RU2492025C1 - Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией - Google Patents
Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией Download PDFInfo
- Publication number
- RU2492025C1 RU2492025C1 RU2012111662/02A RU2012111662A RU2492025C1 RU 2492025 C1 RU2492025 C1 RU 2492025C1 RU 2012111662/02 A RU2012111662/02 A RU 2012111662/02A RU 2012111662 A RU2012111662 A RU 2012111662A RU 2492025 C1 RU2492025 C1 RU 2492025C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- seed
- orientation
- crystal
- crystallographic orientation
- plane
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии. Способ включает отливку монокристаллической заготовки произвольной кристаллографической ориентации, ее травление на макроструктуру, определение ориентации заготовки как угла между ее геометрической осью и плоскостью выбранной кристаллографической ориентации, резку заготовки на затравки под найденным углом с расположением плоскости реза параллельно плоскости выбранной кристаллографической ориентации. Торец затравки травят на макроструктуру и наносят на него риски, соответствующие кристаллографическим ориентациям, лежащим в плоскости реза. Затравку устанавливают в затравочный карман литейной формы таким образом, чтобы торец затравки был расположен вдоль геометрической оси изделия. Кристаллографическую ориентацию изделия задают совмещением риски заданной кристаллографической ориентации с геометрической осью изделия. Достигается повышение стабильности процесса получения монокристаллических изделий, годных по структуре. 1 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с применением затравок заданной кристаллографической ориентации, например, при литье монокристаллических рабочих и сопловых лопаток авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных стационарных установок (ГТУ).
Известен способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов, в котором методом направленной кристаллизации получают монокристаллический пруток кристаллографической ориентации [001] длиной 20 см и диаметром 1,2 см. Пруток разрезают на части (затравки), травят для выявления дендритной структуры и определения кристаллографической ориентации методом Лауэ. Полученная затравка помещается в полость у основания формы для получения монокристаллической отливки с кристаллографической ориентацией [001], в верхней части которой имеется полость для кристаллизации второй затравки, используемой в следующей плавке. Расплавление затравки в процессе направленной кристаллизации строго контролируется. Первичная затравка получается методом отбора, в качестве кристаллоотборника применяется геликоид. Отклонение от кристаллографической ориентации получаемого монокристального изделия составляет 20°. Более точная ориентация достигается более точной ориентацией первичной затравки. (Патент США №4475582).
Известен способ получения монокристаллических изделий, в котором одновременно с отливкой монокристаллического изделия кристаллографической ориентации [001] получают затравку той же ориентации в одной литейной форме. В основание литейной формы устанавливается стартовая затравка, в форму производится заливка металла, который направленно кристаллизуют таким образом, что получаемые затравки имеют ту же кристаллографическую ориентацию, что и изделие. Получаемые затравки отрезаются от изделия и используются в качестве стартовых. (Патент США №7779889).
Недостатком известных способов является то, что их осуществляют в несколько этапов: сначала получают первичную (стартовую, маточную) затравку, затем методом направленной кристаллизации получают затравки с тем же отклонением от кристаллографической ориентации, то есть отливают монокристаллические затравки произвольной ориентации методом отбора одного кристалла из множества, затем наиболее близкую к заданной ориентации затравку используют в качестве маточной для получения методом направленной кристаллизации затравок заданной ориентации, которые используют для получения монокристаллических изделий заданной ориентации.
Точность кристаллографической ориентации получаемых затравок 10°, что не достаточно при современных требованиях к точности заданной кристаллографической ориентации монокристаллических изделий. К тому же кристаллографическая ориентация монокристаллической отливке передается от монокристаллической затравки путем частичного расплавления затравки заливаемым в форму расплавленным металлом, тем же, что и металл затравки, перемешиванием расплавленных металлов отливки и затравки, и ростом оставшегося в твердом состоянии монокристалла части затравки при последующей направленной кристаллизации. При этом, чем меньше длина затравки, тем труднее не расплавить ее полностью при осуществлении процесса направленной кристаллизации.
Известен также способ получения монокристаллических изделий с заданной кристаллографической ориентацией с использованием затравки из тугоплавкого сплава (сплава с температурой плавления выше температуры плавления сплава отливки). Применение тугоплавкой затравки из сплава системы никель-вольфрам, имеющего такую же кристаллическую гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку, что и сплав отливки, и температуру плавления много выше температуры плавления жаропрочного никелевого сплава позволяет стабилизировать процесс литья монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов. (А.с. 839153).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому и принятому за прототип, является способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией, включающий отливку монокристаллической заготовки направленной кристаллизацией, травление заготовки на макроструктуру, резку, травление затравок на макроструктуру и определение ориентации, в котором монокристаллическую заготовку отливают с произвольной кристаллографической ориентацией, определяют положение плоскости с заданной кристаллографической ориентацией, составляющей максимальный угол с осью заготовки, отмечают след этой плоскости на торце заготовки, после чего проводят резку заготовки под найденным углом с расположением плоскости резания параллельно указанному положению плоскости с заданной кристаллографической ориентацией, полученную затравку помещают в затравочный карман литейной формы для получения монокристаллического изделия. (Патент РФ №1822375).
В способе-прототипе затравки из тугоплавкого сплава (Ni - 30% W) вырезают из затравочной заготовки произвольной ориентации под углом, определенным на дифрактометре ДРОН-3, как угол наклона плоскости заданной кристаллографической ориентации к оси затравочной заготовки, при этом точность кристаллографической ориентации составляет 1,5° - 2,0°. Кристаллографическая ориентация монокристаллическому изделию передается от затравки заданной кристаллографической ориентации за счет смачивания и растворения торца затравки расплавом отливки.
Недостатком способа-прототипа является то, что затравку определенной кристаллографической ориентации можно использовать для получения монокристаллического изделия только этой ориентации. При смене кристаллографической ориентации изделия на иную требуется другая затравка, т.е. все технологические операции следует повторить от самого начала до получения затравки с заданной кристаллографической ориентацией, что требует времени, трудозатрат и дополнительных материалов для отливки новых затравок. Кроме того, поскольку передающей кристаллографическую ориентацию является плоскость торца затравки, очень важно, чтобы место контакта затравка-расплав отливки, до заливки металла оставалось чистым и свободным от окислов, выделяемых из керамики форм в процессе осуществления плавки, которые ухудшают смачивание и растворение затравки и препятствуют прорастанию монокристалла.
Технической задачей изобретения является создание способа получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией, снижающего трудоемкость, металлоемкость и повышающего стабильность технологического процесса.
Для достижения поставленной технической задачи предложен способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией, включающий отливку монокристаллической заготовки затравки произвольной кристаллографической ориентации, травление заготовки на макроструктуру, определение ориентации заготовки как угла между геометрической осью заготовки и плоскостью выбранной кристаллографической ориентации, резку заготовки на затравки под найденным углом с расположением плоскости реза параллельно плоскости выбранной кристаллографической ориентации, травление торцов затравок для выявления макроструктуры, установку затравки в затравочный карман литейной формы для получения монокристаллических изделий, отличающийся тем, что на торец затравки наносят риски, соответствующие кристаллографическим ориентациям лежащим в плоскости реза, и устанавливают ее в затравочный карман литейной формы таким образом, чтобы торец затравки был расположен вдоль геометрической оси изделия, а кристаллографическую ориентацию изделия задают совмещением риски заданной кристаллографической ориентации с геометрической осью изделия.
Способ поясняется фиг.1. На фиг.1 показано монокристаллическое изделие 1 полученное с помощью затравки 2, на которую предварительно были нанесены риски 3 соответствующие кристаллографическим ориентациям, лежащим в плоскости торца 4 затравки с выбранной кристаллографической ориентацией.
Пример осуществления
Предлагаемый способ осуществляли при изготовлении монокристаллических отливок цилиндрической формы заданной кристаллографической ориентации из никелевых жаропрочных сплавов. Использовали затравки кристаллографической ориентации [011] из сплава Ni - 30% W с нанесенными на торец рисками соответствующими кристаллографическим ориентациям [001], [111], [112], [ОН]. Способ включал следующую последовательность операций:
1. Монокристаллические заготовки затравок произвольной ориентации отливали методом направленной кристаллизации на установке УВНК-9. Заготовки диаметром 6 мм и длиной 100 мм собирали в блоки по 18 штук по два блока в каждой плавке. Каждую заготовку травили в смеси плавиковой и азотной кислоты для выявления макроструктуры.
2. Монокристаллические заготовки размечали под вырезку на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3 путем определения ориентации заготовки как угла между геометрической осью заготовки и плоскостью выбранной кристаллографической ориентации, для этого вывели в отражающее положение плоскость заданной кристаллографической ориентации [011], (угол 0-37°) и определили угол отклонения нормали к этой плоскости от оси заготовки. На торце заготовки отметили направление следа этой плоскости.
3. Резку заготовок на затравки проводили на отрезном станке с поворотным лимбом с помощью абразивного диска (толщиной 0,8-1,0 мм). Толщина затравок составляла 4-6 мм. Затем затравки травили на макроструктуру для выявления дендритов на их торце. Как показал выборочный рентгеновский контроль, ориентация затравок отклонялась от [011] в пределах 1,5-2°.
4. Затем затравки отправляли на повторный рентгеновский контроль на дифрактометр ДРОН-3. При этом путем вывода в отражающее положение плоскостей {001}, {012}, {011}, {113} определялись следы этих плоскостей на поверхности торца, соответствующие кристаллографическим ориентациям <001>, <111>, <112>, <011>, которые и отмечались на торце маркерами разных цветов. Аналогичную разметку можно проводить металлографическим методом по следам травления, выявляющим дендритную структуру на торце затравки.
5. Размеченные таким образом затравки использовали для получения монокристаллических отливок из двух никелевых жаропрочных сплавов ВЖМ5У и ВЖМ4. Для этого по стандартной технологии были изготовлены четыре литейные керамические формы для получения отливок цилиндрической формы диаметром 16 мм и длиной 180 мм, по 9 отливок в одной форме, с затравочным карманом, позволяющим устанавливать затравку вертикально, т.е. таким образом, чтобы торец затравки располагался вдоль геометрической оси отливки.
В первой форме девять затравок были установлены таким образом, что красная линия на торце затравки, соответствующая при разметке кристаллографической ориентации [001], совмещалась с геометрической осью отливки.
Во второй форме девять затравок были установлены таким образом, что синяя линия на торце затравки, соответствующая при разметке кристаллографической ориентации [112], совмещалась с геометрической осью отливки.
В третьей форме девять затравок были установлены таким образом, что черная линия на торце затравки, соответствующая при разметке кристаллографической ориентации [111], совмещалась с геометрической осью отливки.
В четвертой форме девять затравок были установлены таким образом, что зеленая линия на торце затравки, соответствующая при разметке кристаллографической ориентации [011], совмещалась с геометрической осью отливки.
6. Литейные формы заливали на установке УВНК-9 по две на одну заливку выбранного сплава: первая и вторая формы заливались сплавом ВЖМ5У, третья и четвертая формы сплавом ВЖМ4. Полученные отливки подвергали травлению с целью выявления структуры. Из залитых тридцати шести отливок тридцать четыре имели монокристаллическую структуру заданной кристаллографической ориентации.
Выход годных по структуре монокристаллических изделий заданной кристаллографической ориентации составил 95%.
Кроме того, поскольку плоскость затравки, передающая кристаллографическую ориентацию, располагается вдоль геометрической оси изделия, то при осуществлении процесса плавки место контакта затравка - отливка свободно от оседания окислов, выделяемых из керамики форм и препятствующих прорастанию монокристалла, что также повысит выход годных по структуре монокристаллических изделий и упростит технологический процесс.
Одновременно, в тех же условиях, для получения монокристаллических изделий кристаллографических ориентации [001], [111], [112], [011], был осуществлен способ-прототип. Для этого действия по п.п. 2, 3 и 5 повторяли четыре раза для получения затравок с кристаллографической ориентацией [001], [111], [112], [011] соответственно; действия по п.1 повторяли дважды из-за отсутствия в первой плавке таких монокристаллов произвольной ориентации, из которых возможно вырезать нужную ориентацию. Было собрано четыре литейных керамических формы с затравочным карманом для горизонтального расположения торца затравки и экранирующим место контакта расплав-затравка от налета. После заливки форм по п.6, полученные отливки подвергали травлению с целью выявления структуры. Из залитых тридцати шести отливок тридцать две имели монокристаллическую структуру заданной кристаллографической ориентации.
Выход годных по структуре монокристаллических изделий заданной кристаллографической ориентации составил 90%.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет использовать затравки, полученные из одной затравочной заготовки произвольной ориентации, для получения монокристаллических изделий разных кристаллографических ориентации с точностью 1,5-2°, т.е. за счет использования универсальной затравки возможно получение монокристаллических изделий разных кристаллографических ориентации с высокой степенью точности.
Применение предлагаемого способа получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией, позволит снизить трудоемкость и металлоемкость процесса монокристаллического литья в 2-2,5 раза и приведет к повышению стабильности процесса.
Claims (1)
- Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией, включающий отливку монокристаллической заготовки затравки произвольной кристаллографической ориентации, травление заготовки для выявления макроструктуры, определение ориентации заготовки как угла между геометрической осью заготовки и плоскостью выбранной кристаллографической ориентации, резку заготовки на затравки под найденным углом с расположением плоскости реза параллельно плоскости выбранной кристаллографической ориентации, травление торцов затравок для выявления макроструктуры, установку затравки в затравочный карман литейной формы для получения монокристаллических изделий, отличающийся тем, что на торец затравки наносят риски, соответствующие кристаллографическим ориентациям, лежащим в плоскости реза, и устанавливают ее в затравочный карман литейной формы таким образом, чтобы торец затравки был расположен вдоль геометрической оси изделия, а кристаллографическую ориентацию изделия задают совмещением риски заданной кристаллографической ориентации с геометрической осью изделия.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012111662/02A RU2492025C1 (ru) | 2012-03-27 | 2012-03-27 | Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012111662/02A RU2492025C1 (ru) | 2012-03-27 | 2012-03-27 | Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2492025C1 true RU2492025C1 (ru) | 2013-09-10 |
Family
ID=49164818
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012111662/02A RU2492025C1 (ru) | 2012-03-27 | 2012-03-27 | Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2492025C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2602584C1 (ru) * | 2015-05-28 | 2016-11-20 | Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Способ изготовления монокристаллических затравок |
CN114606563A (zh) * | 2022-03-05 | 2022-06-10 | 湘潭大学 | 一种籽晶可通用和能重复使用制备单晶高温合金的方法 |
CN114618993A (zh) * | 2022-03-05 | 2022-06-14 | 湘潭大学 | 采用带孔冷却板辅助<001>取向籽晶制备单晶高温合金的方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4475582A (en) * | 1982-01-27 | 1984-10-09 | United Technologies Corporation | Casting a metal single crystal article using a seed crystal and a helix |
SU839153A1 (ru) * | 1980-01-16 | 2000-07-27 | Д.А. Петров | Способ изготовления отливок из жаропрочных сплавов с направленной и монокристальной структурой |
JP2003313089A (ja) * | 2002-04-19 | 2003-11-06 | Komatsu Electronic Metals Co Ltd | 単結晶シリコンの製造方法、単結晶シリコンウェーハの製造方法、単結晶シリコン製造用種結晶、単結晶シリコンインゴットおよび単結晶シリコンウェーハ |
RU2329120C1 (ru) * | 2007-02-21 | 2008-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") | Способ изготовления монокристаллической отливки рабочей лопатки турбины газотурбинного двигателя с заданными аксиальной и азимутальной ориентацией сплава |
JP2009269776A (ja) * | 2008-05-01 | 2009-11-19 | Bridgestone Corp | 単結晶成長装置及び単結晶成長方法 |
RU2422564C2 (ru) * | 2006-08-29 | 2011-06-27 | Снекма | Способ изготовления монокристаллических зародышей одновременно с литьем монокристаллических деталей |
-
2012
- 2012-03-27 RU RU2012111662/02A patent/RU2492025C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU839153A1 (ru) * | 1980-01-16 | 2000-07-27 | Д.А. Петров | Способ изготовления отливок из жаропрочных сплавов с направленной и монокристальной структурой |
US4475582A (en) * | 1982-01-27 | 1984-10-09 | United Technologies Corporation | Casting a metal single crystal article using a seed crystal and a helix |
JP2003313089A (ja) * | 2002-04-19 | 2003-11-06 | Komatsu Electronic Metals Co Ltd | 単結晶シリコンの製造方法、単結晶シリコンウェーハの製造方法、単結晶シリコン製造用種結晶、単結晶シリコンインゴットおよび単結晶シリコンウェーハ |
RU2422564C2 (ru) * | 2006-08-29 | 2011-06-27 | Снекма | Способ изготовления монокристаллических зародышей одновременно с литьем монокристаллических деталей |
RU2329120C1 (ru) * | 2007-02-21 | 2008-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "САЛЮТ" (ФГУП "ММПП "САЛЮТ") | Способ изготовления монокристаллической отливки рабочей лопатки турбины газотурбинного двигателя с заданными аксиальной и азимутальной ориентацией сплава |
JP2009269776A (ja) * | 2008-05-01 | 2009-11-19 | Bridgestone Corp | 単結晶成長装置及び単結晶成長方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2602584C1 (ru) * | 2015-05-28 | 2016-11-20 | Акционерное общество "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (АО "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Способ изготовления монокристаллических затравок |
CN114606563A (zh) * | 2022-03-05 | 2022-06-10 | 湘潭大学 | 一种籽晶可通用和能重复使用制备单晶高温合金的方法 |
CN114618993A (zh) * | 2022-03-05 | 2022-06-14 | 湘潭大学 | 采用带孔冷却板辅助<001>取向籽晶制备单晶高温合金的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108624959B (zh) | 使用经固溶处理的籽晶制备单晶高温合金的方法 | |
RU2490088C2 (ru) | Способ изготовления лопаток с направленной кристаллизацией | |
CN109513881A (zh) | 一种可精控三维晶体取向的单晶高温合金叶片的铸造方法 | |
CN206912221U (zh) | 一种定向凝固炉用气体冷却装置 | |
US9144842B2 (en) | Unidirectional solidification process and apparatus and single-crystal seed therefor | |
US3857436A (en) | Method and apparatus for manufacturing monocrystalline articles | |
RU2492025C1 (ru) | Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией | |
RU2007132629A (ru) | Способ изготовления монокристаллических зародышей одновременно с литьем монокристаллических деталей | |
CN101255604A (zh) | 一种Ni基单晶高温合金采用籽晶制备的方法 | |
JPH03352B2 (ru) | ||
CN111216258B (zh) | 一种铸造单晶高温合金籽晶切割制备的方法 | |
US10421121B2 (en) | Method of manufacturing Ni alloy casting and Ni alloy casting | |
CN110252958A (zh) | 一种基于缘板中空/多孔结构抑制缘板杂晶缺陷的叶片铸型制备方法 | |
CN101255606A (zh) | 采用籽晶法与螺旋选晶法组合制备Ni基单晶高温合金的方法 | |
CN109351951B (zh) | 一种减少单晶叶片平台疏松缺陷的工艺方法 | |
EP0059549B1 (en) | Method of casting an article | |
JPH0120951B2 (ru) | ||
CN114369874B (zh) | 一种通过3d打印蜡模制备可控二次取向的合金试样的方法 | |
JPH0569079B2 (ru) | ||
RU1822375C (ru) | Способ получени затравок дл лить монокристальных изделий из никелевых жаропрочных сплавов | |
RU2602584C1 (ru) | Способ изготовления монокристаллических затравок | |
RU2285580C2 (ru) | Устройство для получения отливок методом направленной кристаллизации | |
CN114618993B (zh) | 采用带孔冷却板辅助<001>取向籽晶制备单晶高温合金的方法 | |
CN114775041B (zh) | 一种[111]取向单晶高温合金的制备方法 | |
CN114799377B (zh) | 可控制镍基单晶叶片铸造用籽晶晶体取向的切割方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20170130 |