蘇景陽

摘 要：隨著我國高溫合金技術(shù)的不斷發(fā)展下，可以為關(guān)鍵機(jī)械部位的實(shí)現(xiàn)帶來了機(jī)遇。對此，本文主要從高溫合金材料、定向凝固技術(shù)的應(yīng)用、單晶葉片制造、單晶高溫合金的鑄造缺陷進(jìn)行分析，并在對這些技術(shù)使用的基礎(chǔ)上對其所存在的不足之處進(jìn)行探究，從而提出合理化建議，提供給相關(guān)人士，供以借鑒。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用；技術(shù)；分析；發(fā)展；使用

由于高溫合金在元素周期表中在第八族元素的條件下，合理的添加了某些合金元素。因此，在高溫的情況下，同樣可以承受很大的重量。除此之外，還起到了防腐的作用。在最近幾年里，隨著現(xiàn)代化技術(shù)水平的不斷提升，高溫合金精密鑄造手段在相關(guān)領(lǐng)域得到了普遍的認(rèn)可，應(yīng)當(dāng)大力的推廣，特別是在工業(yè)或者是化學(xué)工業(yè)等相應(yīng)的技術(shù)領(lǐng)域中得到了青睞。相關(guān)單位通過采取該手段能夠?yàn)槲覈慕?jīng)濟(jì)帶來益處。對此，本文主要在對高溫合金性質(zhì)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對該手段在相關(guān)領(lǐng)域所起到了作用進(jìn)行分析。

1 高溫合金材料

相對于鐵基和鈷基高溫合金，鎳基高溫合金在現(xiàn)代工業(yè)中使用最廣泛，牌號最多，地位也最重要。鎳基高溫合金是以Ni-Cr二元系為基體，加入Co、Mo和W等固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化元素。目前世界上的高溫合金，特別是單晶高溫合金材料的發(fā)展已經(jīng)歷了4代.第1代單晶高溫合金PWA1480、ReneN4等在多種航空發(fā)動機(jī)上獲得廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)80年代后期以來，以PWA1484、ReneN5為代表的第2代單晶高溫合金葉片也在CFM56、F100、F110、PW4000等先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)上得到大量使用，目前一些國家研制的第2代單晶高溫合金已成熟，并廣泛應(yīng)用在軍民用航空發(fā)動機(jī)上。

2 定向凝固技術(shù)的應(yīng)用

定向凝固技術(shù)一般包括水冷結(jié)晶快速定向凝固技術(shù)以及液態(tài)金屬冷卻定向凝固技術(shù)。目前一些技術(shù)強(qiáng)國主要還是應(yīng)用快速定向凝固技術(shù)，本法在鑄型移出技術(shù)的基礎(chǔ)上，借助于冷卻處理，大大提高了溫度梯度。在性能上，定向凝固技術(shù)發(fā)展的已經(jīng)很成熟了。目前，單晶高溫合金難溶元素的大量應(yīng)用也帶來了結(jié)晶溫度間隔時間很長以及偏析問題更加嚴(yán)重的問題，另外定向凝固技術(shù)溫度梯度也出現(xiàn)了控制不利的情況。在此基礎(chǔ)之上，發(fā)展了LMC方法，此法利用鑄模工藝，在合金中添加一些液態(tài)金屬，這樣加工出來的合金具有對流換散熱效果顯著的優(yōu)點(diǎn)。

在航空發(fā)動機(jī)應(yīng)用方面，LMC技術(shù)解決了定向凝固技術(shù)散熱效率低以及生產(chǎn)效率不高的難題。當(dāng)溫度梯度在200℃/cm時，材料一次枝晶間距可以降低到150μm時，高溫合金鑄件更加致密，提高了性能以及加工生產(chǎn)效率。在零部件使用壽命以及抗疲勞強(qiáng)度方面也有很大程度的提升，單晶合金的持久壽命較之前提高了15%，另外一個指標(biāo)抗疲勞強(qiáng)度也提高了20%。本工藝提高了單晶葉片的安全性，更為重要的是單晶合金在熱等靜壓處理時，隨著疏松彌合和致密度提高，避免形成不可修復(fù)的再結(jié)晶缺陷致使葉片報廢。自從上世紀(jì)90年代以來，工業(yè)燃?xì)鉁u輪技術(shù)更新也完善了LMC技術(shù)，滿足了大尺寸定向以及大直徑葉片的技術(shù)需求。高溫度梯度LMC定向凝固技術(shù)可以在一定程度上減少單晶雀斑的出現(xiàn)，進(jìn)而提高了構(gòu)件的屈服強(qiáng)度。

3 單晶葉片制造

高溫合金精密鑄造工業(yè)中，高溫合金單晶葉片制備主要是通過選晶法以及籽晶技術(shù)。

選晶法是在鑄件或者葉片底部加一個選晶器來選擇產(chǎn)生單晶。在單晶體制備過程中，通過一些技術(shù)手段，可以改變晶體的力學(xué)性能。所以，對于選晶過程中引晶段和選晶段晶粒組織演化和競爭生長的研究就顯得非常關(guān)鍵。

籽晶法制備單晶體可以理解為是能夠在和單晶材質(zhì)的籽晶放置到相應(yīng)的位置上，接著將金屬液體均勻的澆筑在籽晶體表面，從而逐漸變成單晶體。和選晶法之間進(jìn)行對比，籽晶法能夠?qū)ο鄳?yīng)的三維空間進(jìn)行控制。通常情況下，只有保持籽晶和熱流處于相同的狀態(tài)下，才能夠?qū)ο鄳?yīng)的晶粒進(jìn)行控制，最終形成單晶。當(dāng)材料是在半固態(tài)地區(qū)的情況下，相應(yīng)的晶粒會在枝晶上面逐漸形成核，這樣就可以得到雜晶體核，但是使用這種材料的設(shè)備可就會留下質(zhì)量問題。為了減少這種情況的發(fā)生，在工業(yè)具體的使用中，為了提煉出質(zhì)量優(yōu)秀的籽晶，相關(guān)人員可以從合格的晶體上面進(jìn)行切取，然后在對切取方向做好嚴(yán)格的掌握，只有這樣才可以得到品質(zhì)優(yōu)秀的籽晶，從而使晶體達(dá)到完整的目的。

4 單晶高溫合金的鑄造不足之處

由于單晶高溫合金鑄件通常表面都會出現(xiàn)縮松、雀斑等情況，其主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)合金成分、施工工藝等有關(guān)因素。相關(guān)人員在對單晶高溫合金里面的相關(guān)元素進(jìn)行去除中，在高溫服役使所產(chǎn)生的凝固缺陷屬于薄弱環(huán)節(jié)，會在一定程度上對發(fā)動機(jī)的相關(guān)功能帶來不利影響。因此，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)對單晶葉片鑄造所存在的不足之處進(jìn)行分析，避免出現(xiàn)過多的凝固缺陷，從而使單晶達(dá)到完整的目的，是研究相應(yīng)手段的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對單晶高溫合金葉片而言，所存在的不足之處主要是因?yàn)槟淌侄蔚牟磺‘?dāng)和合金內(nèi)部形式發(fā)生變化而形成的。從結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，由于葉片處于不同的位置，其具體的尺寸以及結(jié)構(gòu)的不同都會致使凝固發(fā)生變化。除此之外，不恰當(dāng)?shù)哪坦に噮?shù)也會致使凝固的質(zhì)量不理想，再加之合金金屬出現(xiàn)現(xiàn)象也會在某種程度上使凝固存在缺陷。站在理論的角度出發(fā)，相應(yīng)的緣板和不規(guī)則的葉冠等因素都會對高溫合金的鑄造帶來影響。由于大尺寸的單晶葉片的距離存在很遠(yuǎn)，相應(yīng)境界的不同也會致使大型單晶葉片的應(yīng)用帶來了影響。由于合金沒有較好的可鑄性能和相關(guān)的元素含量的變化有著密切的聯(lián)系，就會因?yàn)樵氐淖兓l(fā)生雀斑的現(xiàn)象，對晶體取向帶來干擾。在一些國家中，有著先進(jìn)的技術(shù)，完善了單晶高溫鑄造工藝，這樣就會在某種程度上彌補(bǔ)了缺陷的問題，在此情況下研制出了棒狀實(shí)驗(yàn)亦或是發(fā)動機(jī)葉片，所采取的梯度已經(jīng)超過了10k/cm。

高溫合金細(xì)晶鑄件倘若處于高、中或者是低溫的狀態(tài)下，具有一定的強(qiáng)度，這樣就能夠?qū)⑵涫褂迷谙嚓P(guān)的領(lǐng)域中，例如工業(yè)燃機(jī)領(lǐng)域中。就高溫合金葉片而言，對促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)水平的提高提供了關(guān)鍵的技術(shù)，將新型液態(tài)金屬冷卻手段使用在相關(guān)領(lǐng)域中，能夠?yàn)槲覈业侥探M織帶來益處。一般情況下，高溫合金單晶可以采取以下兩種形式得到：一種是選晶技術(shù)；另一種是籽晶技術(shù)。

結(jié)束語

通過以上內(nèi)容的論述，可以得知：在最近幾年里，采取精密鑄造高溫合金技術(shù)在我國相關(guān)領(lǐng)域得到了較多的認(rèn)可，也在不斷的推廣。例如在航空發(fā)動機(jī)中就采取了該技術(shù)，有著顯著的效果。本文主要從定向凝固技術(shù)的應(yīng)用、單晶葉片制造、單晶高溫合金的鑄造不足之處進(jìn)行了分析，可以很好的表明該技術(shù)在未來的發(fā)展中是值得被推廣的技術(shù)，從而為我國的經(jīng)濟(jì)繁榮做出貢獻(xiàn)。

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