【引言】

固溶熱處理期間單晶鎳基高溫合金的再結(jié)晶現(xiàn)象導(dǎo)致投資單晶鑄造工業(yè)的高昂成本。再結(jié)晶的形核通常與現(xiàn)有晶界的遷移有關(guān)。在沒有晶界的情況下，需要20-25％的嚴(yán)重變形如缺口或壓縮觸發(fā)再結(jié)晶，通常由于應(yīng)變集中區(qū)如碳化物的存在而放大。在熱機械疲勞期間也觀察到再結(jié)晶，在變形孿晶帶交叉處形核。這些可能性都不會出現(xiàn)在鑄造單晶高溫合金中，因其潛在應(yīng)變低并且設(shè)計中不存在碳化物。那么，到底是如何在經(jīng)歷適度應(yīng)變的單晶材料中形成移動的大角度晶界的？控制再結(jié)晶的一種策略是通過改變陶瓷模具和芯材料來降低冷卻期間的變形，降低模具的強度，但增加失效或變形的風(fēng)險。另一種方法是消除或減少再結(jié)晶的形核。

【成果簡介】

近日，劍橋大學(xué)的Catherine M.F. Rae（通訊作者）等人首次提供了在單晶鑄件的表面層中形核的證據(jù)，并且表明在非常適度的應(yīng)變的合適條件下，它們可以發(fā)展成具有移動的大角度晶界的相當(dāng)大的晶粒。在該研究中，已經(jīng)確定了CMSX-4合金中表面形核的兩種來源。實驗表明，在表面處的微晶粒生長引起塊體材料中存在足夠應(yīng)變的區(qū)域發(fā)生完全再結(jié)晶，通過消除這些表面缺陷，可以完全緩解再結(jié)晶。鑄件表面的蝕刻被證明是實現(xiàn)這一點的有效方法。該研究成果以“Nucleation of recrystallisation in castings of single crystal Ni-based superalloys”為題發(fā)表在Acta Materialia上。

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【小結(jié)】

綜上，可以得到以下結(jié)論：具有大角度晶界的γ'的微晶粒在朝向鑄件頂部的表面共晶層內(nèi)形成。即使在不存在產(chǎn)生再結(jié)晶的臨界應(yīng)變的情況下，微晶粒仍能經(jīng)受標(biāo)準(zhǔn)熱處理。在鑄件沒有表面共晶層的下部中，金屬可以局部粘附到模具上，隨后的分離產(chǎn)生相對于塊狀單晶高達(dá)20°旋轉(zhuǎn)角的局部變形表面區(qū)域。在熱處理之后，變形區(qū)域通過重復(fù)孿晶形成不同的晶粒，并且相對于塊體具有高度移動的取向差角。實驗表明，在塊體內(nèi)存在臨界變形的情況下，蝕刻鑄件表面可以消除再結(jié)晶。