[发明专利]一种单晶高温合金小角度晶界形成倾向性的评定方法

权利要求书

1.一种单晶高温合金小角度晶界形成倾向性的评定方法，其特征在于，根据定向凝固的经典理论，合金凝固过程中树枝晶会发生偏转，当两个树枝晶相遇时就会形成小角度晶界，在单晶高温合金中通过设计单晶高温合金树枝晶的生长过程，使树枝晶之间发生不同程度的相遇，使得其在凝固过程中不同次的树枝晶相遇时形成小角晶界，采用形成不同高度单晶高温合金铸件的模具，通过调整树枝晶的生长方向，使得低次树枝晶与不同高次树枝晶相遇，而形成小角度晶界，通过对树枝晶相遇的区域进行取向检测与评定，评定单晶高温合金小角度晶界的形成倾向性；

单晶高温合金铸件的模具为变截面台阶状，模具的竖向主凝固路径侧面具有不同长度的平台，上下相邻两段不同长度平台外端之间通过竖向的高次树枝晶生长通道相连，用于连接上下相邻两段不同长度平台的高次树枝晶生长通道大小相同、位置依次错开；

每个模具具有不同的平台长度10~30mm，上下相邻两段平台之间具有恒定高度为25~40mm；

沿自下而上的定向凝固方向，模具的平台长度由30mm沿阶梯形逐渐缩减到10mm；其中，平台长度变化后使得不同偶次数的树枝晶在平台内进行相遇。

2.按照权利要求1所述的单晶高温合金小角度晶界形成倾向性的评定方法，其特征在于，小角度晶界的角度数值越大，表明合金的小角度晶界的形成倾向性越强。

3.按照权利要求1所述的单晶高温合金小角度晶界形成倾向性的评定方法，其特征在于，主凝固路径的横截面尺寸为2~20mm，其横截面的形状为正方形、长方形、菱形、圆形或者椭圆形；平台横截面的形状为正方形、长方形、菱形或者椭圆形；高次树枝晶生长通道横截面的形状为正方形、长方形、菱形或者椭圆形，横截面尺寸为10~30mm，高度为25~40mm。

4.按照权利要求1所述的单晶高温合金小角度晶界形成倾向性的评定方法，其特征在于，被评定材料为镍基单晶高温合金，用于评价平台长度对小角度晶界形成的影响。

5.按照权利要求1所述的单晶高温合金小角度晶界形成倾向性的评定方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）模具设计

模具台阶状变截面结构，模具具有不同的平台长度和恒定高度，沿自下而上的定向凝固方向，其平台长度由30mm沿阶梯形逐渐缩减到10mm，每段平台的高度均为25~40mm；

（2）蜡膜模组制备

使用模具将蜡一同压制蜡模，将蜡模放置于水浴箱中，水温为20~25℃，时间为30~60分钟，将蜡模按辐射状沿圆周摆放方式与浇注系统粘结装配成蜡膜模组；

（3）陶瓷模壳制备

采用传统陶瓷模壳成分配比中添加质量分数0.1~1%的纳米氧化物，通过挂浆的工艺制备模壳，然后将模壳放入马弗炉中加热，加热温度为600~1000℃，加热采用逐级升温的加热方法，从室温以2~5℃/min的升温速率升温至100~150℃，保温0.1~1小时，随后将模壳倾转3~45°继续保温0.1~1小时，而后将模壳再向反方向倾转6~90°继续保温0.1~1小时；马弗炉再以5~10℃/min的升温速率升温至280~320℃，保温0.5~2小时，以10~20℃/min的升温速率升温至800~1000℃，保温0.5~3小时，获得合格的陶瓷模壳；

（4）合金浇注

在相同的凝固条件下，浇注单晶高温合金，制备出单晶高温合金铸件；

（5）平台中小角度晶界的观察

将单晶高温合金铸件进行宏观腐蚀和晶体取向测试，观察平台中小角度晶界角度差的大小；通过对比不同单晶高温合金小角度晶界的平台长度和平台中小角度晶界的角度差异，定量分析单晶高温合金小角度晶界的倾向性。

6.按照权利要求5所述的单晶高温合金小角度晶界形成倾向性的评定方法，其特征在于，纳米氧化物为氧化铝、氧化钇、氧化铪、氧化锆、氧化钙、氧化钛、氧化铬之一种或两种以上，纳米氧化物的尺寸为5~50nm。