一种单晶高温合金铸件杂晶、条纹晶缺陷的控制方法

技术领域

本发明属于单晶高温合金的定向凝固技术领域，具体涉及一种单晶高温合金铸件杂晶、条纹晶缺陷的控制方法。

背景技术

杂晶、条纹晶是单晶高温合金铸件的常见缺陷。籽晶法作为一种可以按需求控制取向的单晶高温合金铸件制备方法得到广泛应用，现有技术中采用籽晶与铸件直接相连的方式，增加了籽晶融化区域边缘杂晶形核并进入铸件的风险，且不受控的枝晶生长环境会增加条纹晶产生的风险。

发明内容

本发明提供一种单晶高温合金铸件杂晶、条纹晶缺陷的控制方法，能够消除单晶高温合金铸件的条纹晶及杂晶缺陷，提高单晶高温合金铸件的单晶完整性合格率。

本发明的技术方案如下：

一种单晶高温合金铸件杂晶、条纹晶缺陷的控制方法，通过籽晶法制备单晶高温合金铸件，在籽晶法的凝固起始段使用颈缩结构，颈缩结构包括依次连接在一起的籽晶腔、颈缩部位和漏斗形过渡段，颈缩部位为圆管结构，籽晶腔的下端与冷却盘连接，籽晶放置在籽晶腔内且位于冷却盘上；凝固过程中，籽晶向上生长形成单晶体，由籽晶腔进入颈缩部位中，再由颈缩部位进入漏斗形过渡段中，再由漏斗形过渡段向上生长形成单晶高温合金铸件。

进一步地，所述的单晶高温合金铸件杂晶、条纹晶缺陷的控制方法，颈缩部位的内径d小于籽晶腔的内径D，颈缩部位的高度h在5mm以内，公式如下：D≥d≥D/2，h≤5mm。

进一步地，所述的单晶高温合金铸件杂晶、条纹晶缺陷的控制方法，颈缩结构以成型蜡模方式制备。

本发明的有益效果为：本发明能够消除单晶高温合金铸件的条纹晶及杂晶缺陷，提高单晶高温合金铸件的单晶完整性合格率。

附图说明

图1 为颈缩结构示意图；

图2为单晶生长状态示意图；

图3为实施例1的单晶试棒横截面的光学显微图片；

图4为实施例2的单晶叶片模拟件的宏观组织图片。

具体实施方式

如图1、2所示，一种单晶高温合金铸件杂晶、条纹晶缺陷的控制方法，通过籽晶法制备单晶高温合金铸件，在籽晶法的凝固起始段使用颈缩结构，颈缩结构以成型蜡模方式制备；颈缩结构包括依次连接在一起的籽晶腔1、颈缩部位2和漏斗形过渡段3，颈缩部位2为圆管结构，籽晶腔1的下端与冷却盘连接，籽晶4放置在籽晶腔1内且位于冷却盘上；颈缩部位2的内径d小于籽晶腔1的内径D，颈缩部位2的高度h在5mm以内，公式如下：D≥d≥D/2，h≤5mm；凝固过程中，籽晶向上生长形成单晶体，由籽晶腔1进入颈缩部位2中，再由颈缩部位2进入漏斗形过渡段3中，再由漏斗形过渡段3向上生长形成单晶高温合金铸件。

工作原理为：籽晶法的凝固起始段采用颈缩结构，该设置能够限制籽晶4上部的籽晶融化部分5的边缘形核产生杂晶7，籽晶腔1的上端面可以过滤掉籽晶融化部分5的边缘产生的非继承籽晶4取向的晶粒，能够限制杂晶7向上生长进入颈缩部位2的树枝晶6中，从而形成杂晶缺陷。颈缩部位2的内径稍小于籽晶腔1的内径，为颈缩部位2区域树枝晶6的生长提供空间保证；颈缩部位2的高度设置在5mm以内，此处直径小，长距离生长反而容易产生形核替代，特别是对于非[001]取向的籽晶；通过控制凝固起始段的h,D,d三个参数，来控制单晶形成部位的受力情况，减小颈缩部位2内部树枝晶6的弯曲变形，以避免条纹晶缺陷的出现。

实施例1

进行直径为16mm的合金试棒浇注，籽晶法的参数为：籽晶腔1的内径D=16mm，颈缩部位2的内径d=12mm、高度h=5mm。颈缩部位2与单晶试棒通过漏斗形过渡段3圆滑连接。采用液态金属冷却工艺（LMC）进行单晶铸件的定向凝固。定向凝固后的试棒进行横截面的解剖，进行样品的磨抛和宏观腐蚀，通过光学显微镜观察横截面的树枝晶组织。结果如图3所示，可以看出树枝晶排列均匀，枝晶组织细小，未见条纹晶缺陷。

实施例2

进行单晶叶片模拟件的浇注，籽晶法的参数为：籽晶腔1的内径D=16mm，颈缩部位2的内径d=10mm、高度h=1mm。籽晶顶部与单晶叶片模拟件通过漏斗形过渡段3圆滑连接。采用高速凝固法（HRS）进行定向凝固。定向凝固后的单晶叶片模拟件进行脱壳、吹砂、宏观腐蚀。结果如图4所示，铸件表面未见条纹晶缺陷，控制效果良好。