精密铸造高温合金的应用与需求研究

苏景阳

摘 要：随着我国高温合金技术的不断发展下，可以为关键机械部位的实现带来了机遇。对此，本文主要从高温合金材料、定向凝固技术的应用、单晶叶片制造、单晶高温合金的铸造缺陷进行分析，并在对这些技术使用的基础上对其所存在的不足之处进行探究，从而提出合理化建议，提供给相关人士，供以借鉴。

关键词：应用；技术；分析；发展；使用

由于高温合金在元素周期表中在第八族元素的条件下，合理的添加了某些合金元素。因此，在高温的情况下，同样可以承受很大的重量。除此之外，还起到了防腐的作用。在最近几年里，随着现代化技术水平的不断提升，高温合金精密铸造手段在相关领域得到了普遍的认可，应当大力的推广，特别是在工业或者是化学工业等相应的技术领域中得到了青睐。相关单位通过采取该手段能够为我国的经济带来益处。对此，本文主要在对高温合金性质进行分析的基础上，重点对该手段在相关领域所起到了作用进行分析。

1 高温合金材料

相对于铁基和钴基高温合金，镍基高温合金在现代工业中使用最广泛，牌号最多，地位也最重要。镍基高温合金是以Ni-Cr二元系为基体，加入Co、Mo和W等固溶强化、沉淀强化和晶界强化元素。目前世界上的高温合金，特别是单晶高温合金材料的发展已经历了4代.第1代单晶高温合金PWA1480、ReneN4等在多种航空发动机上获得广泛应用。20世纪80年代后期以来，以PWA1484、ReneN5为代表的第2代单晶高温合金叶片也在CFM56、F100、F110、PW4000等先进航空发动机上得到大量使用，目前一些国家研制的第2代单晶高温合金已成熟，并广泛应用在军民用航空发动机上。

2 定向凝固技术的应用

定向凝固技术一般包括水冷结晶快速定向凝固技术以及液态金属冷却定向凝固技术。目前一些技术强国主要还是应用快速定向凝固技术，本法在铸型移出技术的基础上，借助于冷却处理，大大提高了温度梯度。在性能上，定向凝固技术发展的已经很成熟了。目前，单晶高温合金难溶元素的大量应用也带来了结晶温度间隔时间很长以及偏析问题更加严重的问题，另外定向凝固技术温度梯度也出现了控制不利的情况。在此基础之上，发展了LMC方法，此法利用铸模工艺，在合金中添加一些液态金属，这样加工出来的合金具有对流换散热效果显著的优点。

在航空发动机应用方面，LMC技术解决了定向凝固技术散热效率低以及生产效率不高的难题。当温度梯度在200℃/cm时，材料一次枝晶间距可以降低到150μm时，高温合金铸件更加致密，提高了性能以及加工生产效率。在零部件使用寿命以及抗疲劳强度方面也有很大程度的提升，单晶合金的持久寿命较之前提高了15%，另外一个指标抗疲劳强度也提高了20%。本工艺提高了单晶叶片的安全性，更为重要的是单晶合金在热等静压处理时，随着疏松弥合和致密度提高，避免形成不可修复的再结晶缺陷致使叶片报废。自从上世纪90年代以来，工业燃气涡轮技术更新也完善了LMC技术，满足了大尺寸定向以及大直径叶片的技术需求。高温度梯度LMC定向凝固技术可以在一定程度上减少单晶雀斑的出现，进而提高了构件的屈服强度。

3 单晶叶片制造

高温合金精密铸造工业中，高温合金单晶叶片制备主要是通过选晶法以及籽晶技术。

选晶法是在铸件或者叶片底部加一个选晶器来选择产生单晶。在单晶体制备过程中，通过一些技术手段，可以改变晶体的力学性能。所以，对于选晶过程中引晶段和选晶段晶粒组织演化和竞争生长的研究就显得非常关键。

籽晶法制备单晶体可以理解为是能够在和单晶材质的籽晶放置到相应的位置上，接着将金属液体均匀的浇筑在籽晶体表面，从而逐渐变成单晶体。和选晶法之间进行对比，籽晶法能够对相应的三维空间进行控制。通常情况下，只有保持籽晶和热流处于相同的状态下，才能够对相应的晶粒进行控制，最终形成单晶。当材料是在半固态地区的情况下，相应的晶粒会在枝晶上面逐渐形成核，这样就可以得到杂晶体核，但是使用这种材料的设备可就会留下质量问题。为了减少这种情况的发生，在工业具体的使用中，为了提炼出质量优秀的籽晶，相关人员可以从合格的晶体上面进行切取，然后在对切取方向做好严格的掌握，只有这样才可以得到品质优秀的籽晶，从而使晶体达到完整的目的。

4 单晶高温合金的铸造不足之处

由于单晶高温合金铸件通常表面都会出现缩松、雀斑等情况，其主要是因为设计合金成分、施工工艺等有关因素。相关人员在对单晶高温合金里面的相关元素进行去除中，在高温服役使所产生的凝固缺陷属于薄弱环节，会在一定程度上对发动机的相关功能带来不利影响。因此，相关人员应当对单晶叶片铸造所存在的不足之处进行分析，避免出现过多的凝固缺陷，从而使单晶达到完整的目的，是研究相应手段的关键环节。对单晶高温合金叶片而言，所存在的不足之处主要是因为凝固手段的不恰当和合金内部形式发生变化而形成的。从结构的角度出发，由于叶片处于不同的位置，其具体的尺寸以及结构的不同都会致使凝固发生变化。除此之外，不恰当的凝固工艺参数也会致使凝固的质量不理想，再加之合金金属出现现象也会在某种程度上使凝固存在缺陷。站在理论的角度出发，相应的缘板和不规则的叶冠等因素都会对高温合金的铸造带来影响。由于大尺寸的单晶叶片的距离存在很远，相应境界的不同也会致使大型单晶叶片的应用带来了影响。由于合金没有较好的可铸性能和相关的元素含量的变化有着密切的联系，就会因为元素的变化而发生雀斑的现象，对晶体取向带来干扰。在一些国家中，有着先进的技术，完善了单晶高温铸造工艺，这样就会在某种程度上弥补了缺陷的问题，在此情况下研制出了棒状实验亦或是发动机叶片，所采取的梯度已经超过了10k/cm。

高温合金细晶铸件倘若处于高、中或者是低温的状态下，具有一定的强度，这样就能够将其使用在相关的领域中，例如工业燃机领域中。就高温合金叶片而言，对促进我国经济水平的提高提供了关键的技术，将新型液态金属冷却手段使用在相关领域中，能够为我国找到凝固组织带来益处。一般情况下，高温合金单晶可以采取以下两种形式得到：一种是选晶技术；另一种是籽晶技术。

结束语

通过以上内容的论述，可以得知：在最近几年里，采取精密铸造高温合金技术在我国相关领域得到了较多的认可，也在不断的推广。例如在航空发动机中就采取了该技术，有着显著的效果。本文主要从定向凝固技术的应用、单晶叶片制造、单晶高温合金的铸造不足之处进行了分析，可以很好的表明该技术在未来的发展中是值得被推广的技术，从而为我国的经济繁荣做出贡献。

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