摘要：文章旨在通过系统研究MSGs缺陷形成过程中的定向凝固工艺参数、管套尺寸和Re含量来控制缺陷。提出了一个考虑凝固收缩的CARTISH模型，基于该模型的模拟结果与实验观察到的不同条件下MSG缺陷的分布和程度一致，证明有效控制CARTISH是管理MSG缺陷的关键。

导读

文章旨在通过系统研究MSGs缺陷形成过程中的定向凝固工艺参数、管套尺寸和Re含量来控制缺陷。提出了一个考虑凝固收缩的CARTISH模型，基于该模型的模拟结果与实验观察到的不同条件下MSG缺陷的分布和程度一致，证明有效控制CARTISH是管理MSG缺陷的关键。

由镍基超合金制成的单晶涡轮叶片由于其优异的高温性能，广泛用于先进工业领域。为了进一步提高这些机器的效率，需要更高的入口温度，这要求单晶叶片具有更高的工作温度。目前用于提高超导叶片高温性能的方法目的是提高合金本身的耐温性，并增强高温下SC叶片的性能，这提高了单晶叶片中晶粒缺陷的发生率。

微尺度杂晶(MSGs)是出现在镍基高温合金单晶叶片叶冠中的一种新型晶粒缺陷，由破碎的高度有序的枝晶臂、小尺寸等轴晶粒和柱状晶粒组成，与单晶基体相比具有不同的结晶取向，从而损害了单晶叶片的单晶结构。这种缺陷出现在微观尺度和单晶叶片的覆环内，最先进的无损检测方法无法检测这种缺陷，导致单晶叶片的应用风险较高。

基于此，西安交通大学王富教授团队系统地研究和理解MSGs缺陷的形成，以便进行有效地控制和消除。相关工作以题为“Microscale stray grains formation in single-crystal turbine blades of Ni-based superalloys”发表于期刊《Journal of Materials Science & Technology》。

MSG缺陷尤其形成在叶片背面面向加热器的上管套的突出末端，发生概率随着抽拉率的增加而降低，随着护罩尺寸的增加而增加。MSG缺陷出现在叶片管套向下悬挂末端和叶片主体侧面之间的过渡区域，以及管套向下悬挂末端的拐角附近。此外，改变Re含量可以大幅减少MSG缺陷的形成。

据此提出了考虑凝固收缩的CARTISH模型来解释MSG缺陷的形成。基于该模型的模拟结果与实验测定的不同形状和Re含量的包壳内MSG缺陷以及不同拉速下凝固的MSG缺陷分布趋势一致。因此，有效控制CARTISH在管理MSG缺陷中十分重要。

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来源：特铸杂志