專利名稱：制備等軸晶高溫合金鑄件合金/陶瓷界面反應試樣的方法
技術領域：
本發明是一種制備等軸晶高溫合金鑄件合金/陶瓷界面反應試樣的方法，屬于高溫合金精密鑄造領域。
背景技術：
燃氣渦輪發動機已成為我國飛機乃至大飛機發展的重要前提和瓶頸。一直以來高溫合金及其零件成型技術都被稱為燃氣渦輪的心臟而被用來制造燃氣渦輪熱端部件。作為燃氣渦輪使用的許多結構鑄件多采用等軸晶高溫合金，有些鑄件復雜且具有空心結構有時需要采用陶瓷型芯形成內腔。這就不可避免的造成高溫合金重熔澆注后在凝固過程中合金熔體與陶瓷型芯在高溫下發生接觸界面反應，界面反應嚴重的會造成鑄件內腔表面破壞， 從而造成鑄件報廢。對于一些成分比較特殊的高溫合金成分，合金/陶瓷界面反應更應受到關注，如高Cr和含Hf合金，往往容易發生界面反應。目前研究等軸晶高溫合金/陶瓷界面反應有采用差熱分析的方法，通過差熱分析曲線上的拐點猜測反應發生的溫度。其缺點是第一、因無法直觀觀察到反應產物和反應界面情況而產生誤差；第二、只能判斷反應溫度的影響，對反應時間無法判斷。對于帶有等軸晶空心鑄件，還可采用澆注不同工藝參數組合的帶有陶瓷型芯的等軸晶鑄件或試棒然后觀察界面反應情況。其缺點是第一、只能判斷反應溫度的影響而很難考量反應時間的影響；第二、需要澆注多爐鑄件或試棒，試驗效率低。
發明內容
本發明正是針對上述現有技術中存在的不足而設計提供了一種制備等軸晶高溫合金鑄件合金/陶瓷界面反應試樣的方法，其目的是通過試樣來確定等軸晶高溫合金熔體與陶瓷界面反應的條件，用于指導鑄件工藝制定和陶瓷材料的選擇，本發明技術方案采用定向凝固方式可以減少試驗次數，提高試驗效率。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種制備等軸晶高溫合金鑄件合金/陶瓷界面反應試樣的方法，該方法采用傳統熔模精密鑄造工藝制備內部帶有陶瓷型芯的殼型；將殼型在定向凝固真空感應爐的加熱器中加熱到預計發生合金/陶瓷界面反應的不同溫度并保溫；將高溫合金錠重熔并澆注進殼型空腔再以一定速度抽拉出加熱器形成帶型芯的定向凝固鑄件或試棒；切取不同高度的定向凝固鑄件或試棒，獲得合金與陶瓷在同一溫度下不同反應時間的數據。其特征在于采用定向凝固的方式研究等軸晶高溫合金鑄件合金/陶瓷界面反應，可以在一次試驗中同時獲得同一溫度不同反應時間和不同成分陶瓷型芯材料的數據，具體步驟如下(1)殼型的制備采用傳統熔模精密鑄造工藝制備內部帶有1根 20根陶瓷型芯的定向凝固用殼型；(2)殼型的加熱與保溫
將殼型在定向凝固真空感應爐的加熱器中加熱到預計發生合金/陶瓷界面反應的溫度，該溫度范圍在700°C 1650°C，并保溫彡IOmin ；(3)重熔與澆注將高溫合金錠重熔，殼型保溫時間彡IOmin后，在不低于合金液相線溫度下將合金液澆注進殼型空腔，澆注溫度范圍1300°C 1650°C ；(4)定向凝固澆注后殼型以一定的抽拉速度抽拉出加熱區，抽拉速度在lmm/min 20mm/min之間，直至殼型全部移出加熱區抽拉結束；(5)試樣的切取從成型后的鑄件或試棒的底部到頂部不同高度橫切面切取試樣，即獲得了同一溫度下不同反應時間的數據。先拉出加熱區的底部反應時間短，后拉出加熱區的頂部反應時間長，根據抽拉速度和鑄件或試棒長度可以計算反應時間，觀察合金與陶瓷界面以直觀地觀察到反應情況。本發明技術方案的優點是第一、界面反應時間根據取樣部位可以無級變化，提高試驗效率；第二、可在一個模組中同時獲得不同成分陶瓷型芯的界面反應結果；第三、界面反應情況可用顯微鏡直觀觀察到，從而確定反應產物和反應機理，可用于指導實際的空心等軸晶鑄件的生產。本發明的實施例證明，試驗效率提高60%以上；節約試驗材料，成本下降了 40%以上。
具體實施例方式以下將結合實施例對本發明技術方案作進一步地詳述實施例1等軸晶空心鑄件材料為高Cr含量鑄造鎳基高溫合金K4648。采用本發明技術方案的具體步驟如下(1)殼型的制備采用傳統熔模精密鑄造工藝制備內部帶有2根陶瓷型芯的定向凝固用殼型；(2)殼型的加熱與保溫將殼型在定向凝固真空感應爐的加熱器中加熱到預計發生合金/陶瓷界面反應的溫度，溫度設定在800°C，并保溫IOmin ；(3)重熔與澆注將高溫合金錠重熔，當殼型保溫時間達到IOmin后，在不低于合金液相線溫度下將合金液澆注進殼型空腔，澆注溫度為1500°C ；(4)定向凝固澆注后殼型以一定的抽拉速度抽拉出加熱區，抽拉速度為6mm/min，直至殼型全部移出加熱區抽拉結束；(5)試樣的切取從成型后的鑄件或試棒的底部、頂部不同高度橫切面切取試樣，即獲得了同一溫度下不同反應時間的數據。距離先拉出的底部端面6mm處的橫截面處合金與陶瓷參與反應的時間為lmin，距離底部端面60mm處橫截面參與反應的時間為lOmin，通過肉眼和電鏡觀察合金與陶瓷界面可直觀觀察反應情況。實施例2等軸晶空心鑄件材料為高Cr含量鑄造鎳基高溫合金K4648。采用本發明技術方案的具體步驟如下(1)殼型的制備采用傳統熔模精密鑄造工藝制備內部帶有6根陶瓷型芯的定向凝固用殼型；(2)殼型的加熱與保溫將殼型在定向凝固真空感應爐的加熱器中加熱到預計發生合金/陶瓷界面反應的溫度，溫度設定在1500°C，并保溫30min (3)重熔與澆注將高溫合金錠重熔，當殼型保溫時間達到30min后，在不低于合金液相線溫度下將合金液澆注進殼型空腔，澆注溫度為1500°C ；(4)定向凝固澆注后殼型以一定的抽拉速度抽拉出加熱區，抽拉速度為6mm/min，直至殼型全部移出加熱區抽拉結束；(5)試樣的切取從成型后的鑄件或試棒的底部、頂部不同高度橫切面切取試樣，即獲得了同一溫度下不同反應時間的數據。距離先拉出的底部端面6mm處的橫截面處合金與陶瓷參與反應的時間為lmin，距離底部端面60mm處橫截面參與反應的時間為lOmin，通過肉眼和電鏡觀察合金與陶瓷界面直觀觀察未發現明顯反應發生。實施例3等軸晶空心鑄件材料為高Cr含量鑄造鎳基高溫合金K4648，采用本發明技術方案的具體步驟如下(1)殼型的制備采用傳統熔模精密鑄造工藝制備內部帶有6根陶瓷型芯的定向凝固用殼型；(2)殼型的加熱與保溫將殼型在定向凝固真空感應爐的加熱器中加熱到預計發生合金/陶瓷界面反應的溫度，溫度設定在1550°C，并保溫30min ；(3)重熔與澆注將高溫合金錠重熔，當殼型保溫時間達到30min后，在不低于合金液相線溫度下將合金液澆注進殼型空腔，澆注溫度為1550°C ；(4)定向凝固澆注后殼型以一定的抽拉速度抽拉出加熱區，抽拉速度為6mm/min，直至殼型全部移出加熱區抽拉結束；(5)試樣的切取從成型后的鑄件或試棒的底部、頂部不同高度橫切面切取試樣，即獲得了同一溫度下不同反應時間的數據。距離先拉出的底部端面6mm處的橫截面處合金與陶瓷參與反應的時間為lmin，距離底部端面60mm處橫截面參與反應的時間為lOmin，通過肉眼和電鏡觀察合金與陶瓷界面直觀觀察未發現明顯反應發生。實施例4
等軸晶空心鑄件材料為高Cr含量鑄造鎳基高溫合金K4648。采用本發明技術方案的具體步驟如下(1)殼型的制備采用傳統熔模精密鑄造工藝制備內部帶有6根陶瓷型芯的定向凝固用殼型；(2)殼型的加熱與保溫將殼型在定向凝固真空感應爐的加熱器中加熱到預計發生合金/陶瓷界面反應的溫度，溫度設定在1600°C，并保溫40min ；(3)重熔與澆注將高溫合金錠重熔，當殼型保溫時間達到40min后，在不低于合金液相線溫度下將合金液澆注進殼型空腔，澆注溫度為1600°C ；(4)定向凝固澆注后殼型以一定的抽拉速度抽拉出加熱區，抽拉速度為6mm/min，直至殼型全部移出加熱區抽拉結束；(5)試樣的切取從成型后的鑄件或試棒的底部、頂部不同高度橫切面切取試樣，即獲得了同一溫度下不同反應時間的數據。距離先拉出的底部端面6mm處的橫截面處合金與陶瓷參與反應的時間為lmin，距離底部端面60mm處橫截面參與反應的時間為lOmin，通過肉眼和電鏡觀察合金與陶瓷界面直觀觀察未發現明顯反應發生。實施例5等軸晶空心鑄件材料為高Cr含量鑄造鎳基高溫合金K4648。采用本發明技術方案的具體步驟如下(1)殼型的制備采用傳統熔模精密鑄造工藝制備內部帶有6根陶瓷型芯的定向凝固用殼型；(2)殼型的加熱與保溫將殼型在定向凝固真空感應爐的加熱器中加熱到預計發生合金/陶瓷界面反應的溫度，溫度設定在1600°C，并保溫40min ；(3)重熔與澆注將高溫合金錠重熔，當殼型保溫時間達到40min后，在不低于合金液相線溫度下將合金液澆注進殼型空腔，澆注溫度為1600°C ；(4)定向凝固澆注后殼型以一定的抽拉速度抽拉出加熱區，抽拉速度為12mm/min，直至殼型全部移出加熱區抽拉結束；(5)試樣的切取從成型后的鑄件或試棒的底部、頂部不同高度橫切面切取試樣，即獲得了同一溫度下不同反應時間的數據。距離先拉出的底部端面12mm處的橫截面處合金與陶瓷參與反應的時間為lmin，距離底部端面120mm處橫截面參與反應的時間為lOmin，通過肉眼和電鏡觀察合金與陶瓷界面直觀觀察未發現明顯反應發生。實施例6等軸晶空心鑄件材料為高Cr含量鑄造鎳基高溫合金K4648。采用本發明技術方案的具體步驟如下(1)殼型的制備采用傳統熔模精密鑄造工藝制備內部帶有6根陶瓷型芯的定向凝固用殼型；(2)殼型的加熱與保溫將殼型在定向凝固真空感應爐的加熱器中加熱到預計發生合金/陶瓷界面反應的溫度，溫度設定在1550°C，并保溫30min ；(3)重熔與澆注將高溫合金錠重熔，當殼型保溫時間達到30min后，在不低于合金液相線溫度下將合金液澆注進殼型空腔，澆注溫度為1550°C (4)定向凝固澆注后殼型以一定的抽拉速度抽拉出加熱區，抽拉速度為12mm/min，直至殼型全部移出加熱區抽拉結束；(5)試樣的切取從成型后的鑄件或試棒的底部、頂部不同高度橫切面切取試樣，即獲得了同一溫度下不同反應時間的數據。距離先拉出的底部端面12mm處的橫截面處合金與陶瓷參與反應的時間為lmin，距離底部端面120mm處橫截面參與反應的時間為lOmin，通過肉眼和電鏡觀察合金與陶瓷界面，看是否發現明顯反應。與現有技術相比，本發明技術方案的優點是界面反應時間根據取樣部位可以無級變化，提高試驗效率；可在一個模組中同時獲得不同成分陶瓷型芯的界面反應結果；界面反應情況可用顯微鏡直觀觀察到，從而確定反應產物和反應機理，指導實際等軸晶鑄件的生產。
權利要求
1. 一種制備等軸晶高溫合金鑄件合金/陶瓷界面反應試樣的方法，其特征在于該方法的步驟是(1)殼型的制備采用傳統熔模精密鑄造工藝制備內部帶有1根 20根陶瓷型芯的定向凝固用殼型；(2)殼型的加熱與保溫將殼型在定向凝固真空感應爐的加熱器中加熱到預計發生合金/陶瓷界面反應的溫度，該溫度范圍在700°C 1650°C，并保溫彡IOmin ；(3)重熔與澆注將高溫合金錠重熔，殼型保溫時間> IOmin后，在不低于合金液相線溫度下將合金液澆注進殼型空腔，澆注溫度范圍1300°C 1650°C ；(4)定向凝固澆注后殼型以一定的抽拉速度抽拉出加熱區，抽拉速度在lmm/min 20mm/min之間， 直至殼型全部移出加熱區抽拉結束；(5)試樣的切取從成型后的鑄件或試棒的底部到頂部不同高度橫切面切取試樣，即獲得了同一溫度下不同反應時間的數據。
全文摘要
本發明是一種制備等軸晶高溫合金鑄件合金/陶瓷界面反應試樣的方法，該方法步驟如下采用傳統熔模精密鑄造工藝制備內部帶有陶瓷型芯的殼型；將殼型在定向凝固真空感應爐的加熱器中加熱到預計發生合金/陶瓷界面反應的不同溫度并保溫；將高溫合金錠重熔并澆注進殼型空腔再以一定速度抽拉出加熱器形成帶型芯的定向凝固鑄件或試棒；切取不同高度的定向凝固鑄件或試棒，獲得合金與陶瓷在同一溫度下不同反應時間的數據。本發明優點是界面反應時間根據取樣部位可以無級變化，提高試驗效率；可在一個模組中同時獲得不同成分陶瓷型芯的界面反應結果；界面反應情況可用顯微鏡直觀觀察到，從而確定反應產物和反應機理，指導實際等軸晶鑄件的生產。
文檔編號B22D21/06GK102416464SQ20111040295
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月6日 優先權日2011年12月6日
發明者唐定中, 肖程波, 鄭亮, 韓波, 顧國紅 申請人:中國航空工業集團公司北京航空材料研究院