一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法与流程

本发明属于高温合金领域，特别涉及单晶高温合金部件制备领域，提供一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法。

背景技术：

单晶高温合金由于消除了横向和纵向晶界，因而具有良好的抗高温蠕变性能和抗疲劳性能，在航空发动机及燃气轮机领域应用日益广泛。单晶高温合金铸件通常采用定向凝固工艺制备，在叶片的凝固过程中，由于叶片厚大平台的存在，导致铸件的诸多凝固缺陷的产生，如杂晶、小角度晶界、雀斑、表面疏松等。围绕着凝固缺陷控制的问题，人们在高温合金成分设计和定向凝固技术的改进方面开展了大量的研究，主要工作集中在难熔元素的控制、微量元素的添加及凝固温度梯度的提高等。通常情况下，定向凝固过程中的枝晶间存在补缩通道，使液体补缩可以持续到凝固结束，因此缩松缺陷明显减少。但是在单晶叶片平台处得不到充分的补充，容易形成表面疏松，而缩松容易引起应力集中，导致叶片的力学性能下降，这将造成叶片合格率的下降，大大增加了叶片的成本。因此，如何解决叶片平台处疏松缺陷是单晶叶片制备过程中急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法，以提高航空发动机及燃气轮机用单晶叶片的质量。

本发明技术方案如下：

一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法，其特征在于：将叶片平台高处位置置于靠近模壳中心的位置，平台低处位置靠近定向凝固炉的炉壁处，利用横向梯度降低方向与枝晶间补缩方向相反的原理，平台高处先凝固，保证其枝晶间得到叶身处合金液的补缩，从而避免高处平台产生表面凝固疏松(见图1)。

本发明工艺路线：

1)、将叶片平台高处位置靠近模壳中心直浇道位置，平台低处位置靠近定向凝固炉的炉壁位置，采用该方式进行蜡模组合；

2)、采用精密铸造工艺制备单晶铸件模壳；

3)、采用定向凝固技术制备单晶铸件。

本发明中，精密铸造制壳工艺为：面层涂料采用320目氧化铝粉与硅溶胶溶液制备，粉液质量比为(3.0-3.5)：1，撒砂材料为氧化铝砂，第一层为80目砂，第二层为60目砂，第三层为32目砂，第四-七层为24目砂，最后封浆层采用面层涂料。

本发明中，蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为150℃-170℃，压力3-7个大气压，时间为1-5分钟。

本发明中，脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为850-1050℃，保温时间为3-6小时，炉冷后对模壳进行清洗。

本发明中，模壳使用过程与传统工艺相同，将模壳直接装入定向凝固炉中进行定向凝固工序，保温炉温度1450-1520℃，定向凝固抽拉速度控制在1-6毫米/分钟；定向凝固结束后取出模壳，清除模壳后即得到定向凝固件成品，表面凝固疏松得到明显减少或消除。

附图说明

图1叶片放置示意图。

附图标记：1、模壳底盘，2、起晶段，3、螺旋段，4、叶片，5、叶片平台，6、直浇道，7、浇口杯，8、保温炉璧。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，将叶片平台高处位置设置在靠近模壳中心直浇道的位置，平台低处靠近炉壁位置，采用该方式进行蜡模组合。

精密铸造制壳工艺如下：面层涂料采用320目氧化铝粉与硅溶胶溶液制备,粉液质量比为3.0：1，撒砂材料为氧化铝砂，第一层为80目砂，第二层为60目砂，第三层为32目砂，第四-七层为24目砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为170℃，压力6个大气压，时间为1分钟。脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为850℃，保温时间为3小时，炉冷后对模壳进行清洗。

将模壳直接装入定向凝固炉中进行定向凝固工序，保温炉温度1520℃，定向凝固抽拉速度控制在1毫米/分钟；定向凝固结束后取出模壳，清除模壳后即得到定向凝固件成品，叶片平台高处表面凝固疏松面积分数小于0.6％，疏松合格率100％。

实施例2：

将叶片平台高处位置设置在靠近模壳中心直浇道的位置，平台低处靠近炉壁位置，采用该方式进行蜡模组合。

精密铸造制壳工艺如下：面层涂料采用320目氧化铝粉与硅溶胶溶液制备,粉液质量比为3.5：1，撒砂材料为氧化铝砂，第一层为80目砂，第二层为60目砂，第三层为32目砂，第四-七层为24目砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为170℃，压力3个大气压，时间为5分钟。脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为1050℃，保温时间为6小时，炉冷后对模壳进行清洗。

将模壳直接装入定向凝固炉中进行定向凝固工序，保温炉温度1450℃，定向凝固抽拉速度控制在6毫米/分钟；定向凝固结束后取出模壳，清除模壳后即得到定向凝固件成品，叶片平台高处表面凝固疏松面积分数小于0.4％，疏松合格率100％。

实施例3：

将叶片平台高处位置设置在靠近模壳中心直浇道的位置，平台低处靠近炉壁位置，采用该方式进行蜡模组合。

精密铸造制壳工艺如下：面层涂料采用320目氧化铝粉与硅溶胶溶液制备,粉液质量比为3.2：1，撒砂材料为氧化铝砂，第一层为80目砂，第二层为60目砂，第三层为32目砂，第四-七层为24目砂，最后封浆层采用面层涂料；蜡模采用蒸汽法脱除，蒸汽温度为170℃，压力7个大气压，时间为5分钟。脱蜡后将模壳放入焙烧炉中进行焙烧，焙烧温度为950℃，保温时间为4小时，炉冷后对模壳进行清洗。

将模壳直接装入定向凝固炉中进行定向凝固工序，保温炉温度1500℃，定向凝固抽拉速度控制在3毫米/分钟；定向凝固结束后取出模壳，清除模壳后即得到定向凝固件成品，叶片平台高处表面凝固疏松面积分数小于0.6％，疏松合格率100％。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明的目的在于提供一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法，其特征在于：将叶片平台高处位置置于靠近模壳中心的位置，平台低处位置靠近定向凝固炉的炉壁处，利用横向梯度降低方向与枝晶间补缩方向相反的原理，平台高处先凝固，保证其枝晶间得到叶身处合金液的补缩，从而避免高处平台产生表面凝固疏松，以提高单晶叶片质量。

技术研发人员：姜卫国;肖久寒;李凯文;楼琅洪
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：2018.11.29
技术公布日：2019.02.19