高温合金挤压垫及其制备方法 | |
| CN112317705B (zh) | 锭模、冶炼***和大锭型合金铸锭的生产方法 | |
| CN116856065A (zh) | 一种消除合金单晶叶片内腔再结晶组织的方法 | |
| CN107803465B (zh) | 一种单晶铸件用防破裂底板及其制备方法 |
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 |