鑄造方法及裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供用于制造無宏觀缺陷的高品質鑄造物的鑄造技術。本發明專利技術著眼于定向凝固或ＥＳＲ、ＶＡＲ等重熔法制備鑄錠的凝固過程中固液共存相中的液相流動現象，闡明了對固液共存相全體施加強磁場以抑制成為形成宏觀偏析的原因的枝晶間極低速液相流動，從而可抑制線狀偏析等宏觀缺陷。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及鑄造
，涉及含有由多晶顆粒生成柱狀枝晶組織(稱為DS材)以及由單一顆粒生成枝狀組織(稱為Mono-crystal或SX材)的 定向凝固鑄造物，并涉及通過電渣重熔法(ESR)、真空電弧重熔法(VAR) 等重熔法制備鑄錠時主要用于改善宏觀偏析的鑄造技術。
技術介紹
定向凝固鑄造物作為本專利技術
的定向凝固鑄造物的例子，可舉出用于飛機用噴氣 引擎、發電用燃氣輪機的渦輪葉片材料。圖1 (a)表示現在使用的典型的 定向凝固裝置的概要。向設置在水冷臺上的陶瓷鑄模(實際鑄模為復雜的3 維形狀)內澆鑄熔融金屬后，將鑄模由使其保持高溫的加熱爐沿重力方向拉 引而使依次凝固，得到含有多晶柱狀枝晶組織(稱為DS材)或單一枝狀組 織(稱為SX材)的鑄造物。圖中表示在拉引過程中的液相、固液共存相(Mushy zone,共存區域)以及固相。未給出詳細的澆鑄裝置、真空容器等實際裝置。 由于渦輪葉片在極其嚴酷的條件下使用，使用高溫強度等耐熱性優越的Ni 基合金作為主要材料。然而，在這些渦輪葉片上產生稱作線狀偏析的管道偏 析、不定向結晶缺陷(misoriented grain defects),微觀氣孔等鑄造缺陷，成為 制品成品率低的主要原因(例如參照文獻1的321頁)。關于線狀偏析的形成原因，現在可定性的參考以下。Ni基超合金的特 征之一是在合金基體的y相整齊析出的y，相(被稱為"伽馬撇"相的以 Ni3(Al，Ti)為基本組成的金屬間化合物)，通常隨y，相體積率的增加高溫 強度提高。但是，在含有比Ni輕的Al、 Ti、 W等的合金中，隨著凝固的進 行，這些元素偏聚的枝晶間的液相的密度減小。因此，這樣的合金在沿與重 力相反方向凝固的情況下，固液共存相的底部即枝晶的根部的液相密度相對 于液相即枝晶的先端部的密度為小(本說明書中將這樣的合金稱之為相對于對流"溶質不穩定")。另一方面，由于枝晶根部的溫度分布比先端部低， 密度也較大，因此不產生對流。即，成為"熱穩定"。溶質不穩定度大于熱 穩定度時，在形成密度逆轉層的固液共存相中，液相以此密度差為原因產生上升流，容易產生稱為線狀偏析(freckle)的管道偏析。此外，容易產生 枝晶的成長被破壞的不定向結晶(本說明書將此類合金稱為"浮上型合金 (upward type of buoyancy )")。在Ni基超合金葉片中生成的線狀偏析， 理解為是由基于這樣的密度差的上升流而產生的。現在，為了降低這些鑄造缺陷，改善加熱、保持溫度、拉引速度、輻射 冷卻能等鑄造條件，或添加比Ni重的Ta等元素而調節成分等，做出很多試 驗錯誤的改良努力，但仍然不夠。因此，急需一種能消除這樣的鑄造缺陷的 技術。通過重熔法制備鑄錠在電渣重熔法(ESR)、真空電弧重熔法(VAR)等重熔法制備鑄錠中， 具有液相池及固液共存相的深度相對較淺的特征。雖然在上述定向凝固法中 抑制了從側面開始的凝固，但這些重熔法由于鑄模(通常使用水冷銅鑄模) 散熱從側面開始的凝固也進行的點上不一樣。由ESR或VAR制造Ni基超合 金，生成以線狀偏析(管道偏析)為首的宏觀偏析廣為人知(參照文獻2)。 上述的重熔法，浮上型合金是當然的，而其相反的沉降型合金(即隨著凝固 的進行枝間溶質偏聚液相的密度增大的合金)也產生上述的偏析缺陷。為降 低這樣的鑄造物缺陷，雖然設定冷卻條件、熔化速度等鑄造條件或調整化學 成分來盡可能地降低液相池的深度(特別是對沉降型合金有效)或能增加冷 卻速度，但隨著鑄錠的斷面面積的增大，上述偏析缺陷的生成無可避免。因 此，在用于上述Ni基超合金渦輪葉片、鐵基合金發電用渦輪轉子等的鑄錠 的制造中，急需一種盡可能增大尺寸而偏析較少的鑄錠的穩定制造技術。
技術實現思路
本專利技術提供定向凝固鑄造物及由ESR、 VAR等重熔法制備高品質鑄造物 的鑄造技術，在鑄造物中沒有生成主要由固液共存相中的液相的流動產生的 線狀偏析等宏觀偏析。本專利技術率先闡明了在上述鑄造工藝中，特別著眼于固液共存相中的液相8流動現象，針對上述固液共存相全體施加強磁場，使該相內枝晶間極低速流 動的液相得以抑制，由此消除線狀偏析等宏觀偏析。 附圖說明圖l表示具體例1中的定向凝固法的概要，(a)表示現有制造方法的概 要，(b)表示本專利技術涉及的制造方法的概要；圖2表示Ni-10wt%Al合金以及IN718合金在凝固過程中溫度和固相體 積率的關系(關于IN718參考文獻10的圖1);圖3表示Ni-10wt%Al合金凝固中的液相溶質濃度變化；圖4表示IN718合金在凝固過程中液相溶質濃度變化(參考文獻10的 圖2);圖5表示Ni-10wt%U合金以及IN718合金在凝固過程中的液相密度變化；圖6表示Al濃度的等高線，表示在軸向所施加磁場Bz對具體例1中 Ni-10wt%Al合金圓形定向凝固鑄錠的線狀偏析偏析的作用效果；(a)表示 Bz=0, ( b )表示Bz=5特斯拉，(c )表示Bz=l 0特斯拉，(d )表示在這些 鑄錠的RR，斷面(距底面91.9mm)中的Bz的效果。圖7表示和圖6相同的鑄錠在凝固途中(18分鐘后)的固相率分布；(a) 為全斷面，(b)為外周部的局部擴大圖。圖8表示和圖6相同的鑄錠在凝固途中(18分鐘后)的液相流動；(a ) 為Bz=0， ( b )為Bz=10特斯拉。圖9表示Al濃度等高線，表示具體例2中Ni-10wt。/。合金方形定向凝固鑄 錠的線狀偏析偏析；(a)為橫斷面(距底面86.6mm)中的線狀偏析，(b) 為縱斷面(Y方向斷面)中的線狀偏析。圖IO表示和圖9相同的鑄錠的Y方向末端縱斷面中20分鐘后的(a)Al的 線狀偏析偏析及固相率分布，(b)固液共存相及液相中流動場及固相率分 布。圖中的等高線表示固相率為0. 2、 0.4、 0. 6和0. 8。背景上部的灰色表 示液相，淺灰色表示固液共存相、下部的深灰表示固相。速度向量經過規格 化處理。圖11表示Al濃度的等高線，表示在軸向所施加磁場Bz對在具體例2中Ni-10wt%Al合金方形定向凝固鑄錠中產生的線狀偏析偏析的作用效果； 圖(a )表示Bz=0，圖(b )表示Bz-3特斯拉，圖(c )表示Bz=5特斯拉的 情形。圖(d)表示的XX，斷面(距底面91.9mm， Y方向斷面)中偏析抑制 的效果。圖12表示Al濃度的等高線，表示在Y方向施加磁場(Bz-3特斯拉) 對具體例2中Ni-10wt°/。Al合金方形定向凝固鑄錠中產生的線狀偏析偏析的 作用效果；(a)表示XX，斷面(距底面91. 9mm) , (b)表示Y方向斷面中 的偏析。圖13表示Al濃度的等高線，表示在縱向所施加磁場對具體例3中 Ni-10wt%Al合金薄板定向凝固鑄錠中產生的線狀偏析點偏析的作用效果； (a )表示Bz=0， ( b )表示Bz=l特斯拉，(c )表示Bz=2特斯拉的情形。 各圖中縱向表示Y方向斷面，橫斷面表示XX，橫斷面(距底面91. 9mm)。圖14表示Nb濃度的等高線，表示在軸向所施加磁場Bz對具體例4的 IN718 Ni-10wt°/。Al合金重熔工藝中鑄錠中心部的線狀偏析偏析的作用效果； (a )表示Bz=0， ( b )表示Bz=5特斯拉，(c )表示Bz=10特斯拉的情形。圖15本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鑄造物的制造方法，其為通過浮上型Ｎｉ基合金制備鑄件或鑄錠等的單晶組織（稱為ＳＸ材料）鑄造物的制造方法，其特征在于，在該制造方法中形成固相、固液共存相以及液相區域，伴隨著將這些區域由一端向另一端移動而定向凝固，所述定向凝固發生時，為抑制在固液共存相中產生導致線狀偏析的上升流動（管道流動）或導致宏觀偏析的枝間極低速液相流動中的至少一種流動，對所述固液共存相全體施加所需強度的靜磁場。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：戎嘉男，
申請(專利權)人：株式會社英比壽，
類型：發明
國別省市：JP[日本]