鎳基單晶高溫合金的顯著優點是消除了可能產生裂紋源的橫向和縱向晶界,因而具有較好的高溫蠕變性能和抗疲勞性能,被廣泛應用于制造航空發動機渦輪葉片、導向葉片等,在工業燃氣輪機也有重要應用。在鎳基單晶合金的制備中,凝固缺陷的控制是一個非常重要的問題,它對于增強鑄件的力學性能和提高成品率關系極大。傳統的高速凝固法是目前工業生產定向鑄件的常用方法,但是在制備較大鑄件時由于凝固過程溫度梯度降低得較多,容易產生各種缺陷。新型的液態金屬冷卻法采用液態金屬作為冷卻介質,提高了凝固界面前沿的溫度梯度,顯著降低了偏析程度,但仍需采取各種措施,控制各種凝固缺陷。

　　一. 防止縮松:鑄件在凝固過程中,由于合金液相和固相的收縮,當殘余液體被已凝固部分包圍時,氣體得不到排出以及得不到有效補縮時,就會形成分散細小的縮洞。這種縮松容易在葉片的內部產生應力集中,從而降低葉片的力學性能。在定向凝固合金中,枝晶間存在補縮通道,使液體補縮可以持續到凝固結束,因此縮松缺陷較少;但在枝晶根部,縮洞經常得不到充分的補充,從而出現縮松;在低的生長速率條件下形成的縮松還會多一些。研究發現,隨著拉晶速率的增大,試樣中縮松量逐漸減少;在較低的生長速率下,縮松會比較明顯;但在較高的凝固速率下,鑄件傾向于形成集中的縮孔。另外,合金元素對縮松的形成也有一定影響,研究結果認為,Al,Ti,Co會增加縮松含量,這是由于這些元素大都增加合金的結晶溫度間隔;而Cr則可以減輕縮松。總的來說在凝固過程中若固液相密度相差較大,就容易形成縮松;結晶溫度間隔較小的合金不易產生縮松;通過增加凝固速率,形成細小的枝晶可減少縮松。

　　二. 防止晶體取向的偏離:鎳基單晶高溫合金具有〈001〉的擇優取向,該方向具有最小的彈性模量,可以減少熱循環應力。但在實際鑄件制備中由于鑄件幾何形狀的變化,導致凝固時固液界面的波動,因而可能在鑄件某些部位偏離精確的〈001〉晶體學位向。對于大尺寸單晶葉片,由于降低了定向凝固時的散熱效率,致使溫度梯度下降,也容易造成晶粒生長方向的偏離,同時也易于形成雀斑和偽晶粒。晶體取向與軸向偏角增大,鑄件的強度和壽命的分散度均會增大,因此在定向凝固中除了控制相與組織的競爭選擇外,還必須精確調節和控制晶體的生長方向,才能使鑄件具有最好的力學性能。

　　三. 防止雜晶:如果工藝參數控制不當,凝固界面溫度梯度的變化及熔體的流動等,都可能造成雜晶的出現,破壞單晶的完整性,使材料的力學性能嚴重下降。研究發現,在枝晶方向與坩堝壁偏離的地方,所產生的過冷度會非常明顯,是雜晶容易獲得生長的區域。