一种减少单晶高温合金叶片再结晶的方法

技术领域

本发明涉及高温合金技术领域，具体涉及一种减少单晶高温合金叶片再结晶的方法。

背景技术

燃气涡轮发动机广泛应用在航空、航天、舰船以及地面燃机等行业中，由于单晶高温合金具有优异的综合性能，因此已广泛用来制造燃气涡轮发动机涡轮叶片。在生产中，为确保单晶高温合金涡轮叶片具有优良的综合性能，必须对单晶高温合金涡轮叶片进行真空热处理，获得所需要的组织，满足单晶高温合金涡轮叶片的使用需求。单晶叶片在制造过程中的某些工序可能产生塑性变形，致使叶片存在残余应力，并在随后的热处理过程中产生再结晶，由于单晶合金不含或少含晶界强化元素，因此再结晶晶界成为单晶叶片的薄弱环节，对合金力学性能带来不利影响。

单晶高温合金叶片研制过程中，有时为了控制叶片的壁厚尺寸，需要在叶片蜡模制备时使用塑料芯撑，然而叶片蜡模塑料芯撑部位的蜡面粗糙，不平整，很容易引起单晶叶片在局部微区凝固收缩受阻，导致该处在叶片定向凝固过程中的铸造残余应力较大，这些残余应力将导致叶片在随后的热处理过程中产生再结晶，从而造成叶片大量不合格，因此再结晶是单晶高温合金叶片不合格的主要原因之一。试验证明，某些单晶高温合金叶片由于表面再结晶报废率高达40％，大大提高了叶片制造成本。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种减少单晶高温合金叶片再结晶的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提出了一种减少单晶高温合金叶片再结晶的方法，包括：

在单晶高温合金叶片蜡模制备阶段：在单晶高温合金叶片蜡模塑料芯撑部位进行滴蜡，在塑料芯撑部位形成蜡滴；

在单晶高温合金叶片定向凝固完成后：采用低应力加工方法，去除蜡滴形成的单晶高温合金叶片表面凸起部位。

优选的，所述低应力加工方法为电火花加工方法。

优选的，所述电火花加工方法包括：单晶高温合金叶片铸造完成后，制备材料为紫铜的电极，将电极和单晶高温合金叶片浸没在绝缘体中，使二者产生脉冲放电，利用脉冲放电时产生的光能和热能将单晶高温合金叶片滴蜡形成的凸起部位蚀除。

优选的，所述电火花加工方法包括粗加工和精加工两步，粗加工峰值电流6A～10A，精加工峰值电流2A～6A。

优选的，所述蜡滴形状为近扁平火山形状。

优选的，所述蜡滴在单晶高温合金叶片蜡模表面的厚度不超过1mm。

优选的，所述蜡滴与所述单晶高温合金叶片蜡模之间采用斜坡型圆滑过渡，该斜坡长度大于所述蜡滴厚度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在单晶高温合金叶片蜡模制备，采用在单晶高温合金叶片蜡模塑料芯撑部位滴蜡处理的方法，增大塑料芯撑部位受力面积，降低叶片定向凝固时该处铸造残余应力，在单晶高温合金叶片定向凝固后，采用低应力的电火花加工方法去除滴蜡形成的叶片表面凸起部位，进一步降低叶片塑料芯撑部位的残余应力，该方法操作简单，效果明显，只需在单晶高温合金叶片生产现场进行，无需特殊的设备条件，成本较低，大大减少发动机单晶高温合金叶片再结晶发生率，提高单晶高温合金叶片的合格率，降低制造成本，试验证明，经过本方法处理后，叶片再结晶率由40％左右降低到5％以下，有效达到了预防或减少单晶高温合金叶片再结晶的目的。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是单晶高温合金叶片再结晶示意图；

图2是单晶高温合金叶片蜡模示意图(滴蜡后)；

图3是单晶高温合金叶片示意图(切除蜡滴引起的凸起后)。

附图标记说明:

1再结晶，2蜡滴。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一

参考附图1-3，本实施例提出了一种减少单晶高温合金叶片再结晶的方法，包括：

在单晶高温合金叶片蜡模制备阶段：首先取出带有塑料芯撑的叶片蜡模，然后采用注射蜡系统在单晶高温合金叶片蜡模塑料芯撑部位进行滴蜡，从而在塑料芯撑部位形成蜡滴。

滴蜡后，需对蜡滴进行修整，保证蜡滴厚度方向与叶片蜡模呈斜坡型圆滑过渡，斜坡长度应大于蜡滴厚度。

其中，蜡滴形状为近扁平火山形状，蜡滴在单晶高温合金叶片蜡模表面的厚度不超过1mm。

通过在单晶高温合金叶片蜡模塑料芯撑部位滴蜡处理的方法，可有效增大塑料芯撑部位的受力面积，由于应力τ＝受力F/面积S，即受力面积增大，必然降低叶片该处铸造残余应力，即使叶片蜡滴形成的凸起部位发生再结晶，也不易造成叶片本体发生再结晶，最终达到减少单晶高温合金叶片再结晶的目的。

在单晶高温合金叶片定向凝固完成后：采用低应力加工方法，去除蜡滴形成的单晶高温合金叶片表面凸起部位。

采用低应力的加工方法将单晶高温合金叶片滴蜡区切除，即直接去除较大残余应力区域，可进一步降低叶片塑料芯撑部位的残余应力，获得更好的减轻再结晶的效果，达到预防或减少单晶高温合金叶片再结晶的目的。

该方法操作简单，效果明显，只需在单晶高温合金叶片生产现场进行，无需特殊的设备条件，成本较低，大大减少发动机单晶高温合金叶片再结晶发生率，提高单晶高温合金叶片的合格率，降低制造成本，试验证明，经过本方法处理后，叶片再结晶率由40％左右降低到5％以下。

低应力加工方法具体可采用电火花加工方法。

电火花加工方法包括：单晶高温合金叶片铸造完成后，制备材料为紫铜的电极，将电极和单晶高温合金叶片浸没在绝缘体中，使二者产生脉冲放电，利用脉冲放电时产生的光能和热能将单晶高温合金叶片滴蜡形成的凸起部位蚀除。电火花加工方法参数为：电压脉冲宽度80μs～150μs，脉冲间隙30μs～50μs。

由于单晶高温合金叶片凸起部位较小，残余应力分布不均，为了达到良好的蚀除效果，电火花加工方法分成粗加工和精加工两步，其中，粗加工峰值电流6A～10A，精加工峰值电流2A～6A。

由于电极和单晶高温合金叶片不直接接触，无宏观机械应力，因此，经过上述处理去除凸起部位后，使塑料芯撑滴蜡部位的残余应力降至很低的水平，可获得很好的减轻再结晶的效果。

综上，其可包括两个部分：1、将单晶叶片芯撑部位较大的残余应力通过增大受力面积降低为较小的残余应力。

2、在单晶高温合金叶片铸造完成后，采用特定的电火花加工方法将单晶高温合金叶片滴蜡形成的凸起部位去除，即进一步去除较小的残余应力区域，显著减少塑料芯撑部位的残余应力，明显减轻单晶高温合金叶片再结晶。

具体包括以下步骤：首先取出带有塑料芯撑的叶片蜡模，然后采用注射蜡系统在塑料芯撑部位滴蜡，蜡滴厚度约为0.8mm，采用焊刀修整蜡滴，保证其厚度方向与叶片蜡模呈斜坡型过渡，斜坡长度略大于蜡滴厚度，即约1.0mm。

采用特定的电火花加工的方法将单晶高温合金叶片蜡滴形成的凸起去除，电火花加工方法为：电压脉冲宽度80μs，脉冲间隙30μs。

由于叶片凸起部位较小，为了达到良好的蚀除效果，电火花加工分成两步，即粗加工峰值电流6A，精加工峰值电流2A，然后进行热处理，再结晶得到明显的减少。

如不采取措施，该单晶高温合金叶片再结晶报废率甚至高达40％以上，采用本方法能有效地减少单晶高温合金叶片再结晶，避免叶片大量的报废，经过本方法处理后，叶片再结晶率降低到5％以下，减少损失，节约成本。

实施例二

参考附图1-3，本实施例提出了一种减少单晶高温合金叶片再结晶的方法，具体包括以下步骤：

首先取出带有塑料芯撑的叶片蜡模，然后采用注射蜡系统在塑料芯撑部位滴蜡，蜡滴厚度约为0.8mm，采用焊刀修整蜡滴，保证其厚度方向与叶片蜡模呈斜坡型过渡，斜坡长度为蜡滴厚度的2倍，即约1.6mm。

采用特定电火花加工的方法将单晶高温合金叶片蜡滴形成的凸起去除，电火花加工方法为：电压脉冲宽度120μs，脉冲间隙40μs。

由于叶片凸起部位较小，为了达到良好的蚀除效果，电火花加工分成两步，即粗加工峰值电流8A，精加工峰值电流4A，然后进行热处理，再结晶得到明显的减少。

如不采取措施，该单晶高温合金叶片再结晶报废率甚至高达40％以上，采用本方法能有效地减少单晶高温合金叶片再结晶，避免叶片大量的报废，经过本方法处理后，叶片再结晶率降低到4％以下，减少损失，节约成本。

实施例三

参考附图1-3，本实施例提出了一种减少单晶高温合金叶片再结晶的方法，具体包括以下步骤：

首先取出带有塑料芯撑的叶片蜡模，然后采用注射蜡系统在塑料芯撑部位滴蜡，蜡滴厚度约为0.8mm，采用焊刀修整蜡滴，保证其厚度方向与叶片蜡模呈斜坡型过渡，斜坡长度为蜡滴厚度的3倍，即约2.4mm。

采用特定电火花加工的方法单晶高温合金叶片蜡滴形成的凸起去除，电火花加工方法为：电压脉冲宽度150μs，脉冲间隙50μs。

由于叶片凸起部位较小，为了达到良好的蚀除效果，电火花加工分成两步，即粗加工峰值电流10A，精加工峰值电流6A，然后进行热处理，再结晶得到明显的减少。

如不采取措施，该单晶高温合金叶片再结晶报废率甚至高达40％以上，采用本方法能有效地减少单晶高温合金叶片再结晶，避免叶片大量的报废，经过本方法处理后，叶片再结晶率降低到4％以下，减少损失，节约成本。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。