[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

说明书

本发明涉及熔模铸造技术领域，具体为一种单晶高温合金小角度晶界形成倾向性的评定方法。该评定方法的具体步骤如下：(1)设计具有不同平台长度和恒定高度的变截面的模具，将陶瓷材料与蜡进行组合，并制成相应的模壳；(2)在定向凝固炉中制成多种合金的单晶高温合金铸件；(3)将不同截面的单晶高温合金进行晶体取向测试；(4)分析各横截面中小角晶界的角度差异，定量评价单晶高温合金的小角晶界形成能力。晶界间的角度差越大，表明合金的形成小角晶界倾向性越强。从而，在不使用模拟技术的前提下，可以定量表征不同单晶高温合金小角度晶界的形成能力。

技术领域：

本发明涉及熔模铸造技术领域，具体为一种单晶高温合金小角度晶界形成倾向性的评定方法。

背景技术：

单晶高温合金是于航空、航天、能源、核工业、石化、国防武器装备和国民经济建设不可或缺的关键结构材料。由于发动机效率的日益提升，对单晶叶片的结构提出更高的要求，由于单晶高温合金部件结构异常复杂，定向凝固过程中涉及到多次树枝晶的偏转与相遇，而形成小角度晶界。小角度晶界作为一种缺陷组织，重新引入横向晶界，破坏单晶高温合金叶片的组织完整性，显著降低合金的高温力学性能，成为叶片服役过程中的重大隐患。单晶高温合金小角度晶界的形成倾向性成为单晶高温合金研发过程中的的一个常见问题，因而在单晶高温合金研发、部件选材、部件结构设计、部件制备过程中浇冒口设置、引晶工艺等过程，需对单晶高温合金的小角度晶界的形成倾向性进行评价，有利于提高成品率和降低生产成本。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种单晶高温合金小角度晶界形成倾向性的评定方法，解决单晶高温合金小角度晶界形成倾向性难以评价的问题，采用该方法可有利于为单晶高温合金材料的选择提供依据，并指导单晶高温合金部件的设计与生产，降低单晶部件研发成本和研制周期。

本发明的技术方案是：

一种单晶高温合金小角度晶界形成倾向性的评定方法，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。

所述的单晶高温合金小角度晶界形成倾向性的评定方法，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。

所述的单晶高温合金小角度晶界形成倾向性的评定方法，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。

所述的单晶高温合金小角度晶界形成倾向性的评定方法，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、多边形、圆形、椭圆形或者回转体；平台横截面的形状为正方形、长方形、菱形、多边形、椭圆形或者回转体；高次树枝晶生长通道横截面的形状为正方形、长方形、菱形、多边形、椭圆形或者回转体，横截面尺寸为10～30mm，高度为25～40mm。

所述的单晶高温合金小角度晶界形成倾向性的评定方法，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。

所述的单晶高温合金小角度晶界形成倾向性的评定方法，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。

所述的单晶高温合金小角度晶界形成倾向性的评定方法，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。