DD5單晶合金的定向凝固組織及模殼熱導體的應(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)動機和工業(yè)燃氣輪機上。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。
　　本文以國內(nèi)第二代鎳基單晶高溫合金DD5為研究對象，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射線對試棒物相組成進行定性分析;利用差熱分析法對合金相變點溫度、固相線

2、及液相線進行測量。對試棒的鑄態(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行分析。同時利用能譜儀分析了距離水冷銅盤不同高度處縮松行為和元素的偏析行為。此外，本試驗研究熱導體HC(Heat Conductor)技術(shù)在精鑄模殼上的應(yīng)用，為下一步制各復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'相相對細小、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、隨距離水冷銅盤的增大而增大，且數(shù)量也逐漸變多，無典型形貌。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)則由細小均勻的塊狀γ'相組成，有時這些細小均勻地γ'相甚至貫穿整個共晶組織。
　　鑄件中除去極個別的偶然因素外，沒有發(fā)現(xiàn)縮孔縮松的存在。DD5合金中，Cr、Co、Mo、Re、W為負偏析元素;Al、Ta為正偏析元素。Ta偏析嚴重，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，隨著距水冷銅盤高度的增加，各元素的偏析程度無特定規(guī)律。由于燒損的原因，在所有檢測點均未發(fā)現(xiàn)Hf的存在。
　　數(shù)值仿真模擬和實際的溫度測量都表明了HC的應(yīng)用可以顯著改善臨界區(qū)域的冷卻條件。因為HC可以有效的導出所在區(qū)域的熱量，凝固界面前沿可以迅速的進入葉緣平臺，甚至進入平臺末端隔離的過冷區(qū)。凹的等溫線將會變得更加平坦，平臺末端的過冷時間和過冷區(qū)域都會顯著降低。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