磁场作用下镍基高温合金定向凝固的研究进展

赵 勇，苏海军，张 军，刘 林，傅恒志

(西北工业大学，凝固技术国家重点实验室，西安 710072)

0 引 言

镍基高温合金具有较高的高温强度，良好的抗氧化、耐腐蚀性能以及优异的组织稳定性，是航空发动机和地面燃气轮机高温热端部件，特别是涡轮叶片主流使用的核心关键材料[1]。定向凝固技术通过控制单向热流，消除了横向晶界，极大提升了高温合金的力学性能，是目前发动机定向柱晶和单晶叶片常用的制备技术。通常，高温合金的力学性能不仅与合金成分、凝固工艺参数有关，还与枝晶间距、析出相等[2](如图1所示)密切相关。为了进一步改善和提高合金的承温能力，研究人员主要通过添加难熔元素[3]或优化凝固工艺[4-6]的方法来提高高温合金的力学性能。

图1 镍基高温合金定向凝固组织示意

随着难熔元素含量的不断增加，单晶高温合金代次不断提高，目前已经发展到了第六代[3]；但大量难熔元素的添加导致合金密度不断增大，组织易产生严重的成分偏析并析出有害相，这使得通过该途径提高合金高温性能受到一定限制。与此同时，定向凝固技术不断取得新进展。传统定向凝固方法由Bridgman发明[7]，其基本原理是用隔热挡板将上部加热区和下部冷却区隔开而形成一维温度梯度，铸件在上部加热区发生熔化，在下部经历强制冷却，通过定向抽拉获得单向排列的凝固组织。在此基础之上发展了快速凝固技术(high rate solidification，HRS)，目前已较为成熟，但其温度梯度和冷却速率较小，因此凝固组织粗大、枝晶偏析严重，影响了合金综合性能的提高[8]。……