许庆彦，夏鹄翔

（清华大学材料学院先进成形制造教育部重点实验室，北京100084）

0 引言

高温合金涡轮叶片是现代航空发动机极为重要的热端部件，其服役环境恶劣，需在高温环境下承受高应力载荷，且要求保持组织稳定，这对高温合金的成分、组织及制备工艺均提出了严苛要求。常见的高温合金有Fe基、Co基和Ni基3大体系[1]，其中镍基高温合金由于其综合性能优异，在航空发动机叶片上应用最为广泛。

叶片的微观组织对其最终性能有直接影响，为获得具有明显各向异性的单晶组织，在生产过程中一般采用定向凝固工艺。高温合金叶片生产中常见的定向凝固方法有功率降低法[2]、高速凝固法[3]和液态金属冷却法[4]等，这些方法能建立垂直的温度梯度，使晶粒沿热流方向定向生长。

镍基单晶高温合金的铸态组织主要包括枝晶组织和枝晶间组织[5]。枝晶组织为单一γ相，面心立方晶体；枝晶间组织主要由γ相和γ'相组成，γ'相为具有L12结构的有序相。由于合金中C、B、Hf等晶界强化元素的存在，在实际成形中，往往还会形成MC型碳化物[6]。此外在定向凝固成形过程中，容易产生各类缺陷，如雀斑[7-8]、杂晶[9-10]、条带晶[11]、小角度晶界[12-13]等。这些铸造缺陷的形成与单晶高温合金的成分、组织形态、定向凝固工艺密切相关。研究各类缺陷的形成机理，有助于优化定向凝固工艺，减少乃至消除缺陷，提高叶片合格率。

目前针对各类缺陷机理的相关研究主要通过试验和数值模拟2种方法进行。……