【引言】
固溶热处理期间单晶镍基高温合金的再结晶现象导致投资单晶铸造工业的高昂成本。再结晶的形核通常与现有晶界的迁移有关。在没有晶界的情况下，需要20-25％的严重变形如缺口或压缩触发再结晶，通常由于应变集中区如碳化物的存在而放大。在热机械疲劳期间也观察到再结晶，在变形孪晶带交叉处形核。这些可能性都不会出现在铸造单晶高温合金中，因其潜在应变低并且设计中不存在碳化物。那么，到底是如何在经历适度应变的单晶材料中形成移动的大角度晶界的？控制再结晶的一种策略是通过改变陶瓷模具和芯材料来降低冷却期间的变形，降低模具的强度，但增加失效或变形的风险。另一种方法是消除或减少再结晶的形核。
【成果简介】
近日，剑桥大学的Catherine M.F. Rae（通讯作者）等人首次提供了在单晶铸件的表面层中形核的证据，并且表明在非常适度的应变的合适条件下，它们可以发展成具有移动的大角度晶界的相当大的晶粒。在该研究中，已经确定了CMSX-4合金中表面形核的两种来源。实验表明，在表面处的微晶粒生长引起块体材料中存在足够应变的区域发生完全再结晶，通过消除这些表面缺陷，可以完全缓解再结晶。铸件表面的蚀刻被证明是实现这一点的有效方法。该研究成果以“Nucleation of recrystallisation in castings of single crystal Ni-based superalloys”为题发表在Acta Materialia上。
【小结】
综上，可以得到以下结论：具有大角度晶界的γ'的微晶粒在朝向铸件顶部的表面共晶层内形成。即使在不存在产生再结晶的临界应变的情况下，微晶粒仍能经受标准热处理。在铸件没有表面共晶层的下部中，金属可以局部粘附到模具上，随后的分离产生相对于块状单晶高达20°旋转角的局部变形表面区域。在热处理之后，变形区域通过重复孪晶形成不同的晶粒，并且相对于块体具有高度移动的取向差角。实验表明，在块体内存在临界变形的情况下，蚀刻铸件表面可以消除再结晶。