鎳基高溫單晶的制備及組織控制規(guī)律研究.pdf

1、本文通過快速凝固法制備具有單晶組織結(jié)構(gòu)的鑄件，其中包括優(yōu)化模殼制備工藝過程，探索更為合理的模殼用料配比以及單晶鑄件的制備。以此為基礎(chǔ)，研究溫度梯度在定向凝固過程中的作用及影響，包括溫度梯度的測量方法、溫度梯度的實(shí)驗(yàn)分析等;同時(shí)，研究抽拉速度對鎳基高溫合金CMSX-6單晶組織的影響，包括抽拉速度對單晶葉片的宏觀組織、微觀組織、枝晶干區(qū)域γ'相的尺寸大小以及數(shù)量三個(gè)方面的影響進(jìn)行了分析，探討固液界面生長速度與抽拉速度之間的關(guān)系以及兩者對組織

2、結(jié)構(gòu)特征產(chǎn)生的影響;另外，研究熔體過熱處理對鎳基高溫合金CMSX-6單晶組織的影響，包括熔體的過熱時(shí)間對晶粒組織、枝晶間距和枝晶間γ'相的影響以及熔體過熱溫度對單晶組織的影響。
　　研究結(jié)果表明，熔體澆鑄之前模殼從上往下的溫度分布并不與保溫加熱器上下爐體設(shè)定的溫度完全一致，離激冷板處只有10mm處模殼內(nèi)部溫度較低，其他位置的溫度相差不大，且接近保溫加熱器上下爐體設(shè)定溫度。在凝固過程中，離激冷板處只有10mm時(shí)，溫度梯度較大，晶粒的

3、生長界面不穩(wěn)定，存在多個(gè)晶粒競相生長現(xiàn)象，離激冷板處40mm處為螺旋選晶器的位置，晶粒個(gè)數(shù)僅剩一個(gè)，出現(xiàn)γ'相與γ基體共格現(xiàn)象，溫度梯度有所提高。而后，合金固液界面的溫度梯度不斷降低，晶粒組織較為粗大，并出現(xiàn)枝晶分叉現(xiàn)象。
　　抽拉速度設(shè)定為1mm/min時(shí)，柱狀晶組織很不明顯，缺陷較為嚴(yán)重，出現(xiàn)斷晶現(xiàn)象。抽拉速率為2.5 mm/min和4mm/min時(shí)，定向柱晶平行于應(yīng)力軸，且晶粒大小均一、橫向的晶粒寬度適中、縱向排列整齊;抽拉

4、速率為5.5mm/min時(shí)，柱狀晶組織粗大，生長方向偏離主應(yīng)力軸，出現(xiàn)較大的雜晶缺陷。另外，化合物γ'-Ni3Al通過過飽和固溶體冷卻而沉淀析出，并隨著抽拉速度的不斷增大，γ'相的尺寸逐漸變小數(shù)量增多。
　　過熱溫度保持1620℃時(shí)，過熱時(shí)間為25min時(shí)，合金的枝晶間距較大，γ'相雖較規(guī)整，但粗大;過熱時(shí)間為50min時(shí)，合金的枝晶間距較小，顯微組織更細(xì)，γ'相交得更規(guī)整且細(xì)小;過熱時(shí)間為75min時(shí)，合金的枝晶組織重新粗化，顯

5、微組織的枝晶間距變大，γ'相又變的粗大且形狀很不規(guī)則。當(dāng)熔體過熱時(shí)間保持50min時(shí)，過熱溫度為1450℃時(shí)，合金的枝晶間距較大;過熱溫度為1620℃時(shí)，合金的枝晶間距小，顯微組織更細(xì);當(dāng)過熱溫度為1740℃時(shí)，合金的枝晶間距再次變大，
　　熔體過熱溫度越高或在某一熔體溫度過熱時(shí)間越長，對鎳基單晶合金CMSX-6的晶粒組織、枝晶間距、枝晶間γ'相不一定越好，需要一個(gè)適宜的過熱溫度和過熱時(shí)間協(xié)調(diào)的配合，才能獲得更為理想的鎳基單晶組織