據國內媒體的報道，中國最新研制的AEF3500渦扇發動機即將要問世了。AEF3500發動機最大推力35噸，與美國波音787客機所使用的GENX、遄達1000推力相近。當AEF3500渦扇發動機運用在CR-929客機上，將大幅度提高客機的航程，延長客機的使用壽命，并在一定程度上促進軍用航發領域的發展。AEF3500渦扇發動機的亮相，說明我國打破了航空發動機相關研制阻礙，在新理論、新工藝和新材料上皆獲得重大成果，也說明我國離全球航空發動機的第一梯隊愈發地近了。

摘自網易新聞 

航空發動機的研制究竟難在哪兒？

航空發動機是為飛行器提供動力的熱力機械，需要在高溫、高壓、高速旋轉的條件下工作，對研制的要求很高。航空發動機被認為是迄今為止最為精密和復雜的機械系統，是一個國家的科技和工業水平的標志之一。

1. 目前先進的航空發動機工作溫度在1700攝氏度以上，大大超過發動機渦輪葉片鎳基合金的熔點。

2. 發動機壓氣機增壓后的壓力高達50多個大氣壓，相當于3倍的蓄滿水后的三峽大壩底部壓力。

3. 轉子每分鐘旋轉幾萬轉，葉尖承受的離心力相當于40噸重卡車的拉力。

我們通常可以用推重比（推力/重量）綜合地評定發動機的水平。提高推重比最直接和最有效的技術措施是提高渦輪前的燃氣溫度。按照通常的說法，渦輪前溫度提高100度，其他設計不變的話，發動機推力可以增加10%左右。高溫合金作為推動航空發動機發展的最為關鍵的結構材料，其性能和選擇是決定航空發動機性能的關鍵因素。隨著航空裝備的不斷升級，對航空發動機推重比的要求不斷提高，發動機對高性能高溫合金材料的依賴越來越大。目前高溫合金部件占到航空發動機重量的40%～60%，主要用于燃燒室、渦輪盤、葉片、機匣等關鍵熱端部件。

在過去幾十年里，國內外研究者對高溫合金定向凝固缺陷進行了廣泛、深入的研究，對各種鑄造缺陷的產生機理有了一定的認識。但是，由于缺陷形成的復雜性和影響因素的多樣性以及受研究條件的限制不能直接觀察缺陷的形成過程。到目前為止，人們對各種缺陷的形成機制仍然不是很清楚，生產實踐中的缺陷也沒有得到徹底的解決。由于缺陷引起的葉片報廢居高不下，甚至成為單晶葉片發展的瓶頸。因此需要從合金設計、葉片結構設計、工藝過程控制多方面進行攻關，也需要對生產過程的管理進行優化和改進，尤其在高溫合金的冶煉、裝備技術方面還需要不斷地探索，為我國航空發動機和工業燃機熱端部件的制備提供重要的技術支撐。

這樣的背景之下，以高溫合金為代表的高溫金屬材料科學研究毫無懸念地成為了一個重大的時代命題和材料科學的前沿。在攻克這一命題和攀登高峰的過程中，有一部分科技先鋒在科研上引領前沿，在產業化上立足國家重大需求，在科學研究和成果轉化方面取得了一系列具有國際先進水平的成果。《鑄造》在2019年第六期，特別推出“高溫合金”專題，旨在展示高溫合金材料研究成果和共享資源，推動我國高溫合金材料研究和制備的發展。本專題匯集了部分專家學者的研究成果，介紹了兩個從事高溫合金研究的團隊及其研究成果。本專題在內容的深度、廣度方面還存在不足，期待讀者朋友批評指正，我們將不斷改進和提高。

熱腐蝕對高溫合金力學性能的影響以及防護措施的研究進展

余竹煥，劉蓓蕾，王盼航，梅自寒，費禎寶

 （西安科技大學材料科學與工程學院， 陜西西安710054）

本文綜述了熱腐蝕對高溫合金疲勞性能、持久性能、蠕變性能以及其他力學性能的影響，總結了元素調控技術，表面防護涂層，激光噴丸技術等高溫合金的多種防護措施，為發展耐熱腐蝕高溫合金提供建議。

結論與展望

（1）在一定溫度下，鹽涂覆高溫合金經過熱腐蝕后的疲勞性能、持久性能、蠕變性能以及其他力學性能均存在下降趨勢，合金受到嚴重損害。

（2）熱腐蝕后高溫合金疲勞壽命下降與凹坑、缺陷、化合物的形成、熱腐蝕侵蝕引起的再結晶有關。持久性能下降與合金表面承載能力的下降，表面氧化膜的破壞以及合金晶界強度的降低有關。蠕變性能的下降與熱腐蝕產生的腐蝕物、合金表面的微裂紋、以及晶界粘結強度下降有關。

（3）著重分析了高溫合金熱腐蝕防護措施，總結了元素優化技術、表面防護涂層、激光噴丸（LP）技術以及其他表面強化技術等防護措施，并比較了各措施的優缺點。

熱腐蝕使高溫合金力學性能受到嚴重損害，高溫合金牌號不同，熱腐蝕后其力學性能也有所差異。目前國內外學者對合金熱腐蝕后的力學性能研究甚少，未能對其力學性能的影響得出統一規律，且影響機理仍需完善，因此熱腐蝕對合金力學性能的影響還有待于研究。同時，國內外研究出的熱腐蝕防護措施均有利弊，無法大幅度提高合金的耐熱腐蝕性能，且由于熱腐蝕影響因素十分復雜，在研究防護措施時更應考慮其多樣化，有效減少高溫合金因熱腐蝕而產生的損失。

《鑄造》2019年06期

高溫合金單晶鑄件中條紋晶缺陷的試驗研究

馬德新1,2，王 富3，孫洪元1,2，徐維臺1

（1. 深圳萬澤中南研究院， 廣東深圳 518045;  2.中南大學，湖南長沙410083; 3.西安交通大學，陜西西安710049）

對幾種高溫合金鑄件中的條紋晶缺陷進行了考察和分析。發現條紋晶多出現于豎直的葉身部位，葉背多于葉盆，上部多于下部，而葉根（榫頭）部位極少出現。在豎直的葉身部位的條紋晶多是縱向生長，但也有的是斜向發展。而處于水平狀態的葉冠或緣板上會出現橫向的條紋晶缺陷。所有條紋晶都是在基體枝晶組織的基礎上形成，其基本走向由基體枝晶決定，不論這些枝晶是縱向，斜向還是橫向。條紋晶不僅是是細長的線性缺陷，也可能發展為大尺度的三維缺陷，嚴重影響單晶鑄件的質量。從鑄件的微觀組織來看，條紋晶實際上起源于單晶基體上分裂出來的一段枝晶。

結論

（1）單晶葉片鑄件中的條紋晶缺陷多出現于豎直的葉身部位，葉背多于葉盆，上部多于下部，在葉根（榫頭）部位極少出現。在豎直的葉身部位除了縱向的條紋晶，也發現了斜向條紋晶。在水平狀態的葉冠或緣板部位則會出現橫向的條紋晶缺陷。但所有條紋晶都是在基體枝晶組織的基礎上形成，其基本走向由基體枝晶決定。

（2）經勞厄分析儀測量，條紋晶與鑄件基體之間的晶向偏差不大，一般在幾度到十幾度之間。

（3）條紋晶過去被認為是細長的線性缺陷，現在發現它可以發展為大尺寸的三維缺陷，成為嚴重影響單晶鑄件質量的宏觀晶粒缺陷。

（4）從鑄件的微觀組織來看，條紋晶實際上起源于從單晶基體上斷裂出來的一段枝晶。枝晶斷裂的發生一是因為枝晶某些部位特別薄弱，例如嵌入了氧化夾雜，二是因為收縮應力過分集中，例如型殼內壁與鑄件表面發生嚴重粘連。

《鑄造》2019年06期

幾種鎳基高溫合金的過冷能力和單晶可鑄性的研究與比較

馬德新1,2,  張瓊元3, 王海洋3, 李林蓄3

（1.中南大學，湖南長沙410083; 2.深圳萬澤中南研究院，廣東深圳 518045;3.東方電氣集團東方汽輪機有限公司， 四川德陽 618000）

對6種鎳基高溫合金熔體在陶瓷型殼中的凝固行為進行了測量，得出了各種合金的液相線溫度TL、臨界形核溫度TN和臨界形核過冷度DTN = TL-TN，發現它們具有明顯不同的過冷能力。在單晶葉片的鑄造實驗中，具有高過冷能力（高于40 ℃）的合金在宏觀上抗雜晶能力最強，但容易形成枝晶碎臂微觀缺陷。具有中等過冷能力（20～30 ℃）的合金，既能有效防止宏觀雜晶缺陷的發生，又能避免微觀碎晶的形成，顯示出最佳的單晶可鑄性。而具有很低過冷能力（低于10 ℃）的合金，抗雜晶能力非常弱，表現出很差的單晶可鑄性。鎳基高溫合金具有相似的化學成分，卻顯示出明顯不同的過冷能力和單晶可鑄性，對其原因還需要做進一步的研究。

結論

對6種鎳基高溫合金在陶瓷型殼中的凝固行為進行了測量分析，發現它們具有明顯不同的臨界形核過冷度和單晶可鑄性。具有高過冷度（超過40 ℃）的合金在宏觀上抗雜晶能力最強，但由于枝晶在深過冷狀態下生長太快，容易形成枝晶碎臂的微觀缺陷。但是具有中等過冷度（20～30 ℃之間）的合金，既能有效防止宏觀雜晶缺陷的發生，又能避免微觀碎臂晶的形成，顯示出最佳的單晶可鑄性。而具有低過冷度（小于10 ℃）的合金很容易產生雜晶的形核與長大，表現出最差的單晶可鑄性。對于成分相似的合金卻具有明顯不同的過冷能力和單晶可鑄性的原因， 還需要做進一步的研究。

《鑄造》2019年06期

攪動法細晶鑄造K492M合金的顯微組織和拉伸性能

姜　華1，李相輝1，蓋其東1，陳　昊2

（1. 北京航空材料研究院 先進高溫結構材料重點實驗室， 北京100095；2. 空軍裝備部駐北京地區第六軍事代表室，北京100024）

采用掃描電子顯微鏡（SEM）、電子探針（EPMA）和拉伸性能測試等手段，研究了攪動法細晶鑄造K492M合金的顯微組織和拉伸性能。顯微組織觀察表明，鑄態組織主要包括γ基體、γ′相、碳化物及γ/γ′共晶；熱處理后，合金枝晶干和枝晶間處的γ′相由大、小兩種尺寸組成，共晶組織未完全溶于基體；碳化物沿晶界析出，呈鏈狀分布。合金在750 ℃的抗拉強度和伸長率分別為（1157±12）MPa和（9.1±2）%。抗拉斷口SEM觀察顯示，斷裂機理主要為韌窩斷裂。

結論

（1）攪動法細晶鑄造工藝制備的K492M合金試棒鑄態組織包括主要包括γ基體、γ′相、碳化物及γ/γ′共晶。其中，合金枝晶干處的γ′相形狀規則，呈立方形，體積分數和尺寸分別為50%和0.33 μm；枝晶間處的為54%和0.49  μm。

（2）熱處理后，枝晶干處γ′相為規則長方形形狀；尺寸為0.36 um，枝晶間處γ′相為不規則形狀，尺寸為0.71 um；同時，枝晶干和枝晶間還析出了圓形的細小γ′相（＜0.1 μm）；碳化物沿晶界呈鏈狀分布析出。

（3）合金在750 ℃下的抗拉強度和伸長率分別為（1157±12）MPa和（9.1±2）%。斷裂機理主要為韌窩斷裂。

《鑄造》2019年06期

高溫合金單晶鑄件中雜晶缺陷的試驗研究

馬德新1,2，王 富3，孫洪元1,2，徐維臺1,2

（深圳萬澤中南研究院，廣東深圳 518045; 2.中南大學，湖南長沙410083; 3.西安交通大學，陜西西安710049）

分析了高溫合金單晶葉片鑄件中雜晶缺陷的特征和形成機理。指出雜晶主要產生在鑄件橫截面大幅度擴張的部位，如緣板和葉冠處，原因是邊角處冷卻過快，熔體過冷超過了合金的臨界形核過冷度。通過試驗驗證了葉片形狀、凝固工藝和合金過冷能力等因素的影響，并提出了這種幾何性雜晶形成的條件判據。在生產試驗中還發現雜晶也會由其他原因引起，如在型殼內壁的裂紋處和型殼與芯頭的間隙中，澆注時滲入的金屬液在凝固時形成雜亂晶向的金屬披縫，有可能長入鑄件形成雜晶。另外， 鑄件在定向凝固中若產生雀斑缺陷，則雀斑鏈中的細小等軸晶粒可能會繼續生長，擴展為粗大的雜晶組織。條紋晶也可發展成為三維的大尺度雜晶缺陷，但與基體的晶向偏離不會太大。

結論

（1）高溫合金單晶鑄件中雜晶缺陷的產生大多具有明顯的幾何結構特征，主要產生在橫截面大幅度擴張的部位如緣板和葉冠處，起源于相應的幾何性（或結構性）液體過冷引起的新晶粒形核。對這種幾何性雜晶的形成提出了條件判據，表征了葉片形狀、凝固工藝和合金過冷能力等因素的影響。

（2）在型殼內壁的缺陷如裂紋、粘砂和芯頭間隙處，滲入的金屬液會形成雜晶晶粒并可能長入鑄件。

（3）雀斑缺陷中的細小等軸晶粒可能會繼續生長成為粗大雜晶。在這種情況下，雜晶的形成起源于糊狀區內枝晶臂的碎化。

（4）條紋晶可發展成為三維的大尺度雜晶缺陷，但與基體的晶向偏離不會太大。在這種情況下，相應雜晶起源于糊狀區內枝晶主干的撕斷和錯位。

《鑄造》2019年06期

定向凝固工藝對高溫耐蝕單晶高溫合金組織和應力斷裂性能的影響

Effect of directional solidification process on microstructure and stress rupture property of a hot corrosion resistant single crystal superalloy

Liang Luo, Cheng-bo Xiao, Jing-yang Chen, et al 

北京航空材料研究院（BIAM）研制出了適用于高溫結構材料的第一代耐高溫腐蝕鎳基單晶高溫合金DD488。為了研究不同的凝固工藝對DD488合金的微觀組織和持久性能的影響，研究人員通過高速凝固法和液態金屬冷卻法制備DD488合金，并對兩種工藝所制備的合金的微觀組織和持久性能進行了對比研究。研究結果表明，采用液態金屬冷卻法制備的DD488合金的一次枝晶間距（236.8μm）小于高速凝固法制備的DD488合金（323.9μm），熱處理后的合金中γ‘相的體積分數高于高速凝固法制備的合金，且持久性能（110.0 h）高于高速凝固法制備的合金（76.8 h）。

《中國鑄造》（英文版）2019年01期

采用液態金屬冷卻（LMC）工藝對重型燃氣輪機葉片進行定向凝固鑄造

Directional solidification casting technology of heavy-duty gas turbine blade with liquid metal cooling （LMC） process

Xiao-fu Liu, Yan-chun Lou, Bo Yu, et al

沈陽鑄造研究所有限公司的研究團隊采用DZ466高溫合金利用液態金屬冷卻（LMC）技術制備重型燃氣輪機大型葉片，研究了陶瓷殼強度和一些重要的工藝參數，如保溫溫度、保溫時間和抽拉速度等對葉片成型的影響。研究結果表明，中等強度陶瓷型殼（高溫抗彎強度為 8 MPa，熱沖擊后抗彎強度為 12 MPa，殘余抗彎強度為20 MPa） 可以防止葉片的斷裂和跑火。適當的加熱爐溫度（上區1,520 ℃，下區1,500 ℃）可以消除寬角度晶界、晶粒偏斜和殼裂紋引起的跑火。澆注后的保溫時間（3-5 min）可以促進晶粒的競爭生長，避免柱狀晶粒沿晶粒方向<001>發生較大偏離，晶粒結構平直，分布均勻。此外，為了避免流紋的形成并保證葉片表面的光滑，需要保證抽拉率不大于晶粒的生長速度。研究還發現，葉片微觀組織的枝晶間距隨著凝固速度的增加而減小，隨著凝固位置與激冷盤距離的增加而增大。

《中國鑄造》（英文版）2019年01期

鎳基單晶高溫合金DD5在長期時效過程中界面位錯網絡的演化

Evolution of interfacial dislocation networks during long term thermal aging in Ni-based single crystal superalloy DD5

Qiang Gao, Li-rong Liu, Xiao-hua Tang, et al

沈陽工業大學材料學院的研究團隊在1,100℃下，通過FE-SEM對鎳基單晶高溫合金DD5長期熱時效過程中的界面位錯網的演變進行了研究，研究結果表明：在時效的早期階段，錯配位錯形成，然后在（001）界面發生取向重排，矢量方向從< 110 >變為< 100 >方向。位錯反應會形成不同類型的方形或矩形位錯網。隨著熱時效時間的延長，四組位錯組成的方形位錯網可以轉化為八角形位錯網，再通過位錯反應形成其他方形位錯網。由四組位錯組成的矩形位錯網可以轉化為六邊形位錯網。界面位錯網促進γ’相的形筏過程。位錯網間距越來越小，導致晶格錯配度從-0.10%增加到-0.32%。

《中國鑄造》（英文版）2019年01期

復雜鎳基單晶鑄件平臺上的枝晶

Dendritic branching patterns in platforms of complex Ni-based single crystal castings

Min Huang, Gong Zhang, Dong Wang, et al

中國科學院金屬研究所的研究團隊采用光學顯微鏡（OM）、電子探針微量分析儀（EPMA）、差熱掃描量熱儀（DSC），Thermo-Cal軟件和Pro-CAST軟件對鎳基單晶鑄件（SX）不同截面上的枝晶形態進行了研究。研究結果表明，不同代次的鎳基單晶鑄件平臺外側的枝晶形態相似。即初晶相通過發展二次枝晶的形式占據了整個平臺的底部，從二次枝晶中發展出的三次枝晶一直填充滿整個平臺。隨著鎳基單晶鑄件代次的增加，由于難熔合金元素含量的增加和定向凝固中偏析的出現，平臺內部的熔體過冷度顯著增加，高階枝晶尖端的生長速度也顯著增加。此外，高代次的鎳基單晶合金的的平臺內側表現出較強的枝晶分枝能力。

《中國鑄造》（英文版）2019年02期