據(jù)國內(nèi)媒體的報道，中國最新研制的AEF3500渦扇發(fā)動機(jī)即將要問世了。AEF3500發(fā)動機(jī)最大推力35噸，與美國波音787客機(jī)所使用的GENX、遄達(dá)1000推力相近。當(dāng)AEF3500渦扇發(fā)動機(jī)運用在CR-929客機(jī)上，將大幅度提高客機(jī)的航程，延長客機(jī)的使用壽命，并在一定程度上促進(jìn)軍用航發(fā)領(lǐng)域的發(fā)展。AEF3500渦扇發(fā)動機(jī)的亮相，說明我國打破了航空發(fā)動機(jī)相關(guān)研制阻礙，在新理論、新工藝和新材料上皆獲得重大成果，也說明我國離全球航空發(fā)動機(jī)的第一梯隊愈發(fā)地近了。

摘自網(wǎng)易新聞 

航空發(fā)動機(jī)的研制究竟難在哪兒？

航空發(fā)動機(jī)是為飛行器提供動力的熱力機(jī)械，需要在高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)的條件下工作，對研制的要求很高。航空發(fā)動機(jī)被認(rèn)為是迄今為止最為精密和復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，是一個國家的科技和工業(yè)水平的標(biāo)志之一。

1. 目前先進(jìn)的航空發(fā)動機(jī)工作溫度在1700攝氏度以上，大大超過發(fā)動機(jī)渦輪葉片鎳基合金的熔點。

2. 發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)增壓后的壓力高達(dá)50多個大氣壓，相當(dāng)于3倍的蓄滿水后的三峽大壩底部壓力。

3. 轉(zhuǎn)子每分鐘旋轉(zhuǎn)幾萬轉(zhuǎn)，葉尖承受的離心力相當(dāng)于40噸重卡車的拉力。

我們通常可以用推重比（推力/重量）綜合地評定發(fā)動機(jī)的水平。提高推重比最直接和最有效的技術(shù)措施是提高渦輪前的燃?xì)鉁囟取０凑胀ǔ５恼f法，渦輪前溫度提高100度，其他設(shè)計不變的話，發(fā)動機(jī)推力可以增加10%左右。高溫合金作為推動航空發(fā)動機(jī)發(fā)展的最為關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)材料，其性能和選擇是決定航空發(fā)動機(jī)性能的關(guān)鍵因素。隨著航空裝備的不斷升級，對航空發(fā)動機(jī)推重比的要求不斷提高，發(fā)動機(jī)對高性能高溫合金材料的依賴越來越大。目前高溫合金部件占到航空發(fā)動機(jī)重量的40%～60%，主要用于燃燒室、渦輪盤、葉片、機(jī)匣等關(guān)鍵熱端部件。

在過去幾十年里，國內(nèi)外研究者對高溫合金定向凝固缺陷進(jìn)行了廣泛、深入的研究，對各種鑄造缺陷的產(chǎn)生機(jī)理有了一定的認(rèn)識。但是，由于缺陷形成的復(fù)雜性和影響因素的多樣性以及受研究條件的限制不能直接觀察缺陷的形成過程。到目前為止，人們對各種缺陷的形成機(jī)制仍然不是很清楚，生產(chǎn)實踐中的缺陷也沒有得到徹底的解決。由于缺陷引起的葉片報廢居高不下，甚至成為單晶葉片發(fā)展的瓶頸。因此需要從合金設(shè)計、葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝過程控制多方面進(jìn)行攻關(guān)，也需要對生產(chǎn)過程的管理進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，尤其在高溫合金的冶煉、裝備技術(shù)方面還需要不斷地探索，為我國航空發(fā)動機(jī)和工業(yè)燃機(jī)熱端部件的制備提供重要的技術(shù)支撐。

這樣的背景之下，以高溫合金為代表的高溫金屬材料科學(xué)研究毫無懸念地成為了一個重大的時代命題和材料科學(xué)的前沿。在攻克這一命題和攀登高峰的過程中，有一部分科技先鋒在科研上引領(lǐng)前沿，在產(chǎn)業(yè)化上立足國家重大需求，在科學(xué)研究和成果轉(zhuǎn)化方面取得了一系列具有國際先進(jìn)水平的成果。《鑄造》在2019年第六期，特別推出“高溫合金”專題，旨在展示高溫合金材料研究成果和共享資源，推動我國高溫合金材料研究和制備的發(fā)展。本專題匯集了部分專家學(xué)者的研究成果，介紹了兩個從事高溫合金研究的團(tuán)隊及其研究成果。本專題在內(nèi)容的深度、廣度方面還存在不足，期待讀者朋友批評指正，我們將不斷改進(jìn)和提高。

熱腐蝕對高溫合金力學(xué)性能的影響以及防護(hù)措施的研究進(jìn)展

余竹煥，劉蓓蕾，王盼航，梅自寒，費禎寶

 （西安科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 陜西西安710054）

本文綜述了熱腐蝕對高溫合金疲勞性能、持久性能、蠕變性能以及其他力學(xué)性能的影響，總結(jié)了元素調(diào)控技術(shù)，表面防護(hù)涂層，激光噴丸技術(shù)等高溫合金的多種防護(hù)措施，為發(fā)展耐熱腐蝕高溫合金提供建議。

結(jié)論與展望

（1）在一定溫度下，鹽涂覆高溫合金經(jīng)過熱腐蝕后的疲勞性能、持久性能、蠕變性能以及其他力學(xué)性能均存在下降趨勢，合金受到嚴(yán)重?fù)p害。

（2）熱腐蝕后高溫合金疲勞壽命下降與凹坑、缺陷、化合物的形成、熱腐蝕侵蝕引起的再結(jié)晶有關(guān)。持久性能下降與合金表面承載能力的下降，表面氧化膜的破壞以及合金晶界強(qiáng)度的降低有關(guān)。蠕變性能的下降與熱腐蝕產(chǎn)生的腐蝕物、合金表面的微裂紋、以及晶界粘結(jié)強(qiáng)度下降有關(guān)。

（3）著重分析了高溫合金熱腐蝕防護(hù)措施，總結(jié)了元素優(yōu)化技術(shù)、表面防護(hù)涂層、激光噴丸（LP）技術(shù)以及其他表面強(qiáng)化技術(shù)等防護(hù)措施，并比較了各措施的優(yōu)缺點。

熱腐蝕使高溫合金力學(xué)性能受到嚴(yán)重?fù)p害，高溫合金牌號不同，熱腐蝕后其力學(xué)性能也有所差異。目前國內(nèi)外學(xué)者對合金熱腐蝕后的力學(xué)性能研究甚少，未能對其力學(xué)性能的影響得出統(tǒng)一規(guī)律，且影響機(jī)理仍需完善，因此熱腐蝕對合金力學(xué)性能的影響還有待于研究。同時，國內(nèi)外研究出的熱腐蝕防護(hù)措施均有利弊，無法大幅度提高合金的耐熱腐蝕性能，且由于熱腐蝕影響因素十分復(fù)雜，在研究防護(hù)措施時更應(yīng)考慮其多樣化，有效減少高溫合金因熱腐蝕而產(chǎn)生的損失。

《鑄造》2019年06期

高溫合金單晶鑄件中條紋晶缺陷的試驗研究

馬德新1,2，王 富3，孫洪元1,2，徐維臺1

（1. 深圳萬澤中南研究院， 廣東深圳 518045;  2.中南大學(xué)，湖南長沙410083; 3.西安交通大學(xué)，陜西西安710049）

對幾種高溫合金鑄件中的條紋晶缺陷進(jìn)行了考察和分析。發(fā)現(xiàn)條紋晶多出現(xiàn)于豎直的葉身部位，葉背多于葉盆，上部多于下部，而葉根（榫頭）部位極少出現(xiàn)。在豎直的葉身部位的條紋晶多是縱向生長，但也有的是斜向發(fā)展。而處于水平狀態(tài)的葉冠或緣板上會出現(xiàn)橫向的條紋晶缺陷。所有條紋晶都是在基體枝晶組織的基礎(chǔ)上形成，其基本走向由基體枝晶決定，不論這些枝晶是縱向，斜向還是橫向。條紋晶不僅是是細(xì)長的線性缺陷，也可能發(fā)展為大尺度的三維缺陷，嚴(yán)重影響單晶鑄件的質(zhì)量。從鑄件的微觀組織來看，條紋晶實際上起源于單晶基體上分裂出來的一段枝晶。

結(jié)論

（1）單晶葉片鑄件中的條紋晶缺陷多出現(xiàn)于豎直的葉身部位，葉背多于葉盆，上部多于下部，在葉根（榫頭）部位極少出現(xiàn)。在豎直的葉身部位除了縱向的條紋晶，也發(fā)現(xiàn)了斜向條紋晶。在水平狀態(tài)的葉冠或緣板部位則會出現(xiàn)橫向的條紋晶缺陷。但所有條紋晶都是在基體枝晶組織的基礎(chǔ)上形成，其基本走向由基體枝晶決定。

（2）經(jīng)勞厄分析儀測量，條紋晶與鑄件基體之間的晶向偏差不大，一般在幾度到十幾度之間。

（3）條紋晶過去被認(rèn)為是細(xì)長的線性缺陷，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)它可以發(fā)展為大尺寸的三維缺陷，成為嚴(yán)重影響單晶鑄件質(zhì)量的宏觀晶粒缺陷。

（4）從鑄件的微觀組織來看，條紋晶實際上起源于從單晶基體上斷裂出來的一段枝晶。枝晶斷裂的發(fā)生一是因為枝晶某些部位特別薄弱，例如嵌入了氧化夾雜，二是因為收縮應(yīng)力過分集中，例如型殼內(nèi)壁與鑄件表面發(fā)生嚴(yán)重粘連。

《鑄造》2019年06期

幾種鎳基高溫合金的過冷能力和單晶可鑄性的研究與比較

馬德新1,2,  張瓊元3, 王海洋3, 李林蓄3

（1.中南大學(xué)，湖南長沙410083; 2.深圳萬澤中南研究院，廣東深圳 518045;3.東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司， 四川德陽 618000）

對6種鎳基高溫合金熔體在陶瓷型殼中的凝固行為進(jìn)行了測量，得出了各種合金的液相線溫度TL、臨界形核溫度TN和臨界形核過冷度DTN = TL-TN，發(fā)現(xiàn)它們具有明顯不同的過冷能力。在單晶葉片的鑄造實驗中，具有高過冷能力（高于40 ℃）的合金在宏觀上抗雜晶能力最強(qiáng)，但容易形成枝晶碎臂微觀缺陷。具有中等過冷能力（20～30 ℃）的合金，既能有效防止宏觀雜晶缺陷的發(fā)生，又能避免微觀碎晶的形成，顯示出最佳的單晶可鑄性。而具有很低過冷能力（低于10 ℃）的合金，抗雜晶能力非常弱，表現(xiàn)出很差的單晶可鑄性。鎳基高溫合金具有相似的化學(xué)成分，卻顯示出明顯不同的過冷能力和單晶可鑄性，對其原因還需要做進(jìn)一步的研究。

結(jié)論

對6種鎳基高溫合金在陶瓷型殼中的凝固行為進(jìn)行了測量分析，發(fā)現(xiàn)它們具有明顯不同的臨界形核過冷度和單晶可鑄性。具有高過冷度（超過40 ℃）的合金在宏觀上抗雜晶能力最強(qiáng)，但由于枝晶在深過冷狀態(tài)下生長太快，容易形成枝晶碎臂的微觀缺陷。但是具有中等過冷度（20～30 ℃之間）的合金，既能有效防止宏觀雜晶缺陷的發(fā)生，又能避免微觀碎臂晶的形成，顯示出最佳的單晶可鑄性。而具有低過冷度（小于10 ℃）的合金很容易產(chǎn)生雜晶的形核與長大，表現(xiàn)出最差的單晶可鑄性。對于成分相似的合金卻具有明顯不同的過冷能力和單晶可鑄性的原因， 還需要做進(jìn)一步的研究。

《鑄造》2019年06期

攪動法細(xì)晶鑄造K492M合金的顯微組織和拉伸性能

姜　華1，李相輝1，蓋其東1，陳　昊2

（1. 北京航空材料研究院 先進(jìn)高溫結(jié)構(gòu)材料重點實驗室， 北京100095；2. 空軍裝備部駐北京地區(qū)第六軍事代表室，北京100024）

采用掃描電子顯微鏡（SEM）、電子探針（EPMA）和拉伸性能測試等手段，研究了攪動法細(xì)晶鑄造K492M合金的顯微組織和拉伸性能。顯微組織觀察表明，鑄態(tài)組織主要包括γ基體、γ′相、碳化物及γ/γ′共晶；熱處理后，合金枝晶干和枝晶間處的γ′相由大、小兩種尺寸組成，共晶組織未完全溶于基體；碳化物沿晶界析出，呈鏈狀分布。合金在750 ℃的抗拉強(qiáng)度和伸長率分別為（1157±12）MPa和（9.1±2）%。抗拉斷口SEM觀察顯示，斷裂機(jī)理主要為韌窩斷裂。

結(jié)論

（1）攪動法細(xì)晶鑄造工藝制備的K492M合金試棒鑄態(tài)組織包括主要包括γ基體、γ′相、碳化物及γ/γ′共晶。其中，合金枝晶干處的γ′相形狀規(guī)則，呈立方形，體積分?jǐn)?shù)和尺寸分別為50%和0.33 μm；枝晶間處的為54%和0.49  μm。

（2）熱處理后，枝晶干處γ′相為規(guī)則長方形形狀；尺寸為0.36 um，枝晶間處γ′相為不規(guī)則形狀，尺寸為0.71 um；同時，枝晶干和枝晶間還析出了圓形的細(xì)小γ′相（＜0.1 μm）；碳化物沿晶界呈鏈狀分布析出。

（3）合金在750 ℃下的抗拉強(qiáng)度和伸長率分別為（1157±12）MPa和（9.1±2）%。斷裂機(jī)理主要為韌窩斷裂。

《鑄造》2019年06期

高溫合金單晶鑄件中雜晶缺陷的試驗研究

馬德新1,2，王 富3，孫洪元1,2，徐維臺1,2

（深圳萬澤中南研究院，廣東深圳 518045; 2.中南大學(xué)，湖南長沙410083; 3.西安交通大學(xué)，陜西西安710049）

分析了高溫合金單晶葉片鑄件中雜晶缺陷的特征和形成機(jī)理。指出雜晶主要產(chǎn)生在鑄件橫截面大幅度擴(kuò)張的部位，如緣板和葉冠處，原因是邊角處冷卻過快，熔體過冷超過了合金的臨界形核過冷度。通過試驗驗證了葉片形狀、凝固工藝和合金過冷能力等因素的影響，并提出了這種幾何性雜晶形成的條件判據(jù)。在生產(chǎn)試驗中還發(fā)現(xiàn)雜晶也會由其他原因引起，如在型殼內(nèi)壁的裂紋處和型殼與芯頭的間隙中，澆注時滲入的金屬液在凝固時形成雜亂晶向的金屬披縫，有可能長入鑄件形成雜晶。另外， 鑄件在定向凝固中若產(chǎn)生雀斑缺陷，則雀斑鏈中的細(xì)小等軸晶粒可能會繼續(xù)生長，擴(kuò)展為粗大的雜晶組織。條紋晶也可發(fā)展成為三維的大尺度雜晶缺陷，但與基體的晶向偏離不會太大。

結(jié)論

（1）高溫合金單晶鑄件中雜晶缺陷的產(chǎn)生大多具有明顯的幾何結(jié)構(gòu)特征，主要產(chǎn)生在橫截面大幅度擴(kuò)張的部位如緣板和葉冠處，起源于相應(yīng)的幾何性（或結(jié)構(gòu)性）液體過冷引起的新晶粒形核。對這種幾何性雜晶的形成提出了條件判據(jù)，表征了葉片形狀、凝固工藝和合金過冷能力等因素的影響。

（2）在型殼內(nèi)壁的缺陷如裂紋、粘砂和芯頭間隙處，滲入的金屬液會形成雜晶晶粒并可能長入鑄件。

（3）雀斑缺陷中的細(xì)小等軸晶粒可能會繼續(xù)生長成為粗大雜晶。在這種情況下，雜晶的形成起源于糊狀區(qū)內(nèi)枝晶臂的碎化。

（4）條紋晶可發(fā)展成為三維的大尺度雜晶缺陷，但與基體的晶向偏離不會太大。在這種情況下，相應(yīng)雜晶起源于糊狀區(qū)內(nèi)枝晶主干的撕斷和錯位。

《鑄造》2019年06期

定向凝固工藝對高溫耐蝕單晶高溫合金組織和應(yīng)力斷裂性能的影響

Effect of directional solidification process on microstructure and stress rupture property of a hot corrosion resistant single crystal superalloy

Liang Luo, Cheng-bo Xiao, Jing-yang Chen, et al 

北京航空材料研究院（BIAM）研制出了適用于高溫結(jié)構(gòu)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(tài)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(jìn)行了對比研究。研究結(jié)果表明，采用液態(tài)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?jǐn)?shù)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）。

《中國鑄造》（英文版）2019年01期

采用液態(tài)金屬冷卻（LMC）工藝對重型燃?xì)廨啓C(jī)葉片進(jìn)行定向凝固鑄造

Directional solidification casting technology of heavy-duty gas turbine blade with liquid metal cooling （LMC） process

Xiao-fu Liu, Yan-chun Lou, Bo Yu, et al

沈陽鑄造研究所有限公司的研究團(tuán)隊采用DZ466高溫合金利用液態(tài)金屬冷卻（LMC）技術(shù)制備重型燃?xì)廨啓C(jī)大型葉片，研究了陶瓷殼強(qiáng)度和一些重要的工藝參數(shù)，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(jié)果表明，中等強(qiáng)度陶瓷型殼（高溫抗彎強(qiáng)度為 8 MPa，熱沖擊后抗彎強(qiáng)度為 12 MPa，殘余抗彎強(qiáng)度為20 MPa） 可以防止葉片的斷裂和跑火。適當(dāng)?shù)募訜釥t溫度（上區(qū)1,520 ℃，下區(qū)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(jìn)晶粒的競爭生長，避免柱狀晶粒沿晶粒方向<001>發(fā)生較大偏離，晶粒結(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)，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。

《中國鑄造》（英文版）2019年01期

鎳基單晶高溫合金DD5在長期時效過程中界面位錯網(wǎng)絡(luò)的演化

Evolution of interfacial dislocation networks during long term thermal aging in Ni-based single crystal superalloy DD5

Qiang Gao, Li-rong Liu, Xiao-hua Tang, et al

沈陽工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院的研究團(tuán)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(wǎng)的演變進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：在時效的早期階段，錯配位錯形成，然后在（001）界面發(fā)生取向重排，矢量方向從< 110 >變?yōu)?lt; 100 >方向。位錯反應(yīng)會形成不同類型的方形或矩形位錯網(wǎng)。隨著熱時效時間的延長，四組位錯組成的方形位錯網(wǎng)可以轉(zhuǎn)化為八角形位錯網(wǎng)，再通過位錯反應(yīng)形成其他方形位錯網(wǎng)。由四組位錯組成的矩形位錯網(wǎng)可以轉(zhuǎn)化為六邊形位錯網(wǎng)。界面位錯網(wǎng)促進(jìn)γ’相的形筏過程。位錯網(wǎng)間距越來越小，導(dǎo)致晶格錯配度從-0.10%增加到-0.32%。

《中國鑄造》（英文版）2019年01期

復(fù)雜鎳基單晶鑄件平臺上的枝晶

Dendritic branching patterns in platforms of complex Ni-based single crystal castings

Min Huang, Gong Zhang, Dong Wang, et al

中國科學(xué)院金屬研究所的研究團(tuán)隊采用光學(xué)顯微鏡（OM）、電子探針微量分析儀（EPMA）、差熱掃描量熱儀（DSC），Thermo-Cal軟件和Pro-CAST軟件對鎳基單晶鑄件（SX）不同截面上的枝晶形態(tài)進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，不同代次的鎳基單晶鑄件平臺外側(cè)的枝晶形態(tài)相似。即初晶相通過發(fā)展二次枝晶的形式占據(jù)了整個平臺的底部，從二次枝晶中發(fā)展出的三次枝晶一直填充滿整個平臺。隨著鎳基單晶鑄件代次的增加，由于難熔合金元素含量的增加和定向凝固中偏析的出現(xiàn)，平臺內(nèi)部的熔體過冷度顯著增加，高階枝晶尖端的生長速度也顯著增加。此外，高代次的鎳基單晶合金的的平臺內(nèi)側(cè)表現(xiàn)出較強(qiáng)的枝晶分枝能力。

《中國鑄造》（英文版）2019年02期