利用引晶技術制備大尺寸鎳基單晶渦輪導向葉片

肖久寒, 姜衛國, 李凱文, 韓東宇, 王 棟, 王 迪,王 華, 陳立佳, 樓瑯洪

（1.海洋裝備用金屬材料及其應用國家重點實驗室，遼寧 鞍山 114021；2.鞍山鋼鐵集團有限公司，遼寧 鞍山 114021；3.沈陽工業大學 材料科學與工程學院，沈陽 110870；4.濰坊科技學院，山東 壽光 262700；5.中國科學院金屬研究所 師昌緒先進材料創新中心，沈陽 110016；6.上海大學 材料科學與工程學院，上海 200444）

鎳基單晶高溫合金由于具有良好的高溫力學性能和組織穩定性，目前被廣泛用于制造航空發動機和陸基燃氣輪機渦輪葉片[1-6]。相比于傳統等軸晶鑄造葉片，單晶葉片由于消除了晶界，其力學性能得到了顯著提高[7-12]。為了獲得良好的單晶鑄件，應嚴格控制單晶取向，同時避免在定向凝固過程中形成凝固缺陷[13-16]。對于大尺寸復雜結構的渦輪葉片，很難通過調整凝固工藝參數來避免凝固缺陷的產生。因此，為了制備大尺寸鎳基單晶渦輪葉片，發展出了引晶技術[17-18]。引晶技術是將沿葉片生長的主晶體引入易形成凝固缺陷位置，從而避免在葉片的高過冷區域形成凝固缺陷的方法。引晶技術具有生產效率高，易實現工藝目標等特點。然而，由于引入晶體的冷卻速率較高，枝晶很可能發生偏離或扭轉，導致在引晶體和主晶體之間形成具有一定角度的搭接界面（小角度，甚至大角度晶界）[19]，進而嚴重降低葉片性能[20]。因此，引晶結構的選擇和設置會嚴重影響單晶葉片的質量。

根據文獻報道[21-22]，通常采用垂直或空間彎曲的引晶結構制備大尺寸單晶葉片，這可以保證引晶結構內晶體的凝固前沿領先于葉片內的主晶體。……