[发明专利]一种铸造单晶高温合金籽晶切割制备的方法

说明书

一种铸造单晶高温合金籽晶切割制备的方法，基于单晶生长方向与晶体方向存在严格对应关系，精确切割标定出一次枝晶和二次枝晶的方向，依据枝晶方向构建出标准的FCC晶体结构，能够切出单晶试棒的(001)晶面，进而利用FCC晶体的晶面夹角公式计算出目标晶面与(001)晶面的夹角θ，并且根据FCC晶体结构的特性在(001)晶面上标出目标晶面与(001)晶面的交线，沿着交线切出与(001)晶面夹角为θ目标晶面；垂直于目标晶面进行切割得到具有目标取向的籽晶。本发明采用金相观察和定向切割的方式能够直接在铸造单晶试棒上切割出任意晶体取向的籽晶，具有使用设备和操作步骤简单，切出的籽晶取向偏差小于5°。

技术领域

本发明涉及铸造单晶高温合金籽晶定向切割方法，具体是一种通过金相观察和定向切割使铸造单晶高温合金成为具有[001]、[011]或[111]晶体学取向特征的籽晶。

背景技术

单晶高温合金因其优异的高温性能，被广泛应用于先进航空发动机的涡轮叶片等热端构件中。单晶高温合金的力学性能具有显著的各向异性，虽然工业上多采用轴向为[001]取向的单晶叶片，但是涡轮叶片不规则的外部形状和内部复杂的气冷通道，以及服役过程中较高的温度梯度，使得涡轮叶片在实际服役过程中产生局部多轴机械应力及沿各个方向的热应力。因此，对不同取向单晶高温合金力学性能的研究能够对叶片实际应用提供参考。

同时，在某些条件下沿轴为[111]取向的涡轮叶片将具有更高、更稳定的高温性能。研究表明：Mar-M200合金在760℃/689MPa条件下，[111]取向合金的蠕变性能明显高于[001]取向合金；DD33合金在850℃/650MPa条件下，[111]取向合金的寿命是[001]取向的2倍，且断裂伸长率彼此相当。而螺旋选晶法得到的单晶生长方向表现出明显的择优取向，一般为[001]方向，很难通过这种方法得到[111]取向的叶片。

籽晶法是指通过融化籽晶顶端表面并外延生长出单晶体，这种方法制得的单晶体与籽晶取向一致。从已具有[001]、[011]或[111]取向特征的单晶体中切取并制备籽晶是一种常用的籽晶制备方法，但是常用的制备方法难以直接制备具有[011]和[111]取向特征的单晶体。利用X射线测定单晶取向，再使用特制夹具通过旋转特定角度对已有单晶进行切割的方法，存在操作复杂、费用昂贵的缺点。

在公开号为CN109916693A的发明创造中公开了一种确定铸造单晶高温合金晶体取向的方法，提出可以通过枝晶方向确定铸态单晶高温合金的晶体学取向，但是并没有提出切割[001]、[011]及[111]取向的籽晶具体方法。

在公开号为CN101255605A的发明创造中公开了一种Ni₃Al基单晶高温合金采用籽晶制备的方法，虽然提到定向切割不同取向的籽晶，但是没有具体提出可行性的操作方案。

在公开号为CN104846441A的发明中公开了一种铸造用镍基单晶合金籽晶的切割制备方法，提出了一种可操作的切割方案，能够切取不同取向的籽晶。但是这种切割方式在切割之前需要使用X射线测定试块的特征角度，并且在切割过程中使用的夹具也相当复杂，存在费用昂贵、流程复杂的等缺点。

发明内容

为了克服现有技术切割铸造单晶高温合金籽晶使用设备复杂、费用昂贵的不足，本发明提出了一种铸造单晶高温合金籽晶切割制备的方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，做与二次枝晶方向平行的一次标记线

对单晶试棒的一个端面1进行表面处理，在该端面得到二次枝晶；在有所述二次枝晶的单晶试棒端面划线作为一次标记线，该标记线平行于任意一个二次枝晶的方向，并采用MST树图法或面积测量法测量得到各一次枝晶间距的平均值。

对所述单晶试棒的一个端面进行表面处理包括腐蚀处理，具体是对经过抛光的单晶试棒的端面腐蚀20～40s；所采用的腐蚀剂由4g CuSO₄、20ml HCl和20ml H₂O混合而成。