据国内媒体的报道，中国最新研制的AEF3500涡扇发动机即将要问世了。AEF3500发动机最大推力35吨，与美国波音787客机所使用的GENX、遄达1000推力相近。当AEF3500涡扇发动机运用在CR-929客机上，将大幅度提高客机的航程，延长客机的使用寿命，并在一定程度上促进军用航发领域的发展。AEF3500涡扇发动机的亮相，说明我国打破了航空发动机相关研制阻碍，在新理论、新工艺和新材料上皆获得重大成果，也说明我国离全球航空发动机的第一梯队愈发地近了。

摘自网易新闻 

航空发动机的研制究竟难在哪儿？

航空发动机是为飞行器提供动力的热力机械，需要在高温、高压、高速旋转的条件下工作，对研制的要求很高。航空发动机被认为是迄今为止最为精密和复杂的机械系统，是一个国家的科技和工业水平的标志之一。

1. 目前先进的航空发动机工作温度在1700摄氏度以上，大大超过发动机涡轮叶片镍基合金的熔点。

2. 发动机压气机增压后的压力高达50多个大气压，相当于3倍的蓄满水后的三峡大坝底部压力。

3. 转子每分钟旋转几万转，叶尖承受的离心力相当于40吨重卡车的拉力。

我们通常可以用推重比（推力/重量）综合地评定发动机的水平。提高推重比最直接和最有效的技术措施是提高涡轮前的燃气温度。按照通常的说法，涡轮前温度提高100度，其他设计不变的话，发动机推力可以增加10%左右。高温合金作为推动航空发动机发展的最为关键的结构材料，其性能和选择是决定航空发动机性能的关键因素。随着航空装备的不断升级，对航空发动机推重比的要求不断提高，发动机对高性能高温合金材料的依赖越来越大。目前高温合金部件占到航空发动机重量的40%～60%，主要用于燃烧室、涡轮盘、叶片、机匣等关键热端部件。

在过去几十年里，国内外研究者对高温合金定向凝固缺陷进行了广泛、深入的研究，对各种铸造缺陷的产生机理有了一定的认识。但是，由于缺陷形成的复杂性和影响因素的多样性以及受研究条件的限制不能直接观察缺陷的形成过程。到目前为止，人们对各种缺陷的形成机制仍然不是很清楚，生产实践中的缺陷也没有得到彻底的解决。由于缺陷引起的叶片报废居高不下，甚至成为单晶叶片发展的瓶颈。因此需要从合金设计、叶片结构设计、工艺过程控制多方面进行攻关，也需要对生产过程的管理进行优化和改进，尤其在高温合金的冶炼、装备技术方面还需要不断地探索，为我国航空发动机和工业燃机热端部件的制备提供重要的技术支撑。

这样的背景之下，以高温合金为代表的高温金属材料科学研究毫无悬念地成为了一个重大的时代命题和材料科学的前沿。在攻克这一命题和攀登高峰的过程中，有一部分科技先锋在科研上引领前沿，在产业化上立足国家重大需求，在科学研究和成果转化方面取得了一系列具有国际先进水平的成果。《铸造》在2019年第六期，特别推出“高温合金”专题，旨在展示高温合金材料研究成果和共享资源，推动我国高温合金材料研究和制备的发展。本专题汇集了部分专家学者的研究成果，介绍了两个从事高温合金研究的团队及其研究成果。本专题在内容的深度、广度方面还存在不足，期待读者朋友批评指正，我们将不断改进和提高。

热腐蚀对高温合金力学性能的影响以及防护措施的研究进展

余竹焕，刘蓓蕾，王盼航，梅自寒，费祯宝

 （西安科技大学材料科学与工程学院， 陕西西安710054）

本文综述了热腐蚀对高温合金疲劳性能、持久性能、蠕变性能以及其他力学性能的影响，总结了元素调控技术，表面防护涂层，激光喷丸技术等高温合金的多种防护措施，为发展耐热腐蚀高温合金提供建议。

结论与展望

（1）在一定温度下，盐涂覆高温合金经过热腐蚀后的疲劳性能、持久性能、蠕变性能以及其他力学性能均存在下降趋势，合金受到严重损害。

（2）热腐蚀后高温合金疲劳寿命下降与凹坑、缺陷、化合物的形成、热腐蚀侵蚀引起的再结晶有关。持久性能下降与合金表面承载能力的下降，表面氧化膜的破坏以及合金晶界强度的降低有关。蠕变性能的下降与热腐蚀产生的腐蚀物、合金表面的微裂纹、以及晶界粘结强度下降有关。

（3）着重分析了高温合金热腐蚀防护措施，总结了元素优化技术、表面防护涂层、激光喷丸（LP）技术以及其他表面强化技术等防护措施，并比较了各措施的优缺点。

热腐蚀使高温合金力学性能受到严重损害，高温合金牌号不同，热腐蚀后其力学性能也有所差异。目前国内外学者对合金热腐蚀后的力学性能研究甚少，未能对其力学性能的影响得出统一规律，且影响机理仍需完善，因此热腐蚀对合金力学性能的影响还有待于研究。同时，国内外研究出的热腐蚀防护措施均有利弊，无法大幅度提高合金的耐热腐蚀性能，且由于热腐蚀影响因素十分复杂，在研究防护措施时更应考虑其多样化，有效减少高温合金因热腐蚀而产生的损失。

《铸造》2019年06期

高温合金单晶铸件中条纹晶缺陷的试验研究

马德新1,2，王 富3，孙洪元1,2，徐维台1

（1. 深圳万泽中南研究院， 广东深圳 518045;  2.中南大学，湖南长沙410083; 3.西安交通大学，陕西西安710049）

对几种高温合金铸件中的条纹晶缺陷进行了考察和分析。发现条纹晶多出现于竖直的叶身部位，叶背多于叶盆，上部多于下部，而叶根（榫头）部位极少出现。在竖直的叶身部位的条纹晶多是纵向生长，但也有的是斜向发展。而处于水平状态的叶冠或缘板上会出现横向的条纹晶缺陷。所有条纹晶都是在基体枝晶组织的基础上形成，其基本走向由基体枝晶决定，不论这些枝晶是纵向，斜向还是横向。条纹晶不仅是是细长的线性缺陷，也可能发展为大尺度的三维缺陷，严重影响单晶铸件的质量。从铸件的微观组织来看，条纹晶实际上起源于单晶基体上分裂出来的一段枝晶。

结论

（1）单晶叶片铸件中的条纹晶缺陷多出现于竖直的叶身部位，叶背多于叶盆，上部多于下部，在叶根（榫头）部位极少出现。在竖直的叶身部位除了纵向的条纹晶，也发现了斜向条纹晶。在水平状态的叶冠或缘板部位则会出现横向的条纹晶缺陷。但所有条纹晶都是在基体枝晶组织的基础上形成，其基本走向由基体枝晶决定。

（2）经劳厄分析仪测量，条纹晶与铸件基体之间的晶向偏差不大，一般在几度到十几度之间。

（3）条纹晶过去被认为是细长的线性缺陷，现在发现它可以发展为大尺寸的三维缺陷，成为严重影响单晶铸件质量的宏观晶粒缺陷。

（4）从铸件的微观组织来看，条纹晶实际上起源于从单晶基体上断裂出来的一段枝晶。枝晶断裂的发生一是因为枝晶某些部位特别薄弱，例如嵌入了氧化夹杂，二是因为收缩应力过分集中，例如型壳内壁与铸件表面发生严重粘连。

《铸造》2019年06期

几种镍基高温合金的过冷能力和单晶可铸性的研究与比较

马德新1,2,  张琼元3, 王海洋3, 李林蓄3

（1.中南大学，湖南长沙410083; 2.深圳万泽中南研究院，广东深圳 518045;3.东方电气集团东方汽轮机有限公司， 四川德阳 618000）

对6种镍基高温合金熔体在陶瓷型壳中的凝固行为进行了测量，得出了各种合金的液相线温度TL、临界形核温度TN和临界形核过冷度DTN = TL-TN，发现它们具有明显不同的过冷能力。在单晶叶片的铸造实验中，具有高过冷能力（高于40 ℃）的合金在宏观上抗杂晶能力最强，但容易形成枝晶碎臂微观缺陷。具有中等过冷能力（20～30 ℃）的合金，既能有效防止宏观杂晶缺陷的发生，又能避免微观碎晶的形成，显示出最佳的单晶可铸性。而具有很低过冷能力（低于10 ℃）的合金，抗杂晶能力非常弱，表现出很差的单晶可铸性。镍基高温合金具有相似的化学成分，却显示出明显不同的过冷能力和单晶可铸性，对其原因还需要做进一步的研究。

结论

对6种镍基高温合金在陶瓷型壳中的凝固行为进行了测量分析，发现它们具有明显不同的临界形核过冷度和单晶可铸性。具有高过冷度（超过40 ℃）的合金在宏观上抗杂晶能力最强，但由于枝晶在深过冷状态下生长太快，容易形成枝晶碎臂的微观缺陷。但是具有中等过冷度（20～30 ℃之间）的合金，既能有效防止宏观杂晶缺陷的发生，又能避免微观碎臂晶的形成，显示出最佳的单晶可铸性。而具有低过冷度（小于10 ℃）的合金很容易产生杂晶的形核与长大，表现出最差的单晶可铸性。对于成分相似的合金却具有明显不同的过冷能力和单晶可铸性的原因， 还需要做进一步的研究。

《铸造》2019年06期

搅动法细晶铸造K492M合金的显微组织和拉伸性能

姜　华1，李相辉1，盖其东1，陈　昊2

（1. 北京航空材料研究院 先进高温结构材料重点实验室， 北京100095；2. 空军装备部驻北京地区第六军事代表室，北京100024）

采用扫描电子显微镜（SEM）、电子探针（EPMA）和拉伸性能测试等手段，研究了搅动法细晶铸造K492M合金的显微组织和拉伸性能。显微组织观察表明，铸态组织主要包括γ基体、γ′相、碳化物及γ/γ′共晶；热处理后，合金枝晶干和枝晶间处的γ′相由大、小两种尺寸组成，共晶组织未完全溶于基体；碳化物沿晶界析出，呈链状分布。合金在750 ℃的抗拉强度和伸长率分别为（1157±12）MPa和（9.1±2）%。抗拉断口SEM观察显示，断裂机理主要为韧窝断裂。

结论

（1）搅动法细晶铸造工艺制备的K492M合金试棒铸态组织包括主要包括γ基体、γ′相、碳化物及γ/γ′共晶。其中，合金枝晶干处的γ′相形状规则，呈立方形，体积分数和尺寸分别为50%和0.33 μm；枝晶间处的为54%和0.49  μm。

（2）热处理后，枝晶干处γ′相为规则长方形形状；尺寸为0.36 um，枝晶间处γ′相为不规则形状，尺寸为0.71 um；同时，枝晶干和枝晶间还析出了圆形的细小γ′相（＜0.1 μm）；碳化物沿晶界呈链状分布析出。

（3）合金在750 ℃下的抗拉强度和伸长率分别为（1157±12）MPa和（9.1±2）%。断裂机理主要为韧窝断裂。

《铸造》2019年06期

高温合金单晶铸件中杂晶缺陷的试验研究

马德新1,2，王 富3，孙洪元1,2，徐维台1,2

（深圳万泽中南研究院，广东深圳 518045; 2.中南大学，湖南长沙410083; 3.西安交通大学，陕西西安710049）

分析了高温合金单晶叶片铸件中杂晶缺陷的特征和形成机理。指出杂晶主要产生在铸件横截面大幅度扩张的部位，如缘板和叶冠处，原因是边角处冷却过快，熔体过冷超过了合金的临界形核过冷度。通过试验验证了叶片形状、凝固工艺和合金过冷能力等因素的影响，并提出了这种几何性杂晶形成的条件判据。在生产试验中还发现杂晶也会由其他原因引起，如在型壳内壁的裂纹处和型壳与芯头的间隙中，浇注时渗入的金属液在凝固时形成杂乱晶向的金属披缝，有可能长入铸件形成杂晶。另外， 铸件在定向凝固中若产生雀斑缺陷，则雀斑链中的细小等轴晶粒可能会继续生长，扩展为粗大的杂晶组织。条纹晶也可发展成为三维的大尺度杂晶缺陷，但与基体的晶向偏离不会太大。

结论

（1）高温合金单晶铸件中杂晶缺陷的产生大多具有明显的几何结构特征，主要产生在横截面大幅度扩张的部位如缘板和叶冠处，起源于相应的几何性（或结构性）液体过冷引起的新晶粒形核。对这种几何性杂晶的形成提出了条件判据，表征了叶片形状、凝固工艺和合金过冷能力等因素的影响。

（2）在型壳内壁的缺陷如裂纹、粘砂和芯头间隙处，渗入的金属液会形成杂晶晶粒并可能长入铸件。

（3）雀斑缺陷中的细小等轴晶粒可能会继续生长成为粗大杂晶。在这种情况下，杂晶的形成起源于糊状区内枝晶臂的碎化。

（4）条纹晶可发展成为三维的大尺度杂晶缺陷，但与基体的晶向偏离不会太大。在这种情况下，相应杂晶起源于糊状区内枝晶主干的撕断和错位。

《铸造》2019年06期

定向凝固工艺对高温耐蚀单晶高温合金组织和应力断裂性能的影响

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）研制出了适用于高温结构材料的第一代耐高温腐蚀镍基单晶高温合金DD488。为了研究不同的凝固工艺对DD488合金的微观组织和持久性能的影响，研究人员通过高速凝固法和液态金属冷却法制备DD488合金，并对两种工艺所制备的合金的微观组织和持久性能进行了对比研究。研究结果表明，采用液态金属冷却法制备的DD488合金的一次枝晶间距（236.8μm）小于高速凝固法制备的DD488合金（323.9μm），热处理后的合金中γ‘相的体积分数高于高速凝固法制备的合金，且持久性能（110.0 h）高于高速凝固法制备的合金（76.8 h）。

《中国铸造》（英文版）2019年01期

采用液态金属冷却（LMC）工艺对重型燃气轮机叶片进行定向凝固铸造

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

沈阳铸造研究所有限公司的研究团队采用DZ466高温合金利用液态金属冷却（LMC）技术制备重型燃气轮机大型叶片，研究了陶瓷壳强度和一些重要的工艺参数，如保温温度、保温时间和抽拉速度等对叶片成型的影响。研究结果表明，中等强度陶瓷型壳（高温抗弯强度为 8 MPa，热冲击后抗弯强度为 12 MPa，残余抗弯强度为20 MPa） 可以防止叶片的断裂和跑火。适当的加热炉温度（上区1,520 ℃，下区1,500 ℃）可以消除宽角度晶界、晶粒偏斜和壳裂纹引起的跑火。浇注后的保温时间（3-5 min）可以促进晶粒的竞争生长，避免柱状晶粒沿晶粒方向<001>发生较大偏离，晶粒结构平直，分布均匀。此外，为了避免流纹的形成并保证叶片表面的光滑，需要保证抽拉率不大于晶粒的生长速度。研究还发现，叶片微观组织的枝晶间距随着凝固速度的增加而减小，随着凝固位置与激冷盘距离的增加而增大。

《中国铸造》（英文版）2019年01期

镍基单晶高温合金DD5在长期时效过程中界面位错网络的演化

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

沈阳工业大学材料学院的研究团队在1,100℃下，通过FE-SEM对镍基单晶高温合金DD5长期热时效过程中的界面位错网的演变进行了研究，研究结果表明：在时效的早期阶段，错配位错形成，然后在（001）界面发生取向重排，矢量方向从< 110 >变为< 100 >方向。位错反应会形成不同类型的方形或矩形位错网。随着热时效时间的延长，四组位错组成的方形位错网可以转化为八角形位错网，再通过位错反应形成其他方形位错网。由四组位错组成的矩形位错网可以转化为六边形位错网。界面位错网促进γ’相的形筏过程。位错网间距越来越小，导致晶格错配度从-0.10%增加到-0.32%。

《中国铸造》（英文版）2019年01期

复杂镍基单晶铸件平台上的枝晶

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

Min Huang, Gong Zhang, Dong Wang, et al

中国科学院金属研究所的研究团队采用光学显微镜（OM）、电子探针微量分析仪（EPMA）、差热扫描量热仪（DSC），Thermo-Cal软件和Pro-CAST软件对镍基单晶铸件（SX）不同截面上的枝晶形态进行了研究。研究结果表明，不同代次的镍基单晶铸件平台外侧的枝晶形态相似。即初晶相通过发展二次枝晶的形式占据了整个平台的底部，从二次枝晶中发展出的三次枝晶一直填充满整个平台。随着镍基单晶铸件代次的增加，由于难熔合金元素含量的增加和定向凝固中偏析的出现，平台内部的熔体过冷度显著增加，高阶枝晶尖端的生长速度也显著增加。此外，高代次的镍基单晶合金的的平台内侧表现出较强的枝晶分枝能力。

《中国铸造》（英文版）2019年02期