[发明专利]一种单晶高温合金的选晶方法及单晶高温合金铸件

说明书

本发明公开了一种单晶高温合金的选晶方法及单晶高温合金铸件，旨在有效减小单晶高温合金的取向偏离，提高单晶高温合金的性能。为此，本发明实施例一方面提供的单晶高温合金选晶方法，将选晶器的起晶段和螺旋选晶段偏心连接，使得定向凝固过程中，起晶段芯部取向较小的晶粒从螺旋选晶段的底部偏向螺旋选晶段的起始延伸方向一侧进入螺旋选晶段内，从而获得生长优势，淘汰起晶段外侧取向偏离较大的晶粒，以此获得取向偏离较小的单晶高温合金铸件。

技术领域

本发明属于单晶高温合金制备技术领域，尤其涉及一种单晶高温合金的选晶方法及单晶高温合金铸件。

背景技术

单晶高温合金叶片是航空发动机和工业燃气轮机中的关键部件，叶片的性能对发动机的推力及效率具有非常关键作用。单晶叶片通常由定向凝固工艺制备，过程为蜡模压制-组树-制壳-脱蜡-模壳焙烧-浇注-去壳获得铸件。其中获得单晶的技术手段是：凝固中通过选晶器起晶并筛选出一个晶粒到达叶片型腔，从而获得单晶叶片铸件。镍基单晶合金的[001]晶向是择优方向，因此通过螺旋选晶器获得的晶粒取向都在[001]附近。

单晶叶片具有各向异性，在[001]方向具有最优的力学性能，因此在单晶叶片的定向凝固中，希望叶片取向与[001]方向的偏离尽可能小，现行行业标准要求偏离度＜15°。由于起晶段存在取向偏离较大的表面影响区，通过现有螺旋选晶器筛选的单晶叶片，晶体取向偏离平均值通常为7～9°，且离散度较大，出现＞10°的概率超过10％，其中＞15°导致报废的概率约为3％，较大的取向偏离导致叶片性能降低，大角度的取向偏离也导致叶片性能一致性的降低。

综上，有必要对现有的选晶方法进行改进。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种单晶高温合金的选晶方法及单晶高温合金铸件，旨在有效减小单晶高温合金的取向偏离，提高单晶高温合金的性能。

为此，本发明实施例一方面提供的单晶高温合金选晶方法，将选晶器的起晶段和螺旋选晶段偏心连接，使得定向凝固过程中，起晶段芯部取向较小的晶粒从螺旋选晶段的底部偏向螺旋选晶段的起始延伸方向一侧进入螺旋选晶段内，从而获得生长优势，淘汰起晶段外侧取向偏离较大的晶粒，以此获得取向偏离较小的单晶高温合金铸件。

具体的，所述螺旋选晶段的下端与所述起晶段的上端面连接，所述起晶段的上端面的中心位于所述螺旋选晶段与所述起晶段的结合面上，且偏离所述螺旋选晶段的中心轨迹线靠所述螺旋选晶段的内侧设置。

具体的，所述结合面分为中心区域和环绕所述中心区域设置的外侧区域，所述起晶段的上端面的中心在所述结合面上靠近所述螺旋选晶段的起始延伸方向一侧设置，且位于所述外侧区域上。

具体的，所述起晶段呈圆柱形。

具体的，所述起晶段的直径控制在12～15mm，高度控制在25～35mm。

具体的，所述螺旋选晶段的内径控制在5～10mm,外径控制在15～25mm，高度控制在25～35mm。

具体的，所述螺旋选晶段包括螺旋状部分以及设置在所述螺旋状部分的两端用于连接所述起晶段和铸件的直线部分，所述直线部分的延伸方向与所述螺旋选晶段的中心轴线平行。

具体的，定向凝固过程中，定向凝固炉内上加热区和下加热区的温度均保持在1490～1600℃，拉速控制在1.5～5mm/min。

本发明实施例另一方面提供的单晶高温合金铸件，采用上述选晶方法获得。

具体的，所述单晶高温合金铸件为单晶叶片。

原理及优势