第16卷 第1期
摘要：随着单晶涡轮叶片结构的不断优化和高温合金中难熔元素添加量的增大，镍基高温合金单晶叶片在凝固过程中更易出现杂晶、条纹晶、枝晶碎臂、小角度晶界等缺陷。其中，杂晶是单晶叶片制备过程中最常见的一类凝固缺陷，严重影响单晶叶片的成品率。为了减少该类凝固缺陷的产生，提高叶片的成品率，研究镍基单晶高温合金杂晶缺陷的形成机制、影响因素及其控制措施，对提高单晶叶片的服役性能具有重 要意义。因此，关于定向凝固过程中杂晶缺陷的形成机制、影响因素及其控制措施的研究，引起了国内外研究者的广泛关注。本文综述了单晶叶片的制备技术，分析了籽晶法和选晶法制备单晶叶片过程中不同位置杂晶的形成机理，分别讨论了选晶段杂晶、籽晶回熔区杂晶、缘板杂晶的影响因素和控制措施，并对未来的研究方向进行了展望。
图1 航空发动机所用叶片材料进程
图4 籽晶法
图5 选晶段杂晶
图9 平台温度场变化
图10 缘板杂晶
图11 糊状区枝晶断裂过程
图12 温度及变形量分布图
图13 合金成分对杂晶形成的影响
图14 两种铸件的形状与杂晶位置
总结：
综上所述，考虑到杂晶的产生具有很强的复杂性以及不确定性，因此要从根本上解决这一问题是一项极具挑战的任务，这极大地阻碍了单晶叶片的进一步发展。随着人们对晶体生长机制认识的深入和研究手段的进步，可以认为杂晶已经成为影响单晶铸造工艺稳定性的关键因素之一。学者们仍需大量的实验以探究在不同形状试样中形成杂晶的条件，以及在形成过程中杂晶产生部位的温度变化。此外，随着对晶体微观结构研究的深入，人们已经意识到晶体生长速率与材料内部微裂纹之间存在着密切的关系，从而可以通 过调节晶体生长速率来改善单晶铸件的质量。研究者们采用了引晶+籽晶技术、通过改变抽拉速度、提高温度梯度等方法来消除杂晶，已经取得了一定的进展，这些进展为获得性能优异的单晶铸件提供了技术支持。然而，研究者们在探索控制杂晶措施的过程中也发现，在解决杂晶缺陷的同时，也会导致其他缺陷的形成，因此，关于如何得到性能更好的单晶铸件这一问题还需深入探究。随着计算机技术及数值模拟技术的不断发展，利用有限元软件对复杂结构模型进行分析，这为研究各种材料及其组织形态下形成的晶体缺陷提供了新的途径。借助成熟的模拟技术进行凝固过程的模拟，并辅助进行凝固缺陷的预测和预防，也将是定向凝固制备单晶叶片工艺优化的有效途径。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.01.015
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
陈楚玥，霍苗，简航岳等.镍基单晶高温合金杂晶缺陷的研究进展[J]. 精密成形工程, 2024, 16(1):129-139.
Chen Chuyue, Huo Miao, JIAN Hangyue et al. Research progress of impurity defects in Nickel-based single crystal superalloys[J]. Precision Forming Engineering, 2024, 16(1):129-139.
