PDF《高温合金单晶铸造中凝固条件的时空变化及 对杂晶缺陷的影响》

2019年?第2期/第68卷103 高温合金单晶铸造中凝固条件的时空变化及 对杂晶缺陷的影响 马德新1,2 ,张琼元3 ,王海洋3 ,李林蓄3 (1.

深圳万泽中南研究院,广东深圳? 518045;

2. 中南大学,湖南长沙? 410083;

3. 东方电气集团东方汽轮机有限公司, 四川德阳? 618000) 摘要:在真空定向凝固炉中进行了两种高温合金的单晶凝固试验,通过金相检查检验了杂晶 缺陷形成的特点,发现杂晶的产生倾向与合金种类及在铸件中的相对位置有关.试验中还测 量了铸件下部和上部多个特征点的冷却曲线,分析了铸件中的凝固条件随时间和空间发生的 变化.发现铸件下部在激冷效应消失后,凝固速度VS远低于抽拉速度VW,凝固界面处于炉底 隔热区内;

而在凝固后期的铸件上部则完全相反,VS远高于VW,凝固界面上升进入加热区. 总体来说,铸件的上部比下部更易产生杂晶.型壳串中每个铸件由于内外两侧传热条件不同 造成组织缺陷的不对称:在铸件下部,外侧比内侧更易产生杂晶,而在上部则相反,这是因 为在工艺过程中凝固条件不对称的方向发生了转化. 关键词:高温合金;

定向凝固;

单晶;

杂晶缺陷 作者简介: 马德新(1955-),男,教授,国家千人计划特聘专 家,从事高温合金单晶叶 片的制造技术研发. E-mail : d.ma@gi.rwth-aachen.de 中图分类号:TG132 文献标识码:A 文章编号: 1001-4977 (2019 ) 02-0103-08 基金项目: 广东省引进创新创业团队 项目(607264877417). 收稿日期: 2018-09-10 收到初稿, 2018-10-18 收到修订稿. 高温合金单晶叶片比普通等轴叶片和定向凝固叶片具有更好的高温性能,更能 满足航空和地面燃气轮机提高工作温度的需要.单晶叶片制造的最大问题是保证单 晶的完整性,避免杂晶等晶体缺陷的产生.杂晶是单晶叶片制造过程中最易出现的 铸造缺陷,其特征为在铸件的单晶主体生长过程中又生成一个或多个晶体取向完全 不同的新晶粒,形成了各种角度的晶界,破坏了叶片整体的单晶完整性.特别是在 去除了晶界强化元素的单晶高温合金中,杂晶缺陷更是由于严重损害和降低叶片的 高温性能而不被接受.形状复杂的叶片,特别是在叶片截面突然扩张之处如缘板和叶 冠位置最易产生杂晶[1-8] .除了叶片的几何形状外,杂晶缺陷的产生还受合金成分[6-10] 和凝固条件[8,11-13] 等因素的影响. 在本工作中使用了两种镍基高温合金,在真空凝固炉中进行了高温合金铸件的 单晶定向凝固试验,通过金相检查检验杂晶缺陷形成的特点,考察杂晶产生倾向与 合金种类及在铸件中的位置关系.试验中还对铸件多个特征点进行了温度测量,分 析了铸件中的凝固条件随时间和空间发生的变化及对杂晶缺陷形成的影响. 1? 试验过程 本试验所用的铸件样品为4只小型涡轮叶片和6只试板,图1显示了相应的样品尺 寸和蜡模组装示意图.试板厚度为5 mm,宽为30 mm,为模仿叶片截面突然扩张之 处如缘板和叶冠部位,在上、中、下部各设一层平台,两侧凸台突出距离是15 mm. 每个样品下端装上起晶柱和螺旋选晶器,均匀等距离地粘结在直径250 mm的蜡盘 上,上部接上横浇道并与浇口杯相连.蜡树组装完成后,在图1所示的一个试板底层 和上层平台上安装陶瓷保护管(上层平台有2处标为4# 和5# ,底层平台有3处标为6# 、 7# 和8# ),以便制壳完成后安装热电偶,并在试验过程中进行温度测量.