光懸浮區(qū)熔定向凝固法制備鎳基單晶高溫合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種光懸浮區(qū)熔定向凝固法制備鎳基單晶高溫合金的方法。采用光懸浮區(qū)域熔化定向凝固法制備鎳基單晶高溫合金，通過紅外光導(dǎo)溫度測試儀測量溫度。操作過程為：將長度分別為60-100mm和30-50mm長的試棒分別固定在光加熱懸浮區(qū)域熔煉設(shè)備上、下兩端，抽真空至3×10-3Pa，以5mL/min通流動氬氣，并使上、下兩試棒以20-30r/min的相反方向旋轉(zhuǎn)，打開加熱電源以10-15℃/分的升溫速率升溫至1450-1500℃，保溫3-5分，將試棒上下兩端接合，以1-5mm/h的速度進(jìn)行抽拉，制備單晶。
【專利說明】光懸浮區(qū)熔定向凝固法制備鎳基單晶高溫合金
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鎳基單晶高溫合金制備方法，特別提供了一種無污染、無偏析或少偏析的光懸浮區(qū)熔定向凝固法制備鎳基單晶高溫合金，屬于單晶高溫合金制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]航空發(fā)動機(jī)推力和推重比的不斷提高，迫切需要具有更高承溫能力的材料，以應(yīng)對不斷上升的渦輪入口溫度。渦輪葉片是航空發(fā)動機(jī)中承受溫度載荷最劇烈、工作環(huán)境最惡劣的部件之一，在服役條件下承受著巨大的復(fù)雜應(yīng)力，因而對其材料的要求極為苛刻。普通鑄造高溫合金，由于晶界處原子排列不規(guī)則且擴(kuò)散較快，成為合金高溫服役過程中的薄弱環(huán)節(jié)，而與應(yīng)力軸垂直的晶界是合金高溫變形時(shí)的主要裂紋源。通常情況下，常規(guī)鑄造多晶渦輪葉片合金的工作溫度為880°C，采用定向凝固技術(shù)制備的柱狀晶結(jié)構(gòu)渦輪葉片，工作溫度可達(dá)940°C _980°C。然而，高溫服役過程中，裂紋優(yōu)先出現(xiàn)在縱向晶界處，仍是制約合金持久壽命的薄弱環(huán)節(jié)。從而，進(jìn)一步發(fā)展了單晶合金的制備技術(shù)，使高溫合金使用溫度高達(dá)1100°C。由于單晶合金中無晶界，具有優(yōu)異的高溫性能和綜合性能，因而廣泛應(yīng)用于先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片。
[0003]傳統(tǒng)的Bridgeman定向凝固技術(shù)制備鎳基單晶高溫合金過程中，由于使用i甘禍容易造成合金的污染，且枝晶干和枝晶間存在嚴(yán)重的成分偏析，嚴(yán)重影響了鎳基單晶高溫合金的使用性能。通過熱處理可以有效降低或消除成分偏析，然而熱處理增加了工序，提高了成本。因此，亟需一種鎳基單晶高溫合金的低成本、無偏析、潔凈的單晶制備技術(shù)。
[0004]光懸浮區(qū)域熔煉是以鹵素?zé)襞葑鳛闊嵩?，光線經(jīng)凹面鏡反射后聚焦，使試樣局部區(qū)域加熱熔化，熔區(qū)以一定速度自下而上通過整個試樣，依次經(jīng)熔化、結(jié)晶形成單晶。采用光懸浮區(qū)域熔煉，單晶生長過程中熔區(qū)不會因?yàn)橐簯B(tài)金屬的蒸發(fā)而產(chǎn)生電離現(xiàn)象造成熔區(qū)溫度升高。由于該法在液固界面處存在較大的溫度梯度，因此有利于經(jīng)光懸浮區(qū)熔后形成單晶體。此外，該方法還具有`無坩堝污染、控制簡單且精度高等優(yōu)點(diǎn)。目前，采用光懸浮區(qū)熔法成功制備了( Moa85Nbai5 ) Si2單晶體,尺寸達(dá)到Φ8 mm X 90 mm,是一種無偏析、無污染單晶的有效制備方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種鎳基單晶高溫合金的制備方法，它是采用光加熱懸浮區(qū)域熔化定向凝固的方法，通過控制熔區(qū)長度、熔體溫度和晶體生長速度，制備鎳基單晶高溫
I=1-Wl O
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)解決方案是，一種光懸浮區(qū)熔定向凝固法制備鎳基單晶高溫合金，包括以下步驟:
第一步:真空感應(yīng)加熱熔煉母合金；
第二步:重力鑄造制備母合金鑄棒；
第三步:抽真空，通流動氬氣，進(jìn)行區(qū)域熔化定向凝固，控制熔區(qū)長度在5-10mm，熔體溫度為1450-1500°C，晶體生長速度為l_5mm/h，制備鎳基單晶高溫合金，直徑3-9mm，長度10-100mm。
[0007]其中，第一步中所述母合金熔煉時(shí)的熔煉功率為22-26KW，熔煉時(shí)間為10_15min。
[0008]第二步中所述重力鑄造方式是采用非自耗電弧熔煉爐和水冷銅模成型，采用的電流為 600-650A。
[0009]第三步中流動氬氣的流動速率為5L/min。
[0010]該發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明鎳基單晶高溫合金制備技術(shù)，無需單晶籽晶或螺旋選晶器選晶，即可制備單晶。
[0011]2.本發(fā)明鎳基單晶高溫合金制備技術(shù)，與液態(tài)金屬冷卻法相比，制備的單晶無共晶組織形成，組織較為均勻。
[0012]3.本發(fā)明鎳基單晶高溫合金制備技術(shù)，單晶制備過程中無坩堝污染、控制簡單且精度聞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1光加熱懸浮區(qū)域熔化定向凝固法制備鎳基單晶高溫合金工藝流程圖。
[0014]圖2光加熱懸浮區(qū)域熔化定向凝固法制備鎳基單晶高溫合金選晶示意圖。
[0015]圖3光加熱懸浮區(qū)域熔化定向凝固法制備鎳基單晶高溫合金組織特征。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖詳述本發(fā)明。
[0017]本發(fā)明鎳基高溫合金熔煉流程及選晶示意圖分別見圖1和圖2。
[0018]實(shí)施例1
本實(shí)施例成分見表1 表1
【權(quán)利要求】
1.一種光懸浮區(qū)熔定向凝固法制備鎳基單晶高溫合金，其特征在于包括以下步驟: 第一步:真空感應(yīng)加熱熔煉母合金； 第二步:重力鑄造制備母合金鑄棒； 第三步:抽真空，通流動氬氣，進(jìn)行區(qū)域熔化定向凝固，控制熔區(qū)長度在5-10mm，熔體溫度為1450-1500°C，晶體生長速度為l_5mm/h，制備鎳基單晶高溫合金，直徑3-9mm，長度10~1OOmmn
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光懸浮區(qū)熔定向凝固法制備鎳基單晶高溫合金，其特征在于第一步中所述母合金熔煉時(shí)的熔煉功率為22-26KW，熔煉時(shí)間為10-15min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光懸浮區(qū)熔定向凝固法制備鎳基單晶高溫合金，其特征在于第二步中所述重力鑄造方式采用非自耗電弧熔煉爐和水冷銅模成型，采用的電流為600-650A。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光懸浮區(qū)熔定向凝固法制備鎳基單晶高溫合金，其特征在于第三步中所 述的流動氬氣的流動速率為5L/min。
【文檔編號】C30B21/04GK103757704SQ201410036130
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】陳 光, 周雪峰, 王建成, 李培源, 李沛 申請人:南京理工大學(xué), 江蘇?。ǖり枺└咝阅芎辖鸩牧涎芯吭? 南京鼎正新材料科技有限公司, 南京一甲新材料科技有限公司