【引言】

固溶熱處理期間單晶鎳基高溫合金的再結晶現象導致投資單晶鑄造工業的高昂成本。再結晶的形核通常與現有晶界的遷移有關。在沒有晶界的情況下，需要20-25％的嚴重變形如缺口或壓縮觸發再結晶，通常由于應變集中區如碳化物的存在而放大。在熱機械疲勞期間也觀察到再結晶，在變形孿晶帶交叉處形核。這些可能性都不會出現在鑄造單晶高溫合金中，因其潛在應變低并且設計中不存在碳化物。那么，到底是如何在經歷適度應變的單晶材料中形成移動的大角度晶界的？控制再結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險。另一種方法是消除或減少再結晶的形核。

【成果簡介】

近日，劍橋大學的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，并且表明在非常適度的應變的合適條件下，它們可以發展成具有移動的大角度晶界的相當大的晶粒。在該研究中，已經確定了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變的區域發生完全再結晶，通過消除這些表面缺陷，可以完全緩解再結晶。鑄件表面的蝕刻被證明是實現這一點的有效方法。該研究成果以“Nucleation of recrystallisation in castings of single crystal Ni-based superalloys”為題發表在Acta Materialia上。

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【小結】

綜上，可以得到以下結論：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形成。即使在不存在產生再結晶的臨界應變的情況下，微晶粒仍能經受標準熱處理。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，隨后的分離產生相對于塊狀單晶高達20°旋轉角的局部變形表面區域。在熱處理之后，變形區域通過重復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，在塊體內存在臨界變形的情況下，蝕刻鑄件表面可以消除再結晶。