通过C型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法与流程

本发明涉及高温合金精密铸造，尤其是一种通过可整体模具形成的c型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法。

背景技术：

1、涡轮转子共振引起的发动机振动会传递给飞行器，造成飞行器结构和仪器损坏，甚至引发灾难。因而，发动机共振大小是衡量其工作质量的重要标志。

2、单晶组织为典型的各向异性晶体结构，单晶材料的不同晶体取向具有不同的杨氏模量。因此在单晶叶片形状固定后，不同三维晶体取向的单晶叶片也就具有了不同的杨氏模量，从而具有不同的固有频率，也就是说在不改变叶片形状和几何尺寸的前提下，可以通过单晶叶片三维晶体取向的调整来实现叶片固有频率的调控与优化。这成为了欧美发动机设计避免转子共振的重要技术手段，有必要花力气进行重点研究。

3、目前国内尚无三维晶体取向精控单晶叶片生产的能力，仅有少量科研单位进行了常规籽晶+螺旋选晶方面的实验研究工作。仅有的少量研究针对的螺旋选晶方法模具复杂，操作不便，且在螺旋选晶器和叶片、籽晶焊接过程中极易发生损坏，造成报废，对批量化生产造成了较大障碍。

技术实现思路

1、本发明的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种通过c型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法，将c型选晶器与叶片蜡模集成至同一套模具中，省去选晶器与叶片蜡模的焊接过程，降低工作量和工作中造成的报废率，设计稳定的定位基准，与金属籽晶形成确定相对位置关系，以确保生产出单晶叶片的三维晶体取向；压制蜡模，通过定位基准与籽晶安装合成，组成蜡树，完成制壳、浇注形成晶体取向三维精控单晶叶片。本发明采用的技术方案是：

2、一种通过c型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法，其中：包括以下步骤：

3、s1.设计单晶叶片精密铸造模组，并根据单晶叶片精密铸造模组制造单晶叶片精密压蜡模具，所述单晶叶片精密压蜡模具包括从上至下依次设置的蜡树系统和底盘模具，所述蜡树系统包括从上至下依次设置的浇口杯蜡模模具、横浇道蜡模模具、单晶亚组树结构蜡模模具和下浇道蜡模模具；

4、s2.将蜡料注入浇口杯蜡模模具、横浇道蜡模模具、单晶亚组树结构蜡模模具、下浇道蜡模模具和底盘蜡模模具中，获得浇口杯蜡模、横浇道蜡模、单晶亚组树结构蜡模、下浇道蜡模和底盘蜡模；

5、s3.按照自上而下的顺序将浇口杯蜡模、横浇道蜡模、单晶亚组树结构蜡模、下浇道蜡模组合得到单晶叶片蜡树，通过胶水将底盘蜡模和单晶亚组树结构蜡模固定，得到单晶叶片蜡树结构；

6、s4.在单晶叶片蜡树结构表面涂挂5-20mm厚的陶瓷砂料，然后脱蜡、焙烧获得单晶定向用精密铸造陶瓷模壳；

7、s5.并将陶瓷模壳放入定向凝固炉中，将母合金料锭重熔浇注至陶瓷模壳中，浇注后静置50-150s后进行拉晶，拉晶结束后，随炉冷却8-20min后取出，切割掉浇冒系统并抛光打磨后即制备出所需的三维晶体取向精控的单晶叶片铸件毛坯，浇冒系统为浇口杯，横浇道，单晶亚组树结构中的籽晶段、定位基准段、c型选晶器、过渡段、补缩冒口，下浇道和底盘。

8、优选的是，所述的通过c型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法，其中：步骤s1中的单晶亚组树结构蜡模模具包括从下至上依次设置的籽晶段、定位基准段、c型选晶器、过渡段、叶片、补缩冒口。

9、优选的是，所述的通过c型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法，其中：定位基准段、c型选晶器、过渡段、叶片、补缩冒口为一体成型而成，籽晶段为预制而成；步骤s5将籽晶段以定位基准段为基准确定位置，通过胶水将底盘模具和单晶亚组树结构蜡模模具固定。

10、优选的是，所述的通过c型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法，其中：步骤s2中的蜡料注射温度为50-90℃，注射压力为0.5-10mpa。

11、优选的是，所述的通过c型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法，其中：步骤s4中的脱蜡温度为120-200℃，焙烧温度为800-1050℃，焙烧时间为1-5h。

12、优选的是，所述的通过c型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法，其中：步骤s5中的母合金料锭重熔浇注温度为1450-1600℃，拉晶速度为2.5-10mm/min。

13、优选的是，所述的通过c型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法，其中：c型选晶器包括从上至下依次设置的第一连接段、半圆弧段和第二连接段，所述第一连接段远离半圆弧段的一端和过渡段连接，所述第二连接段远离半圆弧段的一端和定位基准段连接，所述c型选晶器的直径为φ3-4mm，高度为35-50mm，半圆弧段的半径为15-20mm。

14、本发明的优点：

15、本发明的通过c型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法，将传统的三维螺旋选晶器设置为二维c型选晶器，使c型选晶器蜡模与叶片蜡模集成至同一套蜡模模具中，可有效提高操作便利、快捷性，省去选晶器与蜡模叶片的焊接过程，降低工作量，提高合格率。

技术特征：

1.一种通过c型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的通过c型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法，其特征在于：步骤s1中的单晶亚组树结构蜡模模具包括从下至上依次设置的籽晶段（1）、定位基准段（2）、c型选晶器（3）、过渡段（4）、叶片（5）、补缩冒口（6）。

3.如权利要求2所述的通过c型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法，其特征在于：定位基准段（2）、c型选晶器（3）、过渡段（4）、叶片（5）、补缩冒口（6）为一体成型而成，籽晶段（1）为预制而成。

4.如权利要求1所述的通过c型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法，其特征在于：步骤s2中的蜡料注射温度为50-90℃，注射压力为0.5-10mpa。

5.如权利要求1所述的通过c型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法，其特征在于：步骤s4中的脱蜡温度为120-200℃，焙烧温度为800-1050℃，焙烧时间为1-5h。

6.如权利要求1所述的通过c型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法，其特征在于：步骤s5中的母合金料锭重熔浇注温度为1450-1600℃，拉晶速度为2.5-10mm/min。

7.如权利要求2所述的通过c型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法，其特征在于：c型选晶器（3）包括从上至下依次设置的第一连接段（31）、半圆弧段（32）和第二连接段（33），所述第一连接段（31）远离半圆弧段（32）的一端和过渡段（4）连接，所述第二连接段（33）远离半圆弧段（32）的一端和定位基准段（2）连接，所述c型选晶器（3）的直径为φ3-4mm，高度为35-50mm，半圆弧段的半径为15-20mm。

技术总结
本发明提供一种通过C型选晶器进行单晶叶片三维晶体取向精控的方法，包括以下步骤：S1.设计单晶叶片精密铸造模组，并制造单晶叶片精密压蜡模具；S2.获得浇口杯蜡模、横浇道蜡模、单晶亚组树结构蜡模、下浇道蜡模和底盘蜡模；S3.将浇口杯蜡模、横浇道蜡模、单晶亚组树结构蜡模、下浇道蜡模组合得到单晶叶片蜡树；S4.在单晶叶片蜡树表面涂挂陶瓷砂料，获得单晶定向用精密铸造陶瓷模壳；S5.将母合金料锭重熔浇注至陶瓷模壳中，拉晶，割掉浇冒系统制备出所需的三维晶体取向精控的单晶叶片铸件毛坯。本发明使C型选晶器蜡模与叶片蜡模集成至同一套蜡模模具中，可有效提高操作便利、快捷性，省去选晶器与蜡模叶片的焊接过程，提高合格率。

技术研发人员：葛丙明,李龙,曹巍,任倩,唐舒晟
受保护的技术使用者：江苏永瀚特种合金技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12