镍基单晶高温合金DD3制备过程中晶粒演化和选晶行为的EBsD研究

采用选晶法在改进的Bridgman定向凝固炉上进行镍基单晶高温合金DD3定向凝固实验,研究了选晶法制备镍基单晶高温合金过程中晶粒组织演化和螺旋选晶行为,采用电子背散射衍射(EBSD)技术对晶粒的竞争过程进行分析.结果表明,选晶器引晶段的主要作用是优化晶粒取向.获得取向良好的<001>定向凝固组织.在距激冷板36.1 mm处,90%的<001>取向晶粒与轴向偏离小于10°,只有很少的晶粒取向与轴向偏离大于12°.螺旋选晶段的主要作用是确保只有一个晶粒进入型腔,在选晶段沿螺旋方向攀旋一周时就可获得单晶组织.选晶过程中,远离选晶器螺旋通道内侧的晶粒由于受到螺旋通道较强的几何约束,进而被靠近螺旋通道内侧的晶粒所淘汰.螺旋选晶器的狭窄通道对枝晶生长的阻碍作用是实现螺旋选晶的主要原因.

镍基单晶高温合金螺旋选晶过程的数值模拟

采用ProCAST&CAFE模型,模拟了选晶法制备镍基单晶高温合金DD3过程中的晶粒组织演化。结果表明,选晶器引晶段的主要作用是优化晶粒取向,随着距引晶段底部距离的增加,<001>晶向与热流方向偏离角较大的晶粒逐渐被淘汰,到达距引晶段底部26 mm处时,<001>取向的晶粒与热流方向之间的夹角平均值小于10°。螺旋选晶段的主要作用是获得单一晶粒,其对晶粒的取向没有优化作用。螺旋选晶过程中,靠近螺旋通道外侧的晶粒因受到螺旋通道较强的几何阻碍逐渐失去生长空间,而靠近螺旋通道内侧的晶粒通常被选为最终的单晶。螺旋选晶段对晶粒的选择或淘汰与该晶粒在螺旋通道内所处的位置(螺旋通道的内侧或外侧)有密切关系,而与晶粒的晶体学取向没有必然联系。