[发明专利]一种评价单晶高温合金空心叶片型芯退让性的方法

说明书

本发明一种评价单晶高温合金空心叶片型芯退让性的方法属于单晶高温合金叶片制备工艺技术领域。本发明对采用不同材料配方或者不同工艺制备的单晶高温合金叶片型芯的退让性进行对比评价。在对比型芯退让性的同时评价型芯的变形倾向。对单晶空心试棒进行高温固溶处理，利用再结晶晶粒的面积大小，实现叶片型芯退让性的比较；通过检测空心试样局部位置的壁厚实现变形倾向的比较。在单晶空心叶片的制备中，该方法可以实现评价型芯退让性的同时对比型芯的变形倾向，对于可用型芯的优选提供了一种方法。

技术领域

本发明一种评价单晶高温合金空心叶片型芯退让性的方法属于单晶高温合金叶片制备工艺技术领域，用于对采用不同型芯材料或者制芯工艺制备型芯的的退让性等铸造工艺性进行比较。

背景技术

涡轮叶片是航空发动机中最关键的零件之一。单晶高温合金基本上消除了全部晶界，具有优良的高温性能，被广泛地用作航空发动机涡轮叶片材料。单晶高温合金空心涡轮叶片的制备成为航空发动机的重大关键技术之一。

由于空心叶片内部具有气冷通道，涡轮叶片通常需要采用铸造成形。在凝固后的冷却过程中，由于金属与陶瓷型芯热膨胀系数的差异，以及叶片内部结构的复杂性，合金的冷却收缩受到型芯的阻碍作用，在合金内部不可避免存在较大的铸造残余应力。

为了获得最优的综合力学性能，单晶高温合金通常需要采用完全热处理，也就是在固溶热处理过程中铸态的粗大γ'相和共晶全部溶解，而形成单相γ相。因此，单晶高温合金热处理时再结晶倾向大。由于再结晶严重削弱单晶高温合金的力学性能，在单晶高温合金叶片制备过程中再结晶是要极力避免的缺陷。超过某个临界范围的铸造残余应力，是导致再结晶驱动力的主要原因之一。残余应力越大，再结晶出现的可能性越大。单晶高温合金空心叶片中铸造残余应力产生的主要原因之一在于合金凝固冷却过程中的收缩受到了型芯的阻碍，型芯退让性是否足够决定了铸件中产生的残余应力是否小于内腔再结晶产生的临界范围内。

由于型芯的存在，不可避免地在合金中出现一定的铸造残余应力。然而，型芯的退让性足够，保证单晶叶片的合金中残余应力足够小，使得叶片热处理过程中不产生内腔再结晶，具有显著的现实工程意义。型芯退让性优劣的评判十分重要。然而，目前未检索到用于表征单晶高温合金空心叶片型芯退让性的工艺方法。但是，通常情况下型芯退让性的增加会导致型芯强度的降低，型芯变形倾向增大。在本专利中，提出了一种在对比型芯退让性的同时评价型芯的变形倾向，保证优选适合的型芯材料配方以及制芯工艺，使得型芯具备相对较为全面的满足单晶空心叶片制备的工艺性。

发明内容

本发明的目的是：提出一种评价单晶高温合金空心叶片型芯退让性的方法，针对制备单晶高温合金空心叶片的型芯，对比评价退让性的同时对比型芯的变形倾向。该方法操作简便直接，可操作性强。

本发明的技术方案：一种评价单晶高温合金空心叶片型芯退让性的方法，采用单晶高温合金空心薄壁试样，对采用不同型芯材料配方或者不同工艺制备的型芯在定向凝固过程中的退让性进行评价和对比。叶片内腔结构复杂，通常在不同腔道的过渡处产生较大的铸造残余应力。该残余应力的存在，易于导致叶片在后续热处理过程中在叶片内部产生再结晶。内部再结晶的出现与多个因素有关，不仅与型芯本身的退让性有关，还包括叶片的尺寸、壁厚、过渡圆角的大小等因素。本发明针对航空发动机单晶叶片的典型叶片，抽取具有代表性的特征值，在对比评价退让性的同时对比型芯的尺寸稳定性。

内部铸造残余应力的峰值与叶片内腔结构密切相关。本发明设计的试样能够充分反应叶片内部导致铸造残余应力出现的结构特征，并且试样本身形状简单便于实现。

部分叶片的内部腔道具有长孔形的形状特征，在本发明中，采用长径比不小于10的带有尖角倒圆的三角形截面的空心试样表征并评价型芯的退让性。

部分叶片的内部腔道具有宽度狭窄的平板状特征，在本发明中，采用试样长度与长方形截面宽边之比不小于6、尖角倒圆的长方形截面空心试样表征并评价型芯的退让性。