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定向凝固高温合金是在定向凝固技术进步基础上发展出来的。所谓定向凝固，就是高温合金熔体在铸型中凝固时，通过一定控制，生成几乎相互平行的柱状晶。如果叶片经过定向凝固，其结晶方向与叶片所受应力平行，那么这时叶片受力或耐温的能力就大大提高。专为生产定向凝固叶片而设计的高温合金，或本身已具有单向结晶结构的合金，称为定向凝固合金。这是在镍基铸造高温合金基础上改型的结果，这种改型在于适合定向柱晶的结晶条件，对成分适当修改，以使性能达最佳状态。并非所有铸造高温合金都可用定向凝固办法来提高性能。32038
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在定向凝固高温合金发展初期，都沿用普通铸造合金成分，其中使用较多的定向凝固合金有MAR-M200、PWA1422、GTD-111、MGA1400、CM247LC、TMD-5、René80、René125和IN-792Hf等，形成第一代定向凝固高温合金。起初，合金高温有助于在定向凝固过程中防止晶间开裂，同样的改良被用于许多其他传统铸造高温合金，使其能被定向凝固制成叶片。这一类合金中通常含有1.0%~2.0%Hf。如高温合金Mar-M200是该时期开发的第一代定向凝固合金之一。它是在普通铸造高温合金Mar-M200合金中添加Hf。这类合金还有含Cr量高、具有良好抗热腐蚀性能的René80DS、GTD-111DS和具有良好高温强度和抗氧化的Mar-M247DS （或CM247DS），一直被广泛应用到现在。论文网
国外合金的发展
20世纪80年代末，日本开发的TMD-5被用于发动机一级叶片上，是第一代定向凝固高温合金中性能最好的合金，其强度与第二代定向凝固高温合金相当。1987年，把在航空发动机领域已应用20年的定向凝固技术用于地面燃气轮机，将定向凝固高温合金DS GTD-111制成一级涡轮叶片安装在美国GE公司的MS7001F、MS9001F大型机组，机组燃气涡轮进口温度1315℃。日本三菱重工于1999年开发并投入使用大型汽轮机叶片定向凝固材料MGA1400 和MGA2400，使用温度达1 500 ℃。定向凝固MGA1400被用于第一级和第二级叶片，耐温能力相对于普通铸造高温合金IN738LC提高50℃。定向凝固高温合金PWA1422是在MAR-M200基础上发展起来的，不仅有良好的中、高温蠕变断裂强度和塑性，且有比原合金约高5倍的热疲劳性能，在现代的航空发动机及工业燃气轮机上获得广泛应用。
20世纪80年代末及90年代初，在美国及俄罗斯相继涌现出第二代定向凝固高温合金，如René150、PWA1426、CM186LC、René142和ЖKC32等。第二代定向凝固合金含有3%Re，以增强γ相固溶强度，其性能水平与第一代单晶高温合金相当，承温能力比第一代定向凝固高温合金提高28~35℃。其中CM186LC和René142是广泛应用于商业和军事喷气发动机的第二代定向凝固涡轮高温合金。合金CM186LC是在CM247LC合金基础上加3%Re，极大提高了合金蠕变强度。与第一代定向合金比，第二代合金成分的特点是降低C、Ti和Zr量，以改善合金塑性和晶界开裂抗力，适当降低W、Mo含量，有助于改善合金组织稳定性。该合金被用于复杂冷却导向器组合件和较大尺寸低压涡轮叶片。合金在双时效状态使用，不需固溶处理，这对那些由于固溶处理引起再结晶的部件更具吸引力。在高于980℃温度下，合金强度介于定向凝固合金DS CM247LC和第一代单晶高温合金CMSX-2 和CMSX-3 之间。René142合金是美国GE公司开发的一种用于商业和军用喷气发动机的高强度镍基定向凝固汽轮机合金，是基于René150基础上研制出的。René142蠕变强度和纵向断裂强度相当于第一代单晶高温合金RenéN4、PWA1480和CMSX-3，由于该合金具有最佳Ta+Al+Cr含量，同时没有Ti，抗氧化性能优于第二代单晶高温合金CMSX-2、PWA 1484。