[发明专利]使用经固溶处理的籽晶制备单晶高温合金的方法

说明书

一种使用经固溶处理的籽晶制备单晶高温合金的方法，通过固溶热处理的方式使籽晶的原始组织状态从粗大的籽晶组织转变为均匀组织，因此在初次使用籽晶制备单晶过程中使回熔界面以下糊状区上部的组织形成复杂的网络状组织，未熔固相间相互连接，增强了它们抵抗变形的能力，因此不需要限制溶体浇注到籽晶上端时的流动速度，达到了去除模壳中螺旋选晶器结构的目的。本发明实现了制备单晶高温合金过程中完全抑制籽晶回熔区形成杂晶，简化了相应模壳的结构，提高了制壳的机械化程度和装配精度，降低成本，避免了重复使用籽晶生产单晶高温合金过程中模壳使用螺旋选晶段的弊端。

技术领域

本发明涉及单晶高温合金的制备领域，具体是一种将经固溶处理的籽晶放入预埋刚玉管的模壳内制备单晶高温合金的方法。

背景技术

为了提高航空发动机涡轮前温度和推重比，涡轮叶片已基本采用单晶技术制备。单晶高温合金的力学性能具有明显的各向异性,晶体001方向与叶片的最大受力方向一致时能取得最好综合力学性能，需要采用籽晶法制备单晶。

工业生产中制备单晶高温合金使用的设备主要是Bridgman定向凝固炉，设备可达到的温度梯度一般低于50K/cm，制备单晶高温合金时凝固界面为粗大的枝晶形态。因此铸态下单晶高温合金枝晶间距通常大于250μm，存在严重的微观偏析。叶片使用前需要经过固溶+时效处理调整组织提高单晶高温合金的力学性能。单晶高温合金制备过程中使用籽晶的主要目的是通过外延生长的方式获得与籽晶取向完全一致的单晶，因此目前工业中使用的籽晶是直接从铸态单晶样品中定向切割的，保留了铸态组织特征。

常规籽晶法制备单晶高温合金过程中容易在籽晶回熔区形成杂晶，降低了单晶制备的成功率。事实上，使用籽晶制备单晶过程中容易在籽晶回熔区的三个位置形成杂晶：籽晶边缘回熔界面以上、籽晶边缘回熔界面以下和籽晶内部回熔界面以下。在US2012034098A1的发明创造中提出采用“籽晶+选晶”的方法抑制回熔区杂晶的生长；在CN1570224A的发明创造中提到一种在模具的籽晶放置处设置刚玉管的方法抑制籽晶边缘形成杂晶，此发明创造提出采用“预埋籽晶于模壳+缩颈结构”的方法抑制籽晶与模壳间隙中杂晶的形成和籽晶边缘回熔界面以上杂晶的长大。在CN101255606A的发明创造中提出采用“预埋籽晶于模壳+螺旋选晶”的方法抑制籽晶回熔区中杂晶形成和长大。采用以上几种方法均不能完全抑制籽晶回熔区形成杂晶，制备单晶后籽晶的单晶完整性被破坏，不能实现重复使用籽晶制备单晶。

在公开号为CN105839186A的发明创造中，采用预埋刚玉管于模壳的方法降低了模壳籽晶段表面粗糙度和限制模壳与籽晶间隙的方法实现了抑制籽晶边缘形成杂晶的问题，并通过采用在籽晶段上端设置螺旋选晶段2的方法降低浇注溶体对籽晶顶端的冲刷，实现了抑制籽晶内部枝晶变形形成杂晶，最终实现了制备过程中完全抑制籽晶回熔区杂晶形成问题，显著提高了籽晶法制备单晶的成功率，保证重复使用过程中也能够完全抑制杂晶的形成，以此实现重复使用籽晶制备单晶，降低了生产成本。然而，由于螺旋选晶段2本身结构复杂，蜡模制备时需要单独制备，再与籽晶段和零件段手工粘合，因此采用螺旋选晶段2降低浇注溶体对籽晶顶端冲刷的工艺方法降低了蜡模制备的机械化程度，降低蜡模整体的装配精度，提高了模壳的制备成本。

发明内容

为了克服现有技术中采用螺旋选晶段抑制籽晶内部回熔界面以下形成杂晶时造成的制备模壳机械化程度和整体精度降低、制备成本增加的问题，本发明提出了一种使用经固溶处理的籽晶制备单晶高温合金的方法。

本发明所述镍基单晶高温合金由Cr、Mo、Al、Co、W、Re、Ta、Hf、C和Ni组成，其中：Cr为3.0～9.5％，Mo为1～4％，Al为5.6～6％，Ti为0～2％，Co为5.0～12％，W为5.5～8％，Re为0～4.1％，Ta为0～7.95％，Hf为0～0.2％，C≤0.02％，B≤0.02％，其余为Ni。

所述的百分比均为质量百分比。

本发明提出的使用经固溶处理的籽晶制备单晶高温合金的具体过程是：