定向凝固铸造高温合金(directionallysolidifiedsuperalloy)

晶粒按控制方向生长的铸造高温合金。定向凝固又称定向结晶。对于一个铸件来说，定向凝固铸件是由-束平行排列的柱状晶构成。

简史20世纪50年代，航空发动机涡轮进口温度的提高i要求材料的强度相应提高，而铸造高温合金的晶界是薄弱环节。航空发动机的涡轮叶片在轴向离心力的作用下，裂纹首先在叶片的横向晶界产生，导致破坏。60年代初，为解决这-问题，研制了定向凝固工艺，消除叶片的全部横向晶界，纵向性能获得显著改善。由于镍基铸造高温合金的晶体择优生长的晶向是<100>方向，这一取向具有低弹性模量，因此改善了合金的热疲劳性能。

定向凝固原理和工艺为了获得定向凝固单向柱状晶组织，必须同时满足两个条件：第一，热流垂直于晶体生长的固液界面单-方向导出；第二，晶体生长的界面前的熔体中没有新的结晶核心并长大，保持正的温度梯度。定向凝固的工艺原理是，将-个开底的精铸模壳放在水冷底盘上，周围有加热装置，把模壳加热到高于合金熔点的温度，沿铸件方向形成温度场，然后浇入过热的合金熔体，通过不同方式冷却，使铸件的凝固潜热从底部向下散出，实现定向凝固。定向凝固工艺主要有发热铸型法、功率降低法、高速凝固法和液体金属冷却法等。

显微组织特征定向凝固铸造高温合金的成分特点是：在普通铸造合金成分中加入铪，以改善其横向塑性。该合金的显微组织(见高温合金材料显微组织)特征是：生长完整的树枝晶，且树枝晶由下而上地粗化，随着树枝晶杆的粗化，二次臂伸展变大，其上又出现三次臂。上述树枝晶的生长又决定了高温合金主要析出相7，(见高温合金材料的金属间化合物相)、γ-γ’共晶、M₂₃C₆、Mc等(见高温合金材料的间隙相)的分布和形貌，Mc、γ-γ’共晶相特征是上部粗下部细、呈条状排列，γ’相的颗粒度与冷却速度相关。

高温合金定向凝固的效果与合金中γ’相含量相关，γ’相愈多，树枝干的强化效果愈好，就愈能显示出定向凝固工艺的优越性。这说明定向凝固铸造高温合金必须有高的y含量。为了获得定向凝固合金的细小γ’相，通常采用热处理手段。-般说，细小γ’相数量增加，则合金的持久强度提高。

应用定向凝固铸造高温合金的使用温度可提高10～30℃，从而使涡轮前进口温度提高20～30℃。定向凝固铸造高温合金具有优越的抗热疲劳性能、中温塑性和较长的蠕变寿命。与普通铸造高温合金相比，定向凝固铸造高温合金提高热疲劳寿命8倍，增加蠕变寿命2倍，提高塑性4倍。

定向凝固铸造高温合金叶片于60年代中期首先用于军用航空发动机，随后60年代末期，开始用于民航发动机；到80年代，仅美国惠普公司已生产百万个定向凝固叶片，可装4000台发动机。