铸造ＦＯＵＮＤＲＹ
Ｓｅｐ．２００９ＶｏＩ．５８Ｎｏ．９
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｛专题综述｛
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液态金属冷却法在高温合金定向凝固中的应用
葛丙明１，刘林１，黄太文１，张军１，傅恒志１，于波２，苏贵桥２，刘孝福２，娄延春２
（１．西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安７１００７２；２．沈阳铸造研究所，辽宁沈阳１１００２２）
摘要：筒述了国内外对单晶涡轮叶片和大尺寸燃气轮机叶片的需求，介绍了国内外液态金属冷却法定向凝固的发展及现状、冷却用液态金属的选择以及凝固参数控制，对液态金属冷却定向凝固中的传热过程进行了分析，论述了液态金属冷却定向凝固在铸件组织控制、性能优化、缺陷消除等方面的优势，展望了液态金属冷却法定向凝固的发展方向。
关键词：Ａ液态金属冷却；定向凝同；热传导；高温合金；缺陷；冷却介质
中图分类号：ＴＧｌ３２．３乞文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４９７７（２００９）０９—０９１０—０８
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＬｉｑｕｉｄＭｅｔａＩＣｏｏｌｉｎｇｉｎＤｉｒｅｃｔｉｏｎａＩＳｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆ
Ｎｉｃｋｅｌ．．ＢａｓｅｄＳｕｐｅｒＡｌｌｏｙｓ
ＧＥＢｉｎｇ－ｍｉｎ９１，ＬＩＵＬｉｎｌ，ＨＵＡＮＧＴａｉ－ｗｅｎｌ，ＺＨＡＮＧＪｕｎｌ，ＦＵＨｅｎｇ－ｚｈｉｌ，
ＹＵＢ０２，ＳＵＧｕｉ—ｑｉａ０２。ＬＩＵＸｉａｏ—ｆｕ２，ＬＯＵＹａｈ—ｃｈｕｎ２
（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００７２，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈｅｎｙａｎｇＲｅｓｅａｒｃｈｌｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＦｏｕｎｄｒｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００２２，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａＩｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｓａｎｄＩａｒｇｅｃｒｏｓｓ．ｓｅｃｔｉｏｎｉｎｄｕｓｔｒｉａＩｇａｓｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｓｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．ＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｉｑｕｉｄｍｅｔａＩｃｏｏｌｉｎｇ（ＬＭＣ）ｐｒｏｃｅｓｓ。ｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｍｅｄｉｕｍａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏＩｏｆｓｏｍｅｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗａｓａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆＬＭＣｐｒｏｃｅｓｓｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｔｈｅｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｏｆｄｅｆｅｃｔｓｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｆｕｒｔｈｅｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．
ＫｅｙＷＯｒｄＳ＇－ｌｉｑｕｉｄｍｅｔａｌｃｏｏｌｉｎｇ；ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ；ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ；ｄｅｆｅｃｔ；ｃｏｏｌｉｎｇｍｅｄｉｕｍ
提高工业燃气轮机和航空发动机效率迫切需要提高燃气轮机和涡轮机叶片的高温力学性能和耐蚀性［１－５］。定向凝固法可得到定向和单晶组织，显著提高材料高温力学性能和耐蚀性【叼。
目前广泛应用的定向凝固法是发明于２０世纪６０年代末的“高速凝固（ＨＲＳ）法”。该法通过炉内保温加热区和铸件底部水冷托盘及辐射散热实现正的温度梯度［７１。但随铸件从保温区域拉出，散热逐渐变为以辐射为主，散热效率很快下降，导致凝固前沿的温度梯度不断降低，所生产的铸件组织不均匀。特别是对于大尺寸燃气轮机叶片的生产，ＨＲＳ法的上述缺点十分突出。与ＨＲＳ方法不同，ＬＭＣ法以低熔点液态金属作为冷却区域的冷却介质，铸件散热大大增强，温度梯度和凝固速率较高，获得的铸件组织细密、缺陷较少【蜘，且铸件组织均匀，可满足工业燃气轮机大尺寸叶片及高性能航空发动机叶片定向凝固生产的要求，因而成为近年来的研究热点醐。１ＬＭＣ定向凝固方法的发展及现状早在２０世纪７０年代，美国Ｐ＆Ｗ公司Ｇｉａｍｅｉ［Ｓ－卿等就提出ＬＭＣ法的基本Ｔ艺过程：先将合金液浇入壳型，然后按选择的速度将壳型拉出保温炉体，浸入液态金属熔池，金属熔池的水平面保持在凝固的固／液界面附近。ＬＭＣ法出现后并未立即得到广泛应用，而是在８０年代中期南俄罗斯率先应用于大尺寸单晶和定向件的生产［１０－１１】。９０年代后，西方国家也开始把注意力转向ＬＭＣ法，如美国的ＧＥ、英国的ＲｏｌｌｓＲｏｙｃｅ、德国的ＡＬＤ公司、德国Ｅｒｌａｎｇｅｎ大学以及美国密歇根大学等都开始ＬＭＣ法的研究。迄今，在全球范围内ＬＭＣ法使Ｈｊ单位已大致形成两个阵营：一个是以德国ＡＬＤ公司为代表以设备精密、自动化程度高为主要特色的两方体系；另一类是以俄罗斯全俄航空材料研究院（Ｖ认Ｍ）为代表以ＬＭＣ技术她长、工业应用最早的前苏联体系，其定向炉可实现自动化连续生产，温
基金项目：国家自然科学基金资助（５０８２７１０２）。收稿日期：２００９—０５—１８收到初稿，２００９—０６—２２收到修订稿。
作者简介：葛丙明（１９８３一），男，河北廊坊人．博士，研究厅向为液态金属冷却方法及其在高温合金叶片制备中的应用。
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