第一篇：明礬單晶的研究

明礬單晶、硫酸銅單晶研究成果

我們是一家專門研制各種單晶的專業(yè)機(jī)構(gòu)，在1986年我機(jī)構(gòu)已成功生長(zhǎng)出完全透明的正八面體明礬單晶并成功推廣到全國(guó)各大、中院校，用于教學(xué)觀摩，并得到一致好評(píng)，清華大學(xué)，上海交通大學(xué)特來(lái)信給予高度評(píng)價(jià)。

目前我機(jī)構(gòu)正在研制硫酸銅單晶體，技術(shù)已趨成熟，根據(jù)目前獲得的硫酸銅單晶體實(shí)物我們可以初步肯定，硫酸銅單晶體為藍(lán)．．．．．．．．色，透明的長(zhǎng)方體。．．．．．．．．．

現(xiàn)將明礬單晶體實(shí)物通過(guò)照片形式與大家分享。

第二篇：替代明礬的研究

以淀粉為主料，采用食品級(jí)海藻酸鈉和無(wú)水氯化鈣來(lái)替代明礬作為添加劑，以保證粉條的可加工性和韌性；高鈣營(yíng)養(yǎng)粉條可采用現(xiàn)有的加工方法加工。

本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)工藝中必須采用的明礬，以純天然的食品添加劑作為替代品，同時(shí)加入了人體易吸收鈣，使粉條成為一種具有營(yíng)養(yǎng)保健功能的大眾食品。

添加辦法：

高鈣營(yíng)養(yǎng)粉條，其特征是以淀粉為主料，采用食品級(jí)海藻酸鈉和無(wú)水氯化鈣來(lái)替代明礬作為添加劑，以保證粉條的可加工性和韌性；按重量單位“份”計(jì)的配方為：淀粉：100份，水：100-120份，海藻酸鈉（400-500粘度）：1-3份，無(wú)水氯化鈣：0.1-1份。含海藻的粉條是一種含海藻類（海藻酸鈉）的粉條，其特點(diǎn)是將海藻酸鈉和淀粉按一定的比例混合、蒸熟、干燥，最后切割成所要求的粉絲和粉條制品。本

制品含有豐富的人體所必需的微量元素，特別是含有較多的碘和鈣，對(duì)預(yù)防和治療甲狀腺、缺碘等疾病均有功效，是一種口味鮮美、食用和貯存方便、老少皆宜的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的保健食品。

紅薯粉條加工疑難解決辦法紅薯粉條加工中常出現(xiàn)“斷條”、“起沫”、“白條糠心”和“并條”，其原因解決如下：

一、斷條，具體原因有： 1.淀粉質(zhì)量差，甚至發(fā)霉，失去原淀粉應(yīng)有的糊性，尤其用劣質(zhì)淀粉打芡更易斷條，2.和面后面團(tuán)放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使面團(tuán)溫度降低，芡逐漸老化，影響面團(tuán)的延展性即“走芡”。解決辦法：

1.絕對(duì)不應(yīng)用劣質(zhì)淀粉打芡。

2.若因面團(tuán)水分大，含芡量低，可用鍋打一部分含水量低的芡兌入，若面團(tuán)水份量太大，適當(dāng)加些干淀粉，再經(jīng)試驗(yàn)正常后再繼續(xù)漏粉。明智的消費(fèi)者絕不應(yīng)因?yàn)槟撤N食品標(biāo)記“無(wú)糖”，就放縱自己吃掉這些本來(lái)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不高的食物和飲料。有些無(wú)糖食品如無(wú)糖牛奶等，其原料來(lái)源于動(dòng)物性食品，糖類含量低，一般不會(huì)造成血糖的上升，可按一定的量攝入。追求低糖時(shí)尚的健康人，沒(méi)有必要一味選擇無(wú)糖食品，平時(shí)生活中注意別吃太多甜食就行了。

3.在連續(xù)漏粉中，除做好面團(tuán)保溫外，可以另一缸和好的面團(tuán)中，取部分含水量高的面團(tuán)重新揣好。

4.為防止走芡可在和好的面團(tuán)中取八至十分之一，上敷少量溫水，放置保溫處，當(dāng)出現(xiàn)走芡時(shí)馬上兌入揣好。

5.若走芡不重，可以盆中取少量（1.5公斤左右）面團(tuán)，在漏粉的開(kāi)水鍋里蘸一下，放回走芡盆里，這樣連做幾次，再重新揣和均勻，經(jīng)試驗(yàn)正常后再漏，這叫增芡。6.打芡時(shí)可適當(dāng)加入些食鹽，與海藻酸鈉0.3%-0.5%一起用熱水融化，食鹽0.5%-1.0%，粗粉取低值，細(xì)粉取高值，細(xì)粉取高值可以增加面團(tuán)的延展性。

7.添加增韌劑，海藻酸鈉0.3%-0.5%

二、起沫：主要原因是漏粉時(shí)水溫較低，粉條不能及時(shí)變熟成型導(dǎo)致半糊狀起沫，尤其是淀粉質(zhì)量差的更易起沫。解決辦法：選好淀粉適當(dāng)提高水溫使淀粉快出鍋，如起沫可暫時(shí)停漏粉，用笊籬撈出起沫及所帶雜質(zhì)，加少量消沫劑使泡沫較快消失。

三、白條發(fā)糠：即在冷凍和晾曬中出現(xiàn)部分變白發(fā)糠和運(yùn)輸貯藏中易碎的現(xiàn)象。主要原因淀粉質(zhì)量太差，含雜質(zhì)面團(tuán)未經(jīng)抽空密度小，韌性差，冷凍時(shí)不適當(dāng)或冷凍過(guò)急，或撈粉池中加麥芽粉過(guò)多，影響了老化程度。

解決辦法： 1.對(duì)質(zhì)量差的淀粉凈化處理。2.封嚴(yán)冷凍室，冷凍不可急。3.老粉池中麥芽粉不可太多。

4.打芡時(shí)可視淀粉情況加海藻酸鈉，用量為0.3%-0.5%

四、并條：原因是面團(tuán)含芡量少，含水量多，冷卻和老粉池內(nèi)水溫偏高，麥芽粉加的量偏少，導(dǎo)致不能除凈煮好的已成型粉條的外圍稀淀粉糊，而使這些稀糊互相“結(jié)合”。解決辦法：掌握好芡面經(jīng)和水料比，在老粉池內(nèi)加入水量萬(wàn)分之三的麥芽粉。

第三篇：明礬

明 礬(《本經(jīng)》)

明礬為明礬石的提煉品。主產(chǎn)于安徽、湖北、浙江、福建等地。原礦物為堿性長(zhǎng)石受低溫硫酸鹽溶液的作用變質(zhì)而成，多產(chǎn)于火山巖中。味酸，性寒。歸肺、肝、脾、胃、大腸經(jīng)。功效解毒殺蟲(chóng)、燥濕止癢、止血止瀉、清熱消痰。臨床用名有明礬、白礬、苦礬、煅明礬。

【本草匯言】

《神農(nóng)本草經(jīng)》：味酸，寒。主治寒熱，泄痢，白沃，陰蝕，惡瘡，目痛，堅(jiān)骨齒?！度杖A子本草》：性涼，除風(fēng)去勞，消痰，止渴，暖水藏，治中風(fēng)失音，疥癬，和桃仁蔥湯浴，可出汗。

《開(kāi)寶本草》：味酸，寒，無(wú)毒。除固熱在骨髓，去鼻中息肉。歧伯云：久服傷人骨?！稖罕静荨罚簹夂端?，無(wú)毒。

《本草》云：主寒熱泄瀉下痢，白沃，陰蝕惡瘡。消痰止渴，除痼熱。治咽喉閉，目痛。堅(jiān)骨齒。

《藥性論》云：使，有小毒。生含咽津，治急喉痹。《本草經(jīng)疏》：礬石味酸，氣寒而無(wú)毒，其性燥急，收澀解毒，除熱墜濁。蓋寒熱泄痢，皆濕熱所為，婦人白沃，多由虛脫，澀以止脫故也。陰蝕惡瘡，亦緣濕火，目痛多由風(fēng)熱，除固熱在骨髓，堅(jiān)齒者，髓為熱所劫則空，故骨痿而齒浮，礬性入骨除熱，故亦主之。去鼻中息肉者，消毒除熱燥濕之功也。

簡(jiǎn)誤：白礬，《本經(jīng)》主寒熱泄痢，此蓋指泄痢久不止，虛脫滑泄，因發(fā)寒熱，礬性過(guò)澀，澀以止脫，故能主之。假令濕熱方熾，積滯正多，誤用收澀，為害不一，慎之！婦人白沃，多由虛脫，故用收澀以固其標(biāo)，終非探本之治。除固熱在骨髓，僅可資其引導(dǎo)，若謂其獨(dú)用，反有損也。礬性燥急而能劫水，故不利齒骨，齒者骨之余故也。岐伯云：久服傷人骨。故凡陰虛內(nèi)熱，火熾水涸，發(fā)為咽喉痛者，不宜含此。目痛由陰虛血熱者，亦不宜用劫水損骨之藥。

《本草蒙筌》：治病證多能，生煅隨重輕應(yīng)變。去肉鼻竅中，除痼熱骨髓內(nèi)。劫喉痹，止目痛，禁便瀉，塞齒疼。洗脫肛澀腸，敷膿瘡收水。稀涎散同皂莢研服，吐風(fēng)痰通竅神方。蠟礬丸和蜜蠟丸吞，平癰腫護(hù)膜要?jiǎng)?。久服損心肺傷骨，為醫(yī)亦不可不防。

《藥性解》：味酸，性寒，無(wú)毒，入肺、肝二經(jīng)。主寒熱泄痢，白沃陰蝕，諸惡瘡癬。清喉痹，除目痛，祛固熱，禁泄瀉，收脫肛。同皂莢，可吐風(fēng)痰；和蜜蠟，能消癰腫。光明如水晶者佳。甘草為使，惡牡蠣，畏麻黃。

按：礬石西方之色，宜入肺家；東方之味，宜歸肝部。肺肝得令，而寒熱諸證可無(wú)虞矣。然亦收斂之劑，弗宜驟用。

《本草備要》：澀，燥濕墜痰。

酸咸而寒，性澀而收。燥濕退涎，化痰墜濁，解毒生津，除風(fēng)殺蟲(chóng)，止血定痛，通大小便。蝕惡肉，生好肉，除痼熱在骨髓。髓為熱所劫則空，故骨痿而齒浮。治驚癇黃疸，血痛喉痹，齒痛風(fēng)眼，鼻中息肉，崩帶脫肛，陰蝕陰挺，陰肉挺出，肝經(jīng)之火。疔腫癰疽，瘰疬疥癬，虎犬蛇蟲(chóng)咬傷。時(shí)珍曰：能吐風(fēng)熱痰涎，取其酸苦涌泄也；治諸血痛陰挺脫肛瘡瘍，取其酸澀而收也；治風(fēng)眼痰飲泄痢崩帶，取其收而澡濕也；治喉痹癰蠱蛇傷，取其解毒也。多服損心肺傷骨。寇宗奭曰：劫水故也。書紙上，水不能濡，故知其性劫水也。李迅曰：凡發(fā)背，當(dāng)服蠟礬丸以護(hù)膜，防毒氣內(nèi)攻，礬一兩，黃蠟七錢，溶化和丸，每服十丸，漸加至二十丸，日服百丸則有力。此藥護(hù)膜托里、解毒化膿之功甚大，以白礬、芽茶搗末冷水服，解一切毒。甘草為使，畏麻黃，惡牡蠣。生用解毒，煅用生肌。

《本經(jīng)逢原》：酸澀微寒，無(wú)毒。生者多食，破人心肺。

白礬專收濕熱，固虛脫，故《本經(jīng)》主寒熱泄利，蓋指利久不止，虛脫滑泄，因發(fā)寒熱而言。其治白沃陰蝕惡瘡，專取滌垢之用。用以洗之則治目痛，漱之則即堅(jiān)骨齒。弘景曰：《經(jīng)》云堅(jiān)骨齒，誠(chéng)為可疑，以其性專入骨，多用則損齒，少用則堅(jiān)齒，齒乃骨之余也。為末，去鼻中肉。其治氣分之痰濕癰腫最捷，侯氏黑散用之，使藥積腹中，以助悠久之功，故蠟礬丸以之為君。有人遍身生瘡如蛇頭，服此而愈。甄權(quán)生含咽津，治急喉痹，皆取其去穢之功也。若濕熱方熾，積滯正多，誤用收澀，為害不一。岐伯言久服傷人滑。凡陰虛咽痛，誤認(rèn)喉風(fēng)；陰冷腹痛，誤認(rèn)臭毒，而用礬石，必殆。

《本草崇原》：礬石以水煎石而成，光亮體重，酸寒而澀，是稟水石之專精，能肅清其穢濁。主治寒熱泄痢白沃者，謂或因于寒，或因于熱，而為泄痢白沃之證。礬石清滌腸胃，故可治也。陰蝕惡瘡者，言陰盛生蟲(chóng)，肌肉如蝕，而為惡瘡之證，礬石酸澀殺蟲(chóng)，故可治也。以水煎石，其色光明，其性本寒，故治目痛。以水煎石，凝結(jié)成礬，其質(zhì)如石，故堅(jiān)骨齒。

《本草求真》：［批］逐熱痰，下泄上涌。

白礬專入脾。氣味酸寒，則其清熱收熱可知。何書又言燥痰，若于寒字相悖；書言能治風(fēng)痰，若于收字澀字相殊，不知書之所云能燥痰者，非其氣味溫?zé)?，而可以燥而即化，?shí)以收其燥濕初起，使之下墜，不使留滯而不解也。泄即是收。且其酸而兼咸，則收澀之中，尚有追涎逐降之力，非即不燥之燥乎。所謂能治風(fēng)痰者，其酸苦涌泄，兼因風(fēng)邪初客，合的皂類等味研服，則能使之上涌，豈其風(fēng)熱歷久，深入不解，即可以上涌乎。是以風(fēng)痰泄痢崩帶，用此以收即愈；收。諸血脫肛陰挺，肝火。崩帶風(fēng)眼，痰飲瘡瘍，用此以澀即效；澀。喉痹癰疽、蛇傷蠱毒。用此酸寒以解即除。酸。治雖有四，然總?cè)∑渌釢虨楣?，以為逐熱去涎之味，但暫用則可，久服則于精血有損。宗奭曰：損心肺卻水故也。水化書紙上，干則水不能濡，故知其性卻水，李迅《癰疽方》云：凡人病癰疽發(fā)背，不問(wèn)老少，皆宜服黃礬丸，服至一兩以上，無(wú)不作效，最止疼痛，不動(dòng)臟腑，活人不可勝數(shù)。用明亮白礬一兩，生研，以好黃蠟七錢溶化，和丸梧子大，每服十丸，漸加至二十丸，熱水送下。如未破則內(nèi)消，已破即便合。如服金石發(fā)瘡，以白礬末酒服即效。古言服損心肺傷骨，義根于是，豈正本求源之治歟。

《得配本草》：礬石即白明礬，甘草為之使。畏麻黃，惡牡蠣。

酸、咸，澀，入肝肺二經(jīng)。燥濕，解毒，殺蟲(chóng)墜濁，追涎化痰，除風(fēng)去熱，止血定痛。蝕惡肉，生好肉，險(xiǎn)痼熱在骨髓。治驚癇喉痹、風(fēng)眼齒痛、鼻中息肉、脫肛漏下、陰挺陰蝕、疔毒惡瘡、瘰疬疥癬、虎犬蛇蟲(chóng)咬傷。

得肉桂，治木舌腫強(qiáng)；得皂角末，吐中風(fēng)痰厥；得甘草，水磨，洗目赤腫痛；得朱砂，敷小兒鵝口；得銅綠，泡水，洗爛弦風(fēng)眼；得蓖麻仁、鹽梅肉、麝香，杵丸，綿裹，塞鼻中息肉；得細(xì)茶葉五錢，生白礬一兩，蜜為丸如梧子大，治風(fēng)痰癇病。一歲十丸。配黃丹，搽口舌生瘡；配好黃蠟，溶化為丸，治毒氣內(nèi)攻，護(hù)膜止瀉，托里化膿；配鹽，搽牙關(guān)緊急，并點(diǎn)懸壅垂長(zhǎng)；配牡蠣粉，酒下，治男婦遺尿；配黃蠟、陳橘皮，治婦人黃疸。如經(jīng)水不調(diào)，或房事解犯致此疾者，用調(diào)經(jīng)湯下。研生白礬，吹喉痹腫閉；蘸石榴皮，擦皮癬。

怪癥：遍身生瘡，狀如蛇頭，此熱毒郁于內(nèi)，寒氣包于外，久之從皮肉攻出，故外形如此。用蠟礬丸服之自愈。

《神農(nóng)本草經(jīng)百種錄》：味酸，寒。礬石味澀，而云酸者，蓋五味中無(wú)澀，澀即酸之變味，澀味收斂，亦與酸同，如五色中之紫，即紅之變色也。主寒熱，寒熱為肝經(jīng)之疾，酸能收斂肝氣。泄痢白沃，亦收澀之功。陰蝕惡瘡，味烈性寒，故能殺濕熱之蟲(chóng)，除濕熱之毒。目痛，制火精金。堅(jiān)骨齒。斂氣固精。煉餌服之，輕身不老增年。

此以味為治，礬石之味最烈，而獨(dú)成一味，故其功皆在于味。《本草分經(jīng)》：酸、咸，寒，性澀而收。燥濕涌涎，化痰除風(fēng)，止血，通二便，殺蟲(chóng)，除痼熱在骨髓。生用解毒。多服損心、肺，傷骨。

【現(xiàn)代藥理研究】

1.白礬有廣譜抗菌作用。

2.白礬具有明顯的利膽作用，能增加膽汁流量。

3.白礬具有降低高脂大鼠血清膽固醇、甘油三酯的含量。4.白礬具有抗癲癇作用。

5.白礬對(duì)乙型肝炎表面抗原有抑制作用。

第四篇：明礬 化學(xué)物質(zhì) 中學(xué)

幼稚兒教育

化學(xué)物質(zhì)

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（一）——明礬

明礬白晶而透明，質(zhì)硬且脆溶于水，收斂止癢療濕疹，燥濕祛痰療癲疸。

[來(lái)源] 為三力晶系明礬石Alunite或鋁礦石經(jīng)加工提煉而成的結(jié)晶體。

[產(chǎn)地] 湖北、安徽、浙江、福建、甘肅等地。

[采收] 采得明礬石后打碎，用水溶解，收集溶液，蒸發(fā)濃縮，放冷后即析出結(jié)晶物。

[藥材形性] 為不規(guī)則的結(jié)晶體，大小不一。無(wú)色透明或半透明，表面略平滑，或凹凸不平，具細(xì)密縱棱，有玻璃樣光澤，質(zhì)硬而脆易砸碎，易溶于水或甘油內(nèi)，不溶于酒精，水溶液顯鋁鹽、鉀鹽、硫酸鹽的各種反應(yīng)。氣微，味微甜而澀。以白色，透明，質(zhì)硬而脆無(wú)雜質(zhì)者為佳。

[炮制] 白礬用時(shí)搗碎或研粉末。

煅明礬（枯礬）將明礬置鍋內(nèi)加熱熔化，如水沸騰，逐漸起大泡轉(zhuǎn)呈玉白色，水分蒸發(fā)干枯呈粉白色時(shí)，鏟出冷卻，即煅明礬，煅制后體質(zhì)疏松，增強(qiáng)收澀作用，便于外科制散。

[成分] 本品為硫酸鋁鉀，鹼性硫酸鋁鉀。

[性味、歸經(jīng)] 酸澀寒，人肺、肝、大腸經(jīng)。

[功用] 解毒殺蟲(chóng)、收濕止癢，燥濕祛痰。用于瘡癰腫毒、濕疹、疥癬、口舌生瘡、耳內(nèi)流膿、喉痹、癲癇、風(fēng)痰壅盛，久瀉便血、白帶黃疸、崩漏、痔漏等癥。

[處方名] 明礬 礬石 枯礬 生礬

[用法、用量] 內(nèi)服入丸散，每次0．3-1克，外用研末撒布。

[保貯] 放甏內(nèi)或箱內(nèi)蓋好，置干燥處，防灰塵。

明礬用途：

明礬，又名白礬，是明礬石的提煉品，化學(xué)名稱叫硫酸鉀鋁。明礬不只用作化工原料，還可用于凈水。明礬性寒味酸澀，具有較強(qiáng)的收斂作用，中醫(yī)認(rèn)為明礬具有解毒殺蟲(chóng)，燥濕止癢，止血止瀉，清熱消痰的功效。此外，明礬還是傳統(tǒng)的食品改良劑和膨松劑，常用作油條、粉絲、米粉等食品生產(chǎn)的添加劑。但是由于明礬的化學(xué)成份為硫酸鋁鉀，含有鋁離子，所以過(guò)量攝入會(huì)影響人體對(duì)鐵、鈣等成份的吸收，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松、貧血，甚至影響神經(jīng)細(xì)胞的發(fā)育。因此，一些營(yíng)養(yǎng)專家提出，要盡量少吃含有明礬的食品。

明礬凈水作用的實(shí)驗(yàn)演示

目的：認(rèn)識(shí)明礬的水解反應(yīng)和氫氧化鋁的吸附性能?

用品：研缽?蒸發(fā)皿?量筒?燒杯?玻璃棒?鐵三腳架?石棉網(wǎng)?酒精燈? 明礬?藍(lán)色石蕊試紙?泥水?品紅溶液?

原理：明礬[KAl(SO4)2·12H2O]易溶于水，并發(fā)生水解反應(yīng)，溶液呈酸性?

+3+2-KAl(SO4)2=K +Al + 2SO4

3++Al + 3H2O =Al(OH)3 + 3H

水解生成的氫氧化鋁膠體能凝聚水中懸浮物，具有吸附性能?同理，許多鋁鹽，如硫酸鋁結(jié)晶?氯化鋁等都是較好的凈水劑?

操作：

1.取20 克明礬晶體在研缽中研細(xì)?將明礬粉末加入盛有50 毫升的燒杯里，稍加熱并不斷攪拌，加速明礬的溶解和水解反應(yīng)，用藍(lán)色石蕊試紙檢驗(yàn)，試紙變紅，溶液呈酸性? 2.取兩只100 毫升的燒杯盛水50 毫升?分別加入5 毫升泥水和1 毫升品紅溶液，攪拌后各傾入25 毫升明礬溶液，繼續(xù)攪拌，靜置?水中的泥粒和品紅色素被氫氧化鋁絮狀沉淀凝聚或吸附而沉降到燒杯的底部，上面的溶液則清沏透明?

其它實(shí)驗(yàn)方法：也可用硫酸鋁或氯化鋁溶液代替明礬溶液?將上述溶液各5 毫升邊攪幼稚兒教育

化學(xué)物質(zhì)

QQ：710185199 拌，邊加入兩只盛有50 毫升水的小燒杯里，再分別加入1 毫升泥水?1 毫升品紅溶液?

明礬可凈水的原因：

水中的泥塵被明礬“捉”住以后，一起下沉到缸底了。那么，明礬為什么能“捉”住水中的泥塵呢？這得先從水的混濁的本身談起。水中那些特別小的泥土和灰塵，由于重量很輕，所以它們不容易沉淀下去，在水中“游蕩”，使水變得混濁。另外，這些微小的粒子還有個(gè)特點(diǎn)，就是它很喜歡從水中把某種離子拉到自己身邊來(lái)，或者自己電離出一些離子，從而使自己變成一個(gè)帶有電荷的粒子，這些帶電荷的粒子往往都帶有負(fù)電荷。因?yàn)橥噪姾膳懦?，異性電荷吸引，所以這些都帶負(fù)電荷的粒子互相排斥而靠不到一起，它們沒(méi)有機(jī)會(huì)結(jié)成較大的粒子而沉淀下來(lái)。明礬卻有使這些彼此不能靠近的粒子跑到一起來(lái)的奇特本領(lǐng)。，明礬一遇到水，就發(fā)生水解反應(yīng)，在這種反應(yīng)中，硫酸鉀是個(gè)配角，硫酸鋁是個(gè)主角。硫酸鋁和水作用后生成白色絮狀的沉淀物——?dú)溲趸X。所生成帶有正電荷的氫氧化鋁，一碰到帶有負(fù)電荷的泥塵顆粒，就彼此“抱”在一起。這樣，很多粒子聚集在一起，粒子越來(lái)越大，終于雙雙沉于水底，水就變得情澈透明了。

本文轉(zhuǎn)自：中小學(xué)教育資源站（http://www.edudown.net）

第五篇：?jiǎn)尉Ц邷睾辖鸬淖冃涡袨楹驮俳Y(jié)晶研究

單晶高溫合金的變形行為和再結(jié)晶研究

XXX

北京科技大學(xué)材料學(xué)院 100083 北京

摘要：本篇文章概述了單晶高溫合金（主要是鎳基單晶高溫合金）的變形行為，尤其是蠕變性能。還有單晶高溫合金的再結(jié)晶方面的一個(gè)總結(jié)性結(jié)論。關(guān)鍵詞：?jiǎn)尉Ц邷睾辖?，變形行為，蠕變，再結(jié)晶

The deformation behavior and recrystallization of single

crystal superalloy

WuRihan School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology

Beijing, 100083, Beijing

Abstract: This article summarizes the deformation behaviour, especially the creep deformation, of the single crystal superalloy.And it also made a summary recrystallization to the recrystallization behavior of the single crystal superalloy.Keywords: single crystal superalloy，deformational behavior，creep deformation，recrystallization 1引言

從80年代初第一代單晶高溫合金研制成功以來(lái)，單晶合金的發(fā)展甚為迅速，第二代、第三代單晶合金相繼出現(xiàn)和應(yīng)用，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)和地面燃?xì)廨啓C(jī)的性能大幅度提高做出了重大貢獻(xiàn)。

鎳基單晶高溫合金具有優(yōu)良的高溫性能，是目前制造先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)葉片的主要材料。為了滿足高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)需求，多年來(lái)，各國(guó)十分重視鎳基單晶高溫合金的研制和開(kāi)發(fā)。

鎳基高溫合金作為先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的主要用材，其再結(jié)晶問(wèn)題日益受到重視。在生產(chǎn)和服役過(guò)程中，由于單晶凝固過(guò)程中模殼收縮、機(jī)械去除模殼、葉片的研磨校形等過(guò)程難以避免會(huì)在單晶葉片中引入一定的塑性變形。帶有塑性變形的葉片在高溫?zé)崽幚硪约皩?shí)際使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶。由于鎳基單晶高溫合金中不含或只含有少量的晶界強(qiáng)化元素，再結(jié)晶層成為合金性能薄弱的區(qū)域，這些區(qū)域?qū)?duì)葉片的高溫性能造成不利的影響，甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)葉片在極短的時(shí)間發(fā)生失效斷裂。因此需嚴(yán)格控制再結(jié)晶的發(fā)生。所以了解單晶高溫合金的變形行為和再結(jié)晶是很重要的。

2正文

2.1單晶高溫合金

單晶高溫合金具有優(yōu)良的高溫性能，是目前制造先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)葉片的主要材料。為了滿足高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)需求，多年來(lái)，各國(guó)十分重視鎳基單晶高溫合金的研制和開(kāi)發(fā)。

到目前為止，單晶合金已發(fā)展了5代。根據(jù)可靠的文獻(xiàn)提供，單晶高溫合金成分的發(fā)展有以下特點(diǎn)：

1)C, B, H從“完全去除”轉(zhuǎn)為“限量使用”。這幾種元素歷來(lái)被看作是晶界強(qiáng)化元素，而且使合金初熔溫度降低。由于單晶合金沒(méi)有晶界，又要求具有寬的熱處理窗口，故在最初發(fā)展的商用單晶合金(如PW A 1480, CM SX10合金(含6 %的Cr)的相當(dāng)，還優(yōu)于含9%的Cr的DSMAR-M 002合金。這是由于合金中Ta, Re的含量較高(Ta+ Re≈15%)。Cr的含量降低，就允許加入更多其他的合金化元素，從而保持組織穩(wěn)定，這無(wú)疑對(duì)合金性能的提高極為有利。

4)稀土元素和Ru, Ir的應(yīng)用。在第2、3代單晶合金中，有許多添加了Y, La, Ce等稀土元素。Y的加入(>200*10-6)可以明顯改善單晶合金的抗氧化性能，而且對(duì)熱疲勞性能也有好處。俄羅斯的二36合金不含Ta只含2%的Re但其持久強(qiáng)度卻達(dá)到第2代單晶合金的水平，原因之一是加入了稀土元素。另外，值得注意的是，在發(fā)展第2、3代單晶合金中，試用了1種非常特殊的元素Ru；General Electric和ONERA公司最先對(duì)添加Ru的合金進(jìn)行了合金化實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，與Re相比，Ru最明顯的優(yōu)勢(shì)是具有較低的密度和較低的TCP相析出的傾向；添加Ru的單晶高溫合金表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫蠕變性能。

鎳基單晶高溫合金是高度復(fù)雜化的合金，通常含有6~10個(gè)合金化元素。在顯微組織正常的鎳基高溫合金中，主要是γ相和γ’相，還有幾種相是在合金的服役過(guò)程中析出的。下面簡(jiǎn)單介紹下這幾個(gè)相。

1)γ基體。γ基體是通常含有較大數(shù)量固溶元素(如Co, Cr, Mo和W)的連續(xù)分布的面心立方結(jié)構(gòu)的鎳基奧氏體相。盡管Ni不具有高的彈性模量和低的擴(kuò)散率，但γ相基體非常適用于在最苛刻的溫度條件下工作的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。有些合金能在0.9Tm(熔點(diǎn))溫度下使用，且在較低溫度下的使用時(shí)間可達(dá)100000h,其基本原因在于:Ni的第3電子層基本飽和，在合金化時(shí)容量大，相的穩(wěn)定性很高；當(dāng)加入Cr后，形成富Cr203的具有低的陽(yáng)離子空位的保護(hù)層，從而降低了金屬元素向外擴(kuò)散的速率以及0,N,S和其他腐蝕氣體向內(nèi)的擴(kuò)散速率;在高溫下形成富Al203保護(hù)層，具有良好的抗氧化性。

2)γ’相。γ’相是1種以Ni3A1為基的金屬間化合物，與基體一樣都是面心立方結(jié)構(gòu)，且2相的點(diǎn)陣常數(shù)相差很小，γ’相總是在γ基體上共格析出，是鎳基高溫合金中最重

要的強(qiáng)化相。

3)碳化物相。在以前的鎳基單晶高溫合金中，一般不含有碳化物相。但隨著合金成分的不斷發(fā)展，少量C的添加使單晶高溫合金中出現(xiàn)了碳化物。碳化物的反應(yīng)會(huì)影響合金基體的組織穩(wěn)定性。鎳基單晶高溫合金中可能出現(xiàn)的碳化物類型有MC,M6C和M23C6。根據(jù)形成條件，又可分成初生碳化物和次生碳化物，即合金凝固時(shí)形成的和固態(tài)析出的2種。但是，與多晶合金和定向凝固合金相比，鎳基單晶合金碳化物的含量是非常低的。

4)TCP相。某些成分控制不當(dāng)?shù)暮辖鹪跓崽幚砘蚍蹠r(shí)會(huì)產(chǎn)生TCP有害相，只有四面體空隙。TCP有害相的特征，是沿著fcc基體的八面體的面以“編籃”網(wǎng)絡(luò)的形式構(gòu)成原子密排面。這種相通常呈薄片狀，常常在晶界碳化物上形核。在鎳基合金中最常見(jiàn)的是σ相和μ相。

σ相屬于四方點(diǎn)陣，單位晶胞中有30個(gè)原子，最大配位數(shù)為15。σ相的成分范圍比較寬；在鎳基合金里，σ相的成分可認(rèn)為是(Cr, Mo)x（Ni, Co）y。這里x和y的變化范圍很大，一般為1~7。σ相非常硬，呈片狀，是裂紋的重要發(fā)源地，也會(huì)加速裂紋的擴(kuò)展，導(dǎo)致低溫脆斷，就像σ化的鐵素體不銹鋼一樣。σ相的結(jié)構(gòu)與M23C6碳化物的結(jié)構(gòu)相似，如果除去M23C6碳化物中的碳原子，只需稍微調(diào)整金屬原子的位置就可變成σ相的結(jié)構(gòu)。

μ相屬于菱方晶系點(diǎn)陣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單位晶胞有13個(gè)原子，典型的分子式為B7A6。B元素指周期表中VⅢ族元素，A元素為V族、VI族元素。在鎳基高溫合金中，μ相主要由Ni、Co, W和Mo組成。μ相與M6C碳化物有相似的密排關(guān)系。μ相通常也呈片狀析出，但對(duì)它對(duì)性能的有害影響知道得還很少。

TCP相的形成主要受電子因素控制，與合金的電子空位數(shù)有關(guān)。因此，可以通過(guò)計(jì)算合金中的電子空位數(shù)Nv值來(lái)預(yù)測(cè)TCP相的形成。

2.2單晶高溫合金的變形行為

鎳基單晶高溫合金因具有優(yōu)異的蠕變、疲勞、氧化及腐蝕抗力等綜合性能，而被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的葉片材料。渦輪葉片作為渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟部位，在服役過(guò)程中，工作溫度最高，受力最復(fù)雜，最容易損壞，已成為發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的決定因素.為了滿足現(xiàn)代航空和航天發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片承溫和承載能力越來(lái)越高的要求，必須有效提高合金的綜合性能，大力發(fā)展新一代渦輪葉片材料為此，一方面需通過(guò)從多晶鑄造合金、定向結(jié)晶合金到單晶合金的轉(zhuǎn)變，逐步消除高溫下晶界的弱化作用；另一方面需通過(guò)合金化、微合金化以及組織設(shè)計(jì)大幅度提高合金的性能。

如上所述，鎳基單晶高溫合金是一種兩相復(fù)合材料，由基體γ相和以立方結(jié)構(gòu)存在的γ’沉淀相組成，如圖1所示。γ’沉淀相均勻鑲嵌在軟的γ基體相中，是重要的強(qiáng)化相，其體積分?jǐn)?shù)約為70%。鎳基單晶高溫合金良好的高溫力學(xué)性能直接來(lái)源于γ基體中共格析出的高體積分?jǐn)?shù)的γ’相，其力學(xué)性質(zhì)主要由以下因素決定：

1)γ’沉淀相的形狀、尺寸、體積分?jǐn)?shù)以及分布狀態(tài)。

2)γ/γ’相界面的微觀結(jié)構(gòu)、彈性模量差以及晶格錯(cuò)配度。3)第3種溶質(zhì)元素和雜質(zhì)的影響，即沉淀強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化機(jī)制。鎳基單晶高溫合金是在普通鑄造及定向凝固工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其特點(diǎn)是無(wú)晶界，不存在高溫晶界弱化和縱向晶界裂紋等問(wèn)題.因此，γ/γ’相的界面微結(jié)構(gòu)以及在外載和高溫條件下相界面位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的演化決定了其力學(xué)性能。

圖1 鎳基單晶高溫合金CMSX4微觀結(jié)構(gòu)

此外，鎳基單晶高溫合金有一個(gè)引人注意的特征:在高溫施加應(yīng)力的條件下，立方形γ’沉淀相會(huì)發(fā)生定向粗化形成筏狀。2.2.1鎳基單晶高溫合金的蠕變性能

離心應(yīng)力導(dǎo)致的蠕變損傷是單晶合金葉片的主要失效機(jī)制，因此蠕變強(qiáng)度是反映鎳基單晶高溫合金高溫力學(xué)性能的重要指標(biāo).由于γ’相是鎳基單晶高溫合金的主要強(qiáng)化相，γ’顆粒的定向粗化在葉片典型使用條件(120 MPa及1373 K)下僅僅lOh就已經(jīng)出現(xiàn)，其形態(tài)的改變必然會(huì)對(duì)高溫合金性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。2.2.2蠕變過(guò)程及驅(qū)動(dòng)力

鎳基單晶高溫合金的蠕變曲線由蠕變減速、穩(wěn)態(tài)蠕變及蠕變加速3個(gè)階段組成，圖2給出了(001)取向鎳基單晶高溫合金的典型蠕變曲線.葉片在服役過(guò)程中主要經(jīng)過(guò)這3階段的蠕變，最終導(dǎo)致失效。

圖2 單晶高溫合金的典型蠕變曲線

在施加載荷的瞬間，產(chǎn)生瞬間應(yīng)變，形變產(chǎn)生的界面位錯(cuò)在合金的γ基體通道中滑移，在蠕變第一階段，γ’相不發(fā)生滑移變形，僅僅發(fā)生彈性變形，只有γ基體相發(fā)生蠕變變形。隨著蠕變的進(jìn)行，位錯(cuò)數(shù)量增加，或運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)相遇發(fā)生反應(yīng)而增殖，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增加，致使應(yīng)變速率降低。同時(shí)，由于熱激活作用，促使位錯(cuò)滑移，或異號(hào)刃位錯(cuò)相遇而消失，使合金產(chǎn)生回復(fù)軟化。當(dāng)形變硬化與回復(fù)軟化達(dá)到平衡時(shí)，蠕變進(jìn)入第二階段，即穩(wěn)態(tài)階段。此時(shí)立方γ’相已完全轉(zhuǎn)變?yōu)榉罱Y(jié)構(gòu)，具有最低應(yīng)變速率、穩(wěn)態(tài)蠕變期間的變形機(jī)制是位錯(cuò)攀移越過(guò)筏狀γ’相。之后，隨著蠕變的進(jìn)行，大量位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)至γ/γ’界面，產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力集中超過(guò)一定值時(shí)，有位錯(cuò)切入γ’相.隨位錯(cuò)切入γ’相數(shù)量的增加，γ’相形變抗力減弱，致使應(yīng)變速率增加，合金蠕變進(jìn)入第三階段。在蠕變第三階段，隨應(yīng)變量的增加，合金中形成微裂紋及微裂紋擴(kuò)展直至斷裂，最終導(dǎo)致單晶高溫合金的失效。

從細(xì)觀結(jié)構(gòu)來(lái)看，鎳基單晶合金由基體相γ和強(qiáng)化相γ’組成，蠕變前立方體狀γ’相以共格方式嵌入γ基體中。在蠕變的初始階段，伴隨著合金γ基體中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，γ’相首先遵循一定的規(guī)律筏化(N型或P型)，在宏觀上主要對(duì)應(yīng)于蠕變第一階段。最小體系自由能分析表明，這是一個(gè)能量降低的過(guò)程，有利于蠕變強(qiáng)度的提高；蠕變第二階段在細(xì)觀層次上筏化結(jié)構(gòu)保持不變，而微觀觀測(cè)表明，位于相界處的有利于提高蠕變強(qiáng)度的三維位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)逐漸消散，這意味著相界面結(jié)合能正在逐漸降低.蠕變的第三階段表現(xiàn)出解筏和筏結(jié)構(gòu)粗化，同時(shí)有一些空穴在材質(zhì)松疏處、第三相粒子以及相界面上形成，并沿相界面擴(kuò)展，最終導(dǎo)致斷裂。

從以上對(duì)鎳基單晶合金蠕變過(guò)程中微結(jié)構(gòu)演化的分析表明：鎳基單晶合金的蠕變性質(zhì)由3個(gè)具有內(nèi)在聯(lián)系的微結(jié)構(gòu)演化過(guò)程控制：

1)γ基體通道中位錯(cuò)密度增加，位錯(cuò)滑移和位錯(cuò)攀移控制主蠕變階段，此時(shí)γ’相已完成筏化；

2)由于位錯(cuò)的湮滅，基體相中的位錯(cuò)切入γ’沉淀相中；

3)隨著大量位錯(cuò)切入γ’相，γ’相形變抗力減弱，致使應(yīng)變速率增加，表現(xiàn)出解筏和筏結(jié)構(gòu)粗化。從以上分析可知，鎳基單晶合金蠕變過(guò)程中出現(xiàn)的γ’相筏化、解筏以及粗化過(guò)程對(duì)應(yīng)著γ/γ’相界面位錯(cuò)密度的增加、位錯(cuò)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的形成以及位錯(cuò)網(wǎng)的破壞過(guò)程.因此，鎳基單晶合金的蠕變過(guò)程不僅是組織形狀的演化過(guò)程，也是位錯(cuò)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的演化過(guò)程，與γ’相的定向粗化(筏化)密切相關(guān)。2.3單晶高溫合金的再結(jié)晶 2.3.1再結(jié)晶物理過(guò)程

單晶葉片制造過(guò)程中在某些環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)塑性變形，例如葉片凝固過(guò)程產(chǎn)生的熱應(yīng)力、表面吹砂處理、打磨處理等，都有可能導(dǎo)致在葉片中發(fā)生形變，而產(chǎn)生殘余應(yīng)力，組織結(jié)構(gòu)方面發(fā)生了復(fù)雜的變化，一部分能量以點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)、層錯(cuò)等方式儲(chǔ)存在晶體當(dāng)中，集中表現(xiàn)為能量的升高，即較之變形前處于不穩(wěn)定的高自由能階段，這部分能量，正是之后在熱處理中發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)能。因此，只要當(dāng)溫度較高，原子擴(kuò)散能力提高時(shí)，就會(huì)向著低自由能方向轉(zhuǎn)變，這些區(qū)域在接下來(lái)的熱處理過(guò)程中可能產(chǎn)生再結(jié)晶，圖3給出了典型的單晶高溫合金葉片的再結(jié)晶缺陷。

圖3 單晶高溫合金葉片再結(jié)晶缺陷

已有研究表明，單晶高溫合金的再結(jié)晶包括回復(fù)、再結(jié)晶形核和生長(zhǎng)、以及由晶界遷移引起的晶粒長(zhǎng)大3個(gè)階段，這3個(gè)階段并沒(méi)有明顯的界限，會(huì)發(fā)生一些重疊?；貜?fù)過(guò)程中，部分應(yīng)力和儲(chǔ)存能得以釋放，但該過(guò)程對(duì)微觀組織的影響很小，大部分能量仍然保存下來(lái)，然后通過(guò)形核和長(zhǎng)大形成基本無(wú)應(yīng)變的新晶粒。但由于單晶消除了晶界的影響，因而單晶合金的再結(jié)晶與普通變形金屬和合金再結(jié)晶有著很大的區(qū)別，單晶高溫合金再結(jié)晶需要的溫度較高，再結(jié)晶區(qū)域基本僅限于合金表面。2.3.2影響單晶高溫合金再結(jié)晶的主要因素

除合金元素對(duì)再結(jié)晶溫度有顯著影響外，研究表明，熱處理溫度、熱處理時(shí)間、變形程度以及變形工藝等也將影響單晶高溫合金的再結(jié)晶行為。2.3.2.1合金成分的影響

鎳基高溫合金通常含有十余種合金元素，成分復(fù)雜。不同體系合金表現(xiàn)出不同的再結(jié)晶行為。由于鎳基高溫合金中各元素的復(fù)雜交互作用，很難直接確定各元素對(duì)合金再結(jié)晶行為的影響。截至目前，除合金元素碳外鮮見(jiàn)其他合金元素對(duì)再結(jié)晶行為影響的直接研究報(bào)道。由于碳化物可以在γ’相溶解溫度以上穩(wěn)定存在，所以碳元素對(duì)再結(jié)晶的影響得到關(guān)注。

在含碳0.08%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的合金中形成了大尺寸的塊狀和骨架狀碳化物。在經(jīng)過(guò)1.88%壓縮變形及固溶處理后，與不含碳合金表現(xiàn)出類似的再結(jié)晶行為，合金都發(fā)生了再結(jié)晶，再結(jié)晶晶粒都從表面向內(nèi)部發(fā)展。而且，含碳合金與不含碳合金在固溶處理后都發(fā)生了程度相當(dāng)?shù)脑俳Y(jié)晶。認(rèn)為碳化物雖然對(duì)再結(jié)晶晶界的遷移有一定的抑制作用，但在驅(qū)動(dòng)力足夠大時(shí)，再結(jié)晶晶界仍可繞過(guò)碳化物繼續(xù)遷移。碳化物可以以粒子促進(jìn)形核的方式形成再結(jié)晶核心，但在再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大過(guò)程中，碳化物阻礙再結(jié)晶晶界遷移。這種碳化物對(duì)再結(jié)晶的不同作用可能與合金中碳化物的種類以及變形和熱處理?xiàng)l件的不同有關(guān)。2.3.2.2退火溫度的影響

單晶高溫合金中的再結(jié)晶與一般金屬和合金的再結(jié)晶不同。再結(jié)晶后形成了新的晶界，且再結(jié)晶后合金的性能明顯降低。而且已不能簡(jiǎn)單的定義再結(jié)晶完成50%的溫度為再結(jié)晶溫度，對(duì)定向凝固和單晶高溫合金來(lái)說(shuō)，少量的再結(jié)晶即可引發(fā)性能的大幅變化。目前針對(duì)某類單晶高溫合金確定其允許的臨界再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)仍鮮見(jiàn)到報(bào)道，因此，可以認(rèn)為，出現(xiàn)再結(jié)晶的溫度即為其再結(jié)晶溫度。

由于具有共格γ’相的鎳基高溫合金在溫度變化過(guò)程中將發(fā)生相變，導(dǎo)致退火溫度變化時(shí)高溫合金再結(jié)晶晶界及附近的過(guò)飽和溶質(zhì)原子會(huì)以不同方式在晶界或晶內(nèi)重新析出。因此，在γ’相固溶溫度以上熱處理將形成正常再結(jié)晶組織，在γ’相固溶溫度以下熱處理產(chǎn)生胞狀再結(jié)晶。

在γ’相固溶溫度以下熱處理時(shí)，如果儲(chǔ)存能足夠大，將產(chǎn)生胞狀再結(jié)晶。由于熱處理溫度較低，大量的γ’粒子仍未溶解，再結(jié)晶晶界溶解部分γ’粒子后，晶界上溶質(zhì)原子的高度過(guò)飽和只能通過(guò)不連續(xù)沉淀的方式析出得以緩和。因此，以下兩個(gè)條件有利于不連續(xù)沉淀(胞狀再結(jié)晶)的發(fā)生：快速的晶界溶質(zhì)原子傳輸和缺少可選的γ’粒子形核位置。胞狀再結(jié)晶的形態(tài)特征為：靠近再結(jié)晶晶界處為垂直于界面排列的長(zhǎng)條狀粗大的γ’沉淀，在再結(jié)晶中心處為等軸狀的γ’粒子。新形成的γ’粒子與再結(jié)晶晶粒內(nèi)的γ’基體仍然保持共格且取向一致。胞狀再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力為預(yù)加工導(dǎo)致的內(nèi)在應(yīng)變能的降低。

在γ’相固溶溫度以上熱處理時(shí)，枝晶干γ’粒子先溶解，再結(jié)晶首先在枝晶干產(chǎn)生。由于γ’粒子的溶解，導(dǎo)致γ’粒子對(duì)晶界遷移的阻礙較小。因此，晶界上溶解的溶質(zhì)原子過(guò)飽和程度不大，同時(shí)溫度較高時(shí)晶界擴(kuò)散能力較強(qiáng)，溶質(zhì)原子可以在再結(jié)晶晶界后端充分析出，形成正常的再結(jié)晶組織。

同時(shí)，對(duì)SRR99和AM3單晶高溫合金在表面噴丸變形條件下的再結(jié)晶深度研究發(fā)現(xiàn)，隨退火溫度的升高，再結(jié)晶深度明顯增加，表明退火溫度對(duì)再結(jié)晶程度具有顯著影響。已有的其他單晶合金的研究也表現(xiàn)出再結(jié)晶程度隨退火溫度的升高而增加的現(xiàn)象。

另外，有研究人員觀察到對(duì)單晶高溫合金進(jìn)行壓縮變形再固溶處理形成了完全再結(jié)晶組織。完全再結(jié)晶的晶界基本穿越整個(gè)試樣，形成較大尺寸的新晶粒。這類再結(jié)晶將使合金的取向發(fā)生大幅度變化，可能出現(xiàn)大范圍的性能薄弱區(qū)域，使單晶合金的性能陡降，甚至在后續(xù)加工過(guò)程中即發(fā)生失效斷裂，在生產(chǎn)應(yīng)用中應(yīng)嚴(yán)格避免。2.3.2.3其他因素的影響的影響

除退火溫度外，退火時(shí)間也對(duì)高溫合金再結(jié)晶行為具有一定的影響。經(jīng)硬度計(jì)壓痕變形的CM-SX-4合金在不同溫度退火時(shí)，再結(jié)晶區(qū)域的面積均隨退火時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。另外，不同變形方式的變形程度不同也將影響其再結(jié)晶行為。變形程度越大，越容易發(fā)生再結(jié)晶。[100]和[110]取向的再結(jié)晶區(qū)域面積明顯不同。因此，晶體取向?qū)尉Ц邷睾辖鸬脑俳Y(jié)晶也具有一定的影響。

2.3.3再結(jié)晶對(duì)單晶合金性能的影響 2.3.3.1持久蠕變性能

離心應(yīng)力導(dǎo)致的蠕變損傷是單晶合金葉片的主要失效機(jī)制，因此持久強(qiáng)度是單晶合金的重要性能指標(biāo)。再結(jié)晶對(duì)持久性能的影響直接關(guān)系著合金使用的安全性。再結(jié)晶對(duì)合金持久性能影響很大，其原因是再結(jié)晶層幾乎沒(méi)有承載能力，出現(xiàn)再結(jié)晶就意味著增大應(yīng)力。再結(jié)晶對(duì)單晶高溫合金的持久性能具有明顯的影響，且低溫高應(yīng)力下的持久性能的下降比高溫低應(yīng)力下更加顯著。2.3.3.2疲勞性能

疲勞斷裂是定向凝固和單晶高溫合金葉片的主要失效形式，而表面再結(jié)晶層會(huì)嚴(yán)重影響定向凝固和單晶高溫合金的疲勞性能。表面再結(jié)晶層由于含有與主應(yīng)力相垂直的晶界，往往成為疲勞裂紋源。定向凝固DZ4合金葉片在使用過(guò)程中曾發(fā)生過(guò)多起葉身裂紋故障和斷裂故障，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，DZ4合金葉片葉身裂紋與斷裂為同一失效模式，均為葉片表面再結(jié)晶導(dǎo)致的疲勞失效。

2.3.4再結(jié)晶的抑制和消除

由上述研究結(jié)果可知，單晶高溫合金的再結(jié)晶對(duì)合金的力學(xué)性能造成極為不利的影響。因此科研人員已開(kāi)始致力于控制和消除再結(jié)晶的研究。目前公開(kāi)的控制工藝主要可以分為回復(fù)處理和表面處理兩大類，其中表面處理包括直接去除表面變形層、滲碳和表面涂層等方法。

回復(fù)熱處理對(duì)抑制生產(chǎn)工藝中形成的約2%一5%變形所致的再結(jié)晶具有良好的效果。還有研究顯示含有晶界強(qiáng)化元素的涂層幾乎完全可以抵消胞狀再結(jié)晶對(duì)合金疲勞壽命的影響；同時(shí)，表面涂覆含有晶界強(qiáng)化元素的涂層的再結(jié)晶試樣比涂覆傳統(tǒng)涂層的再結(jié)晶試樣具有更高的疲勞壽命。

3結(jié)語(yǔ)

近來(lái)，國(guó)內(nèi)具有優(yōu)異性能的鎳基單晶高溫合金航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片已進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。而再結(jié)晶作為單晶生產(chǎn)使用過(guò)程中難以預(yù)測(cè)的降低其可靠性的主要問(wèn)題之一，已開(kāi)始引起人們的重視。盡管目前人們已對(duì)單晶高溫合金的再結(jié)晶有了一定的認(rèn)識(shí)，但研究工作缺乏系統(tǒng)性，仍有許多問(wèn)題有待解決。對(duì)上述問(wèn)題的深入研究并對(duì)單晶高溫合金的蠕變性能的研究，將有助于提出有效控制再結(jié)晶發(fā)生的工藝，提高單晶高溫合金零件的成品率，降低成本，增加航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性。

對(duì)于本次課程設(shè)計(jì)的感想有很多。

首先，這是繼參加楊平老師的興趣小組以來(lái)第二次寫論文，就是方法不一樣。不是自己做實(shí)驗(yàn)然后寫論文，而是閱覽各種文獻(xiàn)然后自己找出一個(gè)線索和框架來(lái)展開(kāi)整篇文章，寫起來(lái)比較困難。但是在總結(jié)概括還有在海量文獻(xiàn)中信息提取等方面的能力明顯提高了很多。在興趣小組主要學(xué)到的是科研方面實(shí)踐能力和初次寫文章的經(jīng)驗(yàn)。所以在課程設(shè)計(jì)寫論文時(shí)，查文獻(xiàn)還有撰寫論文方面都比較容易上手了。在閱覽海量文獻(xiàn)時(shí)，先把關(guān)于本課題的一些題目范圍廣一點(diǎn)的文獻(xiàn)看一遍，腦子里想好單晶高溫合金有什么好寫的，我要怎樣去寫，從幾個(gè)方面著手等等。然后先把幾個(gè)可寫點(diǎn)找出來(lái)，再翻閱一下網(wǎng)頁(yè)上關(guān)于單晶高溫合金的哪方面做的研究多，我就多看些哪方面的文章，多寫哪方面。

其次，就各個(gè)要寫的點(diǎn)尋找資料和信息，把需要的都保存起來(lái)，這算是資料整理階段吧。整理好了就知道哪方面資料多、繁，哪方面重復(fù)性的信息多，要?jiǎng)h減。而且哪些超出理解范圍的，都要?jiǎng)h掉。還有一個(gè)注意到的方面時(shí)，文獻(xiàn)的日期，感覺(jué)這個(gè)挺重要的。兩個(gè)文獻(xiàn)在某方面說(shuō)法有出入，日期久遠(yuǎn)的那個(gè)可能就是有所欠缺的了。這時(shí)候每個(gè)可寫點(diǎn)都有好多的信息和資料了。然后，開(kāi)始文獻(xiàn)閱讀，把收集整理好的信息了解，并規(guī)劃好提綱開(kāi)始撰寫論文。

還有就是論文排版過(guò)程，感覺(jué)邊寫邊排版會(huì)容易一點(diǎn)，因?yàn)樽约褐牢恼驴蚣艿脑捒梢砸徊揭徊秸归_(kāi)。最后再看一下字體和段落，還有圖片標(biāo)題什么的問(wèn)題。在排版方面又得到提高了。

最后，覺(jué)得在本次課程設(shè)計(jì)收獲還是很多的。希望在以后的學(xué)習(xí)生活中能好好應(yīng)用到這些技能。

4致謝

感謝老師和同學(xué)們的幫助，在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識(shí)，而且也開(kāi)闊了視野，提高了自己的設(shè)計(jì)能力。感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。最后再一次感謝所有在設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)我的良師益友和同學(xué)。

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