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》

104 组装好蜡模后,经反复粘浆淋砂制成一定厚度的 陶瓷型壳,并进行脱蜡和烧结.用陶瓷板将浇口杯和 浇注系统分隔为对称的两部分,目的是为了将两种合 金分别浇在同一型壳的两半部分,即各为2只叶片和3 只试板.本试验使用的两种镍基高温合金分别为DZ445 (合金1)和MAR M247-LC(合金2,简称MM247), 其化学成分列于表1. 熔化浇注和定向凝固试验在德国ALD公司制造的 真空定向凝固炉中进行.先将型壳安装在炉内水冷铜 盘上,装配好测温热电偶.型壳顶升到热区后抽真空, 上下加热器预热到预定温度(1 500℃).对熔化坩埚也 采取了隔离措施,能够同时熔化两种合金并能浇入同 一型壳的两半部分,目的是使两种合金在完全相同的 热温条件下进行凝固,以比较它们的单晶可铸性.浇 注后将盛有合金液的型壳以3 mm/min的抽拉速度从炉 腔热区穿过40 mm厚的隔热区降入冷却区,形成铸件自 下而上的定向凝固,并经选晶器实现单晶生长. 图1 铸件蜡模组装示意图(左为叶片,右为试板) Fig.

1 Schematic diagram of wax patterns assembly 表1 本试验所用两种合金的化学成分 Table

1 Nominal chemical composition of two superalloys wB /% 项目 合金1(DZ445) 合金2(MM247) Cr 13.15 8.22 Co 10.0 9.22 W 4.50 9.42 Mo 1.76 0.53 Al 4.13 5.63 Ti 2.30 0.71 Ta 4.75 3.24 C 0.081 0.08 B 0.019 0.015 Hf 1.07 Ni 余量 余量 定向凝固试验完成后,从炉中取出型壳,经破 壳、喷砂清理和腐蚀,检验两种合金铸件的单晶组织 质量和杂晶生成情况并进行比较.处理测温数据,绘 制各测温点的温度曲线,分析凝固条件的时空变化及 其对凝固组织的影响. 2? 试验结果及分析 2.1? 凝固组织检测 单晶凝固试验完成后得到两种合金的铸件样品共 10件,各有2只叶片和3只试板.对两种合金的各2只叶 片进行腐蚀检查,发现均为单晶组织(图2),即使在 缘板部位也没有杂晶缺陷形成.说明所用两种合金都 有不错的单晶可铸性,仅从所用叶片样品的检测不能 区分它们之间的差别. 用合金1浇注的3只试板经表面腐蚀和检测,发现 每个试板的中下部为单晶组织,但各试板的最上层平 台朝内一侧都出现杂晶(图3).其中一个试板凸台上 的杂晶斜着长入试板,直到贯穿整个铸件(图3c). 用合金2浇注的3只试板产生的杂晶较多(图4). 其中试板(a) 中上层的内侧凸台和下部的外侧凸台出 现杂晶(图4a).试板(b)上层的内外两侧凸台和下 层的外侧凸台出现杂晶(图4b).试板(c)仅上层的 内侧凸台出现杂晶,中下部为单晶组织. 将以上检测到的两种合金各3只试板中各个位置 上的杂晶数目汇总列于图5和表2,得到各层平台内外 侧的杂晶分布结果.可见合金1的叶片中共发现3个杂 晶,且都出现在最上层的内侧凸台(图5a).而合金 2的叶片中共发现7个杂晶,其中3个在上层平台内侧 (图5b).也就是说,两种合金所有叶片最上层内侧 的所有凸台都出现了杂晶,显示了铸件的这个部位是 最容易形成杂晶的地方. 从图5和表2中可看出下列各种因素对杂晶形成的 影响. (1)合金种类.本试验中为了检验合金因素对单 晶可铸性的影响,将两种合金在同一个型壳中进行单 晶定向凝固,保证了所处的热温条件完全相同.合金 2试板上的杂晶数量明显多于合金1(总量为7∶3),显 示了更严重的杂晶倾向性,这证明MM247的单晶可铸 性不如DZ445.作者曾经测过两种合金熔体的平均形核 过冷度也就是过冷能力分别为25 K(MM247)和29 K (DZ445).这个数值越高,就越不容易被铸件外角 部位的局部过冷所超过,也就不易造成新晶粒的形核 2019年?第2期/第68卷105 (a)合金1 (b)合金2 图2 两种合金铸造的4只叶片均为单晶 Fig.