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關于鎳基高溫合金，我們都在研究什么？

2019-03-01 16:02:09 作者：本網整理來源：鑄造雜志分享至：

鎳基高溫合金

鎳基高溫合金是指可在650-1,200℃范圍內使用，以鎳為基體的奧氏體型合金，約有40%的高溫合金為鎳基合金。按照工藝，可將其分為變形、鑄造（定向、單晶、共晶）、彌散強化、粉末合金四類。其中鑄造鎳基高溫合金廣泛用于制造燃氣渦輪發動機導向葉片、渦輪轉子葉片以及航天、能源、石油化工等領域的高溫構件。

采用傳統的高速凝固法（HRS）制備單晶葉片，隨著凝固界面的推進，通過熱傳導和熱輻射所引起的散熱，導致凝固界面前端的溫度梯度急劇下降。此外，單晶工業燃氣輪機葉片的尺寸和重量通常是航空發動機葉片的數倍，這使得鑄件缺陷的預防更加復雜。

改善溫度梯度是減少或消除鑄件缺陷的有效途徑。液態金屬冷卻（LMC）技術作為一種強大的定向凝固（DS）技術，有望用于制造單晶（SC）渦輪葉片。大量研究證明，采用LMC工藝制備大尺寸工業燃氣輪機單晶葉片，具有較高溫度梯度，較細的枝晶，較少的凝固缺陷，降低凝固偏析和提高力學性能等優點。因此，在過去的幾十年中， LMC工藝在鎳基單晶高溫合金制備中的應用日益得到關注。

高速凝固法（HRS）和液態金屬冷卻法（LMC）對比

北京航空材料研究院（BIAM）研制出了適用于高溫結構材料的第一代耐高溫腐蝕鎳基單晶高溫合金DD488。為了研究不同的凝固工藝對DD488合金的微觀組織和持久性能的影響，研究人員通過高速凝固法和液態金屬冷卻法制備DD488合金，并對兩種工藝所制備的合金的微觀組織和持久性能進行了對比研究。研究結果表明，采用液態金屬冷卻法制備的DD488合金的一次枝晶間距（236.8μm）小于高速凝固法制備的DD488合金（323.9μm），熱處理后的合金中γ‘相的體積分數高于高速凝固法制備的合金，且持久性能（110.0 h）高于高速凝固法制備的合金（76.8 h）。論文下載見末[1]。

液態金屬冷卻法（LMC）工藝參數探索

沈陽鑄造研究所有限公司的研究團隊采用DZ466高溫合金利用液態金屬冷卻（LMC）技術制備重型燃氣輪機大型葉片，研究了陶瓷殼強度和一些重要的工藝參數，如保溫溫度、保溫時間和抽拉速度等對葉片成型的影響。研究結果表明，中等強度陶瓷型殼（高溫抗彎強度為 8 MPa，熱沖擊后抗彎強度為 12 MPa，殘余抗彎強度為20 MPa）可以防止葉片的斷裂和跑火。適當的加熱爐溫度（上區1,520 ℃，下區1,500 ℃）可以消除寬角度晶界、晶粒偏斜和殼裂紋引起的跑火。澆注后的保溫時間（3-5 min）可以促進晶粒的競爭生長，避免柱狀晶粒沿晶粒方向<001>發生較大偏離，晶粒結構平直，分布均勻。此外，為了避免流紋的形成并保證葉片表面的光滑，需要保證抽拉率不大于晶粒的生長速度。研究還發現，葉片微觀組織的枝晶間距隨著凝固速度的增加而減小，隨著凝固位置與激冷盤距離的增加而增大。論文下載見末[2]。

長期時效過程中的界面位錯網演變

沈陽工業大學材料學院的研究團隊在1,100℃下，通過FE-SEM對鎳基單晶高溫合金DD5長期熱時效過程中的界面位錯網的演變進行了研究，研究結果表明：在時效的早期階段，錯配位錯形成，然后在（001）界面發生取向重排，矢量方向從< 110 >變為< 100 >方向。位錯反應會形成不同類型的方形或矩形位錯網。隨著熱時效時間的延長，四組位錯組成的方形位錯網可以轉化為八角形位錯網，再通過位錯反應形成其他方形位錯網。由四組位錯組成的矩形位錯網可以轉化為六邊形位錯網。界面位錯網促進γ’相的形筏過程。位錯網間距越來越小，導致晶格錯配度從-0.10%增加到-0.32%。論文下載見末[3]。