單晶葉片是只有一個晶粒的鑄造葉片。 定向結晶葉片消除了對空洞和裂紋敏感的橫向晶界，使全部晶界平行於應力軸方向，從而改善了合金的使用性能。
現在含錸單晶空心葉片是渦輪發動機的首選和趨勢。渦輪的葉片材料必須是鎳鐵合金。就是在正常澆鑄的同時，利用電磁鐵產生強大的定向磁場，未凝固高溫合金在定向磁場的作用下向同方向漫漫凝固，最後形成所有原子排列一致的單晶體，而不是一般的鋼材等是多晶體。這樣排列整齊的材料才能承受高溫。這就是單晶高溫合金製造的秘密所在。
用含錸單晶高溫合金做的渦輪葉片非常好用。含錸單晶高溫合金是能夠在600℃以上及一定應力條件下長期工作的金屬材料，具有優異的高溫強度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能，已成為軍民用燃氣渦輪發動機熱端部件不可替代的關鍵材料。
基本介紹
- 中文名：單晶葉片
- 外文名：Single crystal blade
- 屬性：只有一個晶粒的鑄造葉片
- 第一代：鎳基高溫合金
- 第二代：定向晶界的多晶
簡介,製造工藝,籽晶法,選晶法,
簡介
單晶葉片英文名稱：single crystal blade,經過了3代發展。第一代是 ：鎳基高溫合金 第2代是 ： 定向晶界的多晶
定義：只有一個晶粒的鑄造葉片。 定向結晶葉片消除了對空洞和裂紋敏感的橫向晶界，使全部晶界平行於應力軸方向，從而改善了合金的使用性能。單晶葉片消除了全部晶界，不必加入晶界強化元素，使合金的初熔溫度相對升高，從而提高了合金的高溫強度，並進一步改善了合金的綜合性能。 單晶葉片整個鑄件由一個晶粒組成的鑄造高溫合金。這是繼定向凝固鑄造高溫合金之後，進一步提高合金強度和使用溫度的一條途徑。單晶葉片鑄件的理想組織是葉根、葉身和葉冠，都由毫無缺陷的多相單晶體組成。晶體取向應是〈001〉方向，並與葉片主應力軸方向之間的偏離不應大於10度。單晶鑄件可以用與定向凝固相同的設備和工藝製備，與定向凝固鑄件的區別只在於在水冷底盤的上部加入選晶器或仔晶，以便控制單一晶體進入鑄件。簡史初期的單晶鑄造高溫合金採用普通鑄造高溫合金成分，在此情況下，單晶鑄造高溫合金與定向凝固鑄造高溫合金相比，除了改善橫向強度和塑性外，其他性能並無明顯改善。20世紀70年代末，出現了去掉晶界強化(見高溫合金晶界強化)元素的單晶鑄造高溫合金，如美國的PwAl480、NASAIRl00。碳、硼、鋯、鉿等晶界強化元素去除後，提高了合金的初熔溫度，從而允許提高固溶處理溫度，獲得更細小、彌散的Y’相(見高溫合金材料的金屬間化合物相)，使合金的潛力得到更充分發揮。經過20多年的發展，出現了20多種單晶鑄造高溫合金。這些合金可以分為三代：第一代以PwAl480為代表，其承溫能力比最好的定向凝固鑄造高溫合金PwAl422有25℃的優勢；第二代以PwAl484為代表，比第一代又提高了25℃；正在研製的是第三代單晶合金。
中國燃氣輪機單晶葉片製造工藝
籽晶法
首先將和所要鑄造的單晶部件具有相同材料的的籽晶安放在模殼的最底部,然後將過熱的熔融金屬液澆注在籽晶上面,使籽晶部分熔化,再恰當地控制固液界面前沿液體中的溫度梯度和晶體的生長速度,金屬熔液就會從未被熔化的籽晶部分開始往金屬液中生長,並最終形成晶體取向與籽晶相同的單晶。
選晶法
選晶法是單晶高溫合金葉片製備中最基本的工藝方法. Higginbotham把常用的單晶選晶器結構歸納為四種類型:螺旋型、傾斜型、轉折型、尺度限制型(縮頸型)隨著單晶高溫合金研究的發展,螺旋型選晶器逐漸淘汰掉其他三種選晶器,成為目前套用最廣泛也是最成功的選晶器類型。 選晶法的原理就是利用選晶器的這種狹窄界面,只允許一個晶粒長出它的頂部,然後這個晶粒長滿整個型腔,從而得到單晶體. 其晶體競爭生長機制是:螺旋結構總的攀升走向正好與散熱方向相反,致使螺旋體內散熱均勻,因此在整個螺旋形生長過程中,位向最適合生長的那個晶粒將其他眾多的初生晶粒一一淘汰,不斷長出枝晶並最終進入試樣本體成為單晶鑄件. 至於鎳基單晶合金，在鎳的Gamma固溶態中，有大量分散結晶構造稍為不同的Gamma基本態，只要將這種結晶單晶化，在定向凝固合金中，增加Gamma基本態，提高高溫強度。鎳基單晶合金基本上消除定向凝固高溫合金的限制。F119的渦輪葉片是用第三代單晶作的，DD3可能是第一代。
