单向凝固技术：柱状晶组织的制备方法

高温条件下工作的耐热合金涡轮叶片的宏观组织，都是柱状晶（晶界与叶片主应力平行）则涡轮叶片将具有很高的抗蠕变性能；如只由一个柱状晶构成单晶叶片，其性能更高。获取柱状晶组织必须采用单向凝固技术。

1.单向凝固（亦称定向凝固）技术

欲使柱状晶充分发展，必须在柱状晶生长方向的固-液界面前沿液相中避免形成新的晶核，即抑制等轴晶形成。为此应做到下列几点：①保证液态合金在型腔中单向散热，绝对避免在侧面形核和生长；②保证固-液界面前沿液相中有足够大的正温度梯度，并减小界面前沿液相中的成分过冷；③保证型腔中液态合金液面上不产生晶体，以防止其沉积形成等轴晶；④在熔炼过程中应采取措施防止液态合金氧化，以提高液态合金的纯洁性。（图6-4）。

2.单晶体铸件的获得

如果铸件开始结晶时只有一个柱状晶，就有可能在单向凝固条件下使铸件只由一个晶体构成。这就是单晶体铸件。

图6-5所示是生产单晶体叶片的铸型。叶片型腔下方有一个螺旋生长器，再往下是形核空腔。形核空腔下端紧靠水冷结晶器。液态合金在形核空腔中生长成许多柱状晶，螺旋生长器只选择了其中一个穿过螺旋而进入型腔生长，最后生长成由一个柱状晶构成的单晶叶片。可见螺旋生长器是作为铸件结晶时选择单晶之用的，故称单晶选择器。单晶选择器除上述螺旋形细腔外，还有其他形式。

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图6-4 单向凝固和普通精铸叶片的宏观组织

a）普通精铸 b）单向凝固

图6-5 生产单晶体叶片的铸型

1—叶片型腔 2—螺旋生长器 3—形核空腔 4—水冷结晶器