DD5單晶合金的定向凝固組織及模殼熱導(dǎo)體的應(yīng)用研究.pdf

1、鎳基單晶高溫合金由于具有較好的耐熱性、抗氧化性、抗熱蝕性及抗蠕變性能，被廣泛應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)上。因此研究單晶葉片的制備工藝和鑄態(tài)組織具有重大意義。
　　本文以國(guó)內(nèi)第二代鎳基單晶高溫合金DD5為研究對(duì)象，利用HRS法，在抽拉速率為3mm/min下制備了兩種試棒:一種為普通的不帶選晶器的定向凝固試棒，組織為柱狀晶;一種為帶選晶器的試棒，組織為單晶。用X射線對(duì)試棒物相組成進(jìn)行定性分析;利用差熱分析法對(duì)合金相變點(diǎn)溫度、固相線

2、及液相線進(jìn)行測(cè)量。對(duì)試棒的鑄態(tài)組織中的一次枝晶、二次枝晶間距;γ、γ'相、共晶組織形貌和大小進(jìn)行分析。同時(shí)利用能譜儀分析了距離水冷銅盤(pán)不同高度處縮松行為和元素的偏析行為。此外，本試驗(yàn)研究熱導(dǎo)體HC(Heat Conductor)技術(shù)在精鑄模殼上的應(yīng)用，為下一步制各復(fù)雜形狀的單晶葉片提供理論基礎(chǔ)。本文的主要研究結(jié)果如下:
　　鑄態(tài)DD5單晶高溫合金，固相線溫度1295℃、液相線溫度1386℃。合金鑄態(tài)組織為定向凝固典型的樹(shù)枝狀枝晶組

3、織，枝晶間分布有少量的共晶相。枝晶干處的γ'相相對(duì)細(xì)小、均勻，基本都呈現(xiàn)規(guī)則的立方狀，且γ'相大部分都是兩兩成對(duì)出現(xiàn)。枝晶間的γ'相較粗大呈不規(guī)則多面體，大小差距明顯，γ'相多成群出現(xiàn)。一次枝晶間距都隨著距離水冷銅盤(pán)的增大而增大，增大速率則逐漸減小，二次枝晶間距則差別不大，同一高度單晶試棒的一次枝晶間距較柱狀晶試棒小。柱狀晶試棒在L40、 L70處出現(xiàn)了二次枝晶臂表面失穩(wěn)，而在L80后幾乎沒(méi)有二次枝晶臂失穩(wěn)的現(xiàn)象。枝晶間的共晶組織尺寸都

4、隨距離水冷銅盤(pán)的增大而增大，且數(shù)量也逐漸變多，無(wú)典型形貌。共晶組織外圍或一側(cè)由大片狀的γ'相組成;內(nèi)部或某側(cè)則由細(xì)小均勻的塊狀γ'相組成，有時(shí)這些細(xì)小均勻地γ'相甚至貫穿整個(gè)共晶組織。
　　鑄件中除去極個(gè)別的偶然因素外，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)縮孔縮松的存在。DD5合金中，Cr、Co、Mo、Re、W為負(fù)偏析元素;Al、Ta為正偏析元素。Ta偏析嚴(yán)重，某些部位Ta含量相差20倍。共晶組織中不含W和Re，Re元素在γ相中的含量略大于其在γ'相中的含量

5、，同一抽拉速率下，隨著距水冷銅盤(pán)高度的增加，各元素的偏析程度無(wú)特定規(guī)律。由于燒損的原因，在所有檢測(cè)點(diǎn)均未發(fā)現(xiàn)Hf的存在。
　　數(shù)值仿真模擬和實(shí)際的溫度測(cè)量都表明了HC的應(yīng)用可以顯著改善臨界區(qū)域的冷卻條件。因?yàn)镠C可以有效的導(dǎo)出所在區(qū)域的熱量，凝固界面前沿可以迅速的進(jìn)入葉緣平臺(tái)，甚至進(jìn)入平臺(tái)末端隔離的過(guò)冷區(qū)。凹的等溫線將會(huì)變得更加平坦，平臺(tái)末端的過(guò)冷時(shí)間和過(guò)冷區(qū)域都會(huì)顯著降低。HC技術(shù)的應(yīng)用大大降低了雜晶產(chǎn)生的可能性，可以有效地提高