[發(fā)明專利]雙組織高溫合金一體化制備方法及雙組織高溫合金

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211515547.6
• 申請(qǐng)日: 2022-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115821380A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張軍;趙勇;蘇海軍;郭敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C30B27/00
• 分類號(hào): C30B27/00;C30B29/52;B22D27/04;B22D27/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 肖慧

本發(fā)明提供一種雙組織高溫合金一體化制備方法及雙組織高溫合金，涉及材料加工技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：步驟S1，采用定向凝固工藝制備定向柱晶或單晶高溫合金；步驟S2，在所述定向柱晶或單晶高溫合金凝固預(yù)設(shè)距離后施加預(yù)設(shè)強(qiáng)度的靜磁場(chǎng)，對(duì)應(yīng)所述靜磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)整所述定向凝固工藝的抽拉速率，繼續(xù)定向凝固制得等軸晶，得到雙組織高溫合金。本發(fā)明提供的雙組織高溫合金一體化制備方法，利用預(yù)設(shè)強(qiáng)度的靜磁場(chǎng)與定向凝固過(guò)程中合金內(nèi)生熱電流相互作用產(chǎn)生的洛倫茲力來(lái)碎斷枝晶，可在非接觸作用下制備雙組織高溫合金材料，且對(duì)高溫合金的具體組成沒(méi)有特殊要求，本領(lǐng)域所熟知的需要制備成雙組織的高溫合金均可。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙組織高溫合金一體化制備方法及雙組織高溫合金。

背景技術(shù)

高溫合金整體葉盤是現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的一種新型結(jié)構(gòu)，其將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的葉片和輪盤形成一體，省去了傳統(tǒng)連接中的榫頭、榫槽及鎖緊裝置等，可以顯著提高發(fā)動(dòng)機(jī)的部件減重效果。航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤工作時(shí)，葉片和輪盤的服役環(huán)境存在顯著差異，兩者對(duì)所需材料的性能要求不同。相對(duì)而言，輪盤的工作溫度較低，主要承受復(fù)雜的機(jī)械應(yīng)力作用，要求在中低溫下具有較高的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和塑性，足夠的持久、蠕變強(qiáng)度和低循環(huán)疲勞強(qiáng)度；而葉片工作于高溫腐蝕性燃?xì)猸h(huán)境中，主要承受離心力、熱應(yīng)力作用，要求除了具有良好的高溫抗氧化、耐腐蝕能力外，還應(yīng)具有良好的高溫持久和蠕變性能、機(jī)械疲勞和熱疲勞性能。因此，為了實(shí)現(xiàn)高溫合金整體葉盤的特定性能要求，葉片的組織一般為定向柱晶或單晶組織，而輪盤為等軸晶組織。

目前，制備雙組織高溫合金整體葉盤的方法主要有固相連接制備技術(shù)(包括熱等靜壓擴(kuò)散焊和線性摩擦焊等)和雙組織鑄造技術(shù)兩種。通過(guò)固相連接制備技術(shù)制備高溫合金整體葉盤，是先分別制備出合格的柱晶/單晶葉片和等軸晶渦輪盤，然后通過(guò)熱等靜壓擴(kuò)散焊的方法實(shí)現(xiàn)二者間的連接。但該方法中精確控制葉片定位難度高，尤其是在熱等靜壓擴(kuò)散焊的過(guò)程中葉片和輪盤變形會(huì)導(dǎo)致發(fā)生相對(duì)位移；且葉片和輪盤連接部位存在物理界面，結(jié)合強(qiáng)度相對(duì)較低。雙組織高溫合金整體材料的鑄造方法，是通過(guò)預(yù)先放置籽晶，使籽晶部分重熔，然后利用設(shè)備的徑向溫度場(chǎng)使合金的一部分凝固時(shí)先形成單晶或定向柱晶，之后再對(duì)模殼進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)，使后續(xù)凝固部分變?yōu)榈容S晶，從而獲得雙組織高溫合金整體材料。但該方法在機(jī)械振動(dòng)時(shí)需要模殼的強(qiáng)度足夠高，否則很容易破碎模殼。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種雙組織高溫合金一體化制備方法及雙組織高溫合金。

本發(fā)明一方面提供了一種雙組織高溫合金一體化制備方法，包括：

步驟S1，采用定向凝固工藝制備定向柱晶或單晶高溫合金；

步驟S2，在上述定向柱晶或單晶高溫合金凝固預(yù)設(shè)距離后施加預(yù)設(shè)強(qiáng)度的靜磁場(chǎng)，對(duì)應(yīng)所述靜磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)整所述定向凝固工藝的抽拉速率，繼續(xù)定向凝固制得等軸晶，得到雙組織高溫合金。

可選地，該定向凝固工藝為液態(tài)金屬冷卻法。

可選地，該定向凝固的工藝參數(shù)可以是：加熱溫度1450℃～1600℃，保溫時(shí)間20min～40min。

可選地，采用籽晶法制備步驟中S1的單晶高溫合金。

可選地，在步驟S1中，采用液態(tài)金屬冷卻法制備定向柱晶或單晶高溫合金時(shí)，抽拉速率可以是2μm/s～100μm/s。

可選地，在步驟S2中，在施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度升至所述預(yù)設(shè)強(qiáng)度之前停止抽拉，在磁場(chǎng)強(qiáng)度升至所述預(yù)設(shè)強(qiáng)度之后開(kāi)始繼續(xù)抽拉，所述繼續(xù)抽拉的抽拉速率可以是2μm/s～30μm/s。

可選地，在步驟S2中，所施加的靜磁場(chǎng)的預(yù)設(shè)強(qiáng)度為1T～12T，磁場(chǎng)方向與定向凝固方向平行，該靜磁場(chǎng)可由超導(dǎo)強(qiáng)磁體提供。

可選地，將定向凝固爐置于該超導(dǎo)強(qiáng)磁體中，保證定向凝固時(shí)合金的固液界面處于磁場(chǎng)的穩(wěn)恒區(qū)內(nèi)。