一種三維取向可精控的高溫合金鑄造設(shè)備

程干；杜應(yīng)流；葛丙明；戴勇；馮文剛；施長坤；夏厚明；程善良；朱曉飛

隨著飛機(jī)、艦船等對發(fā)動機(jī)推力和效率需求的不斷提高，發(fā)動機(jī)渦輪進(jìn)口溫度急劇上升，推重比10 以上航空發(fā)動機(jī)渦輪前進(jìn)口溫度已達(dá)1600 ～ 1650 ℃。為滿足不斷增長的渦輪進(jìn)口溫度，各種高溫材料如鎳基高溫合金、金屬間化合物、陶瓷、C /C 復(fù)合材料等不斷獲得發(fā)展和應(yīng)用。鎳基單晶高溫合金具有優(yōu)良的拉伸、持久、抗氧化和抗腐蝕性能，近年來新型高代次的鎳基單晶高溫合金通過添加Re 大大提高了合金的蠕變強(qiáng)度，同時添加Ru 等難熔元素，進(jìn)一步提高了合金的高溫性能和組織穩(wěn)定性。結(jié)合氣冷結(jié)構(gòu)和涂層技術(shù)，在1100 ℃左右溫度和高應(yīng)力下鎳基單晶高溫合金仍可長時間服役。因此鎳基高溫合金在渦輪發(fā)動機(jī)中仍將有廣闊的應(yīng)用前景。

鎳基單晶高溫合金是具有面心立方結(jié)構(gòu)的固溶體，具有 001 > 方向的擇優(yōu)取向，其主要特點是去除了易產(chǎn)生裂紋源的晶界，因此其高溫力學(xué)性能明顯提高。由于定向凝固和單晶葉片外形復(fù)雜，內(nèi)部為復(fù)雜空心氣冷結(jié)構(gòu)，制造過程中頻繁出現(xiàn)偏晶、雜晶、雀斑、小角晶界等缺陷，晶界的出現(xiàn)割裂了晶體的完整性，顯著降低了單晶合金的力學(xué)性能，導(dǎo)致葉片合格率降低。隨著單晶高溫合金的發(fā)展，不斷加入更多的難熔元素，第三代、第四代單晶高溫合金中難熔元素的總含量達(dá)到20% 以上。由于難熔元素具有低擴(kuò)散系數(shù)，加劇了雜晶、雀斑等凝固缺陷的形成，同時使單晶葉片晶體取向的控制更加困難。而葉片結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步復(fù)雜化及尺寸大型化等因素，使晶體取向的偏離已成為單晶葉片的一個重要缺陷 。