单晶铸造中常用的高温合金有哪些？

镍基单晶高温合金

单晶铸造专门采用先进的镍基高温合金，这些合金设计含有高含量的难熔元素（如Re、W、Ta）以及用于γ'相沉淀强化的铝/钛。这些合金的开发旨在超越等轴晶或定向凝固材料的极限，主要应用于燃气轮机最热的部件。其成分经过精心平衡，以最大限度地提高高温蠕变强度、抗氧化性和相稳定性，同时保持可铸造的单晶结构。

第一代和第二代合金

第一代合金，例如PWA 1480和SRR 99，不含铼（Re）。它们在温度承受能力上提供了基础性的飞跃。第二代合金，例如CMSX-4和PWA 1484，引入了约3%的铼，显著增强了抗蠕变性，并允许更高的发动机工作温度和效率。

第三代及后续合金

第三代合金，包括CMSX-10和Rene N5，具有更高的铼含量（约6%），并且通常添加钌（Ru）。这进一步提升了温度承受能力和蠕变寿命。第四代和第五代合金高度专业化，加入了更高含量的钌和其他元素，以优化极端温度下的稳定性和抗性，代表性合金如TMS-138和TMS-196。

行业应用与选择

特定单晶合金的选择取决于发动机的热力学要求以及部件的具体位置和应力分布。现代航空航天发动机中的第一级高压涡轮叶片和导向叶片通常使用第二代或第三代合金。这些部件是后续应用热障涂层（TBC）的主要候选对象。这些材料的开发和使用是与GE等领导者合作的核心，推动着发电和推进技术的边界。