镍基单晶高温合金DD11杂晶形成的过冷度时间判定

以第二代镍基单晶高温合金DD11为研究对象,参照工程单晶铸件横向突变结构设计平台试样进行浇注及定向凝固实验。采用光学显微镜(OM)观察平台晶体组成及其形貌特征,并借助差热分析法(DSC)研究DD11合金的过冷效应。以过冷度时间(ΔT/v)判定杂晶形成条件,探讨平台尺寸、空间位置及抽拉速率对杂晶形成倾向性的影响机制,并研究定向凝固过程中的杂晶形成规律。结果表明,当抽拉速率为2mm/min时,外侧平台长度从8mm到26mm均未形成杂晶,而内侧平台尺寸超过18mm时开始形成杂晶,表明较大的平台试样长度和内侧位置会增加杂晶形成的倾向性。随着抽拉速率提高到6mm/min,不同尺寸的外侧平台均形成杂晶,内侧平台则在尺寸大于12mm后出现杂晶,表明增加抽拉速率均提高内外侧平台试样的杂晶形成倾向。与内侧平台试样相比,抽拉速率对外侧平台试样形成杂晶的影响更显著。平台尺寸、空间位置及抽拉速率影响了定向凝固过程中的环境温度和冷却速率,其通过产生较小过冷度时间(ΔT/v)从而增加了杂晶形成的倾向性。     

低镍奥氏体不锈钢定向凝固组织CAFE法模拟

通过对ProCAST&CAFE软件进行二次开发建立凝固过程动态边界条件,模拟低镍奥氏体不锈钢定向凝固过程中的温度场和固相分数,并探讨抽拉速率对凝固微观组织的影响。结果表明,随着抽拉速率的增大,等温线变密,糊状区变窄;铸件一次枝晶臂逐渐细化,边缘侧向散热逐渐远小于中心纵向散热造成一次枝晶轴向偏差度逐渐减小,晶粒择优取向效果提高。与此同时,模拟结果与实验结果吻合较好,模拟计算形核、生长及取向过程较为合理。     

电子束区熔定向凝固Nb基高温合金的组织和性能

研究了Nb-Si-Ti-Hf-Cr-Al-B-Y合金在电子束区熔炉上的定向凝固组织、室温断裂韧性和高温瞬时拉伸性能.合金的组织主要由Nb基固溶体(Nbss)、α-(Nb)5Si3和(Nb)3Si相组成.定向凝固后,初生Nbss枝晶以及Nbss α-(Nb)5Si3/(Nb)3Si层片状或棒状共晶团均沿着试棒轴线定向排列.当电子枪移动速率R=2.4 mm/min时,定向效果最好.定向凝固使合金在1250℃的拉伸强度及室温断裂韧性均显著提高.R=2.4 mm/min试棒的抗拉强度最高,达85.0 MPa,同时其室温断裂韧性也达到19.4 MPa·m1/2.     

冷坩埚定向凝固工艺参数对Ti-46Al-0．5Si-0．5W合金扁锭宏观组织的影响

利用冷坩埚定向凝固技术制备了晶粒较为细小柱状晶的Ti-46Al-0.5 Si-0.5W扁锭试样.采用正交试验法考察了工艺参数对凝固组织晶粒形态的影响趋势.结果表明,随着功率增大,晶粒长大倾向明显,但晶粒的生长方向性会改善;随着抽拉速度增大,晶粒尺寸变小,但方向性会在试样一定范围内变差;随着预热时间延长,晶粒尺寸和取向均有变差的趋势.在抽拉速度为1.0mm/min时获得了最佳的定向凝固组织.     

冷坩埚定向凝固TiAl基合金高温持久性能研究

采用电磁冷坩埚定向凝固技术制备了成分为Ti-47A1-2Cr-2Nb的合金铸锭,定向凝固后的显微组织为α2+γ全片层结构.在0.4～1.2mm/min的抽拉速率范围内,随着抽拉速率的增加,片层间距减小,柱状晶与生长方向的夹角增大.随着温度升高,合金的拉伸强度有所下降,但由于细化片层界面对切变应力变形的阻碍作用,合金的高温拉伸强度会随着抽拉速率的增加而提高.通过对抽拉速率为1.0mm/min试样的拉伸强度与温度的拟合,得到了拉伸强度和温度之间的函数关系.随着抽拉速率的增加,Ti-47A1-2Cr-2Nb合金的持久寿命明显升高,对于抽拉速率为1.2mm/min试样的持久性能测试表明,其持久寿命最长,达到了48h.持久试样的断口形貌表明,其断裂的主要方式是伴随着少量延性断裂的脆性解理断裂.最后根据时间-温度模型,分别采用Larson-Miller和Manson-Haferd参数法建立了定向凝固Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的持久强度预测函数模型,预测的理论值与试验结果吻合度较高.     

抽拉速率对DD6单晶高温合金650℃低周疲劳性能的影响

采用2mm/min,4.5mm/min和7mm/min的抽拉速率制备了DD6单晶高温合金试棒。研究了抽拉速率对合金650℃低周疲劳性能的影响。利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析了疲劳试样的断口形貌和微观组织。研究结果表明:随抽拉速率的增大,γ’相尺寸减小,一次枝晶间距差异不大,二次枝晶呈发达的趋势。抽拉速率4.5mm/min的合金650℃低周疲劳寿命最长。DD6合金表现为基本稳定的循环应力响应行为。疲劳裂纹主要萌生于试样亚表面,随应变量降低,裂纹扩展第一阶段断裂特征由类解理断裂面向锯齿状断面转变。疲劳裂纹沿一个或者多个{111}滑移面扩展。     

高温度梯度单晶炉研制成功

高温度梯度单品炉的研制是原航空航天部下达的“八五”重点预研任务,所谓高温度梯度单晶炉实际Ⅰ就是是国际上通常所指的新一代的精密铸造定向凝固炉。它的显著特点就是在金属液体的凝固前沿具有高的温度梯度(80～120C/cm),用于生产先进的高推重比航空发动机所需的定向叶片和单晶叶片,该炉由621所与锦州真空设备厂共同研制,经过近一年的工作,已于1993年底研制成功。该炉的熔炼工程容量8kg;水冷结晶器φ130mm;铸型的抽拉速度0.5～10mm/min范围内无级调速,快速升降400mm/min;计算机控制定向凝固工艺过程。从91炉试验所获得的400根单     

定向凝固Ni-44Ti-5Al-2Nb-1Mo合金的组织特征

采用液态金属冷却定向凝固方法制备了Ni-44Ti-5 Al-2 Nb-1 Mo(原子分数,％)合金,分析了加热温度为1 550℃,抽拉速率为0.3、1.2、3.0、6.0、18.0 mm/min时的定向凝固组织特征.结果表明,定向凝固没有改变合金的相组成,但改变了组成相的形态.定向凝固组织均由初生的NiTi相与晶间析出...     

定向凝固工艺对DZ466高温合金显微组织的影响

研究凝固工艺(抽拉速率、模壳保温温度)对DZ466合金铸态组织的影响。结果表明:定向凝固过程中,随着抽拉速率的增加或型壳温度的升高,一次枝晶间距逐渐减小,γ′相尺寸减小,碳化物尺寸减小;随着抽拉的进行,散热效率下降,一次枝晶间距增大,γ′相尺寸增大;在1520℃/1530℃的壳温下,以8 mm/min的速率抽拉,可以获得细小的枝晶组织和γ′相组织,有利于提高合金的性能。     

高温度梯度定向凝固下Ni-NbC合金的组织演化

在温度梯度300K/cm和定向凝固速率5～20μm/s下,Ni-10.6wt%NbC合金以平界面方式凝固,当凝固速率达到50μm/s 时,合金凝固组织中出现共晶胞状组织.随定向凝固速率的增大,三叶状和点状形态的NbC相向条状NbC相过渡.当定向凝固速率从2μm/s跃迁变化到10μm/s时,Ni-10.6wt%NbC合金凝固组织仍然以规则共晶生长;而跃迁变化到50和100μm/s时,出现起伏较大的共晶胞状组织和初生相Ni枝晶的生长.另外采用速率跃迁变化可以细化恒定定向凝固速率下的组织,组织的细化是通过NbC相重新成核,使纤维间距减少进行的.     

单晶高温合金固液界面形状及对凝固组织的影响

ＤＤ８单晶高温合金在高温度梯度宽变速定向凝固装置上进行了单晶定向凝固实验，并在实验基础上系统地分析了凝固条件对固液界面形状及凝固组织缺陷的影响。结果表明，提高冷却速率，限制凝固速率在特定临界速率Ｖ＊以下，可以保持平直的固液界面；当超过这一临界速率Ｖ＊时，固液界面出现下凹，下凹的间液界面将导致形成小角度晶界、显微组织疏松及发散凝固组织，高凝固速率将导致定向凝固过程的个稳定性，制造冷却速率的定向凝固装置是实现快速定向凝固的必要条件。     

HRS定向凝固过程中固/液界面位置控制

 本文通过在计算机上模拟固/液界面位置受到控制的整个HRS定向凝固过程、求出使固/液界面稳定在隔热板及其附近时抽拉速度的调节规律。依此规律,利用一个以TP 801 B单板机为核心的控制系统对铸件的HRS定向凝固过程进行实时控制。用Al—4.5％Cu合金试样进行了验证试验。结果表明:受控HRS定向中、固/液界面很快趋近于隔热板并在定向过程中稳定在隔热板附近。对界面位置实行控制能有效提高固/液界面前沿温度梯度及其稳定性明显改善定向凝固显微组织。     

DD5镍基单晶高温合金凝固过程元素偏析的相场模拟

作为航空发动机涡轮工作叶片的主要材料,镍基单晶高温合金凝固过程中的元素偏析易造成组织的不均匀性,进而影响其高温力学性能。选取国产二代单晶高温合金DD5作为研究对象,以3mm/min的抽拉速率制备单晶试棒,通过组织观察与热力学计算确定其铸态组织的相组成,包括γ相,γ’相与碳化物。采用电子探针显微分析对合金元素在枝晶干与枝晶间的偏析行为进行了线扫描,确定Re、W的正偏析及Al、Ta负偏析特性,且枝晶间的碳化物中Ta含量较高,推测其为MC型碳化物。在此基础上借助Micress相场软件,对凝固过程的组织形貌演化与元素偏析行为进行了模拟,其形貌特征与光镜组织观察结果相一致,元素分布与EPMA结果相符。     

改进单晶高温合金性能的途径

采用籽晶法在自制的高温高梯度ＬＭＣ定向凝固设备上制取了以平面、胞状、粗枝以及细枝界面形态凝固的ＮＡＳＡＩＲ１００单晶。研究了其铸态以及经１２８０℃、１３００℃和１３２０℃×４ｈＡ．Ｃ．处理的组织和性能。结果表明,快速的抽拉速率和尽可能高的固溶温度显著改善单晶高温合金的性能,在相同的抽拉速率下,高温度梯度显著降低显微疏松含量,缩小树枝晶间距,并且能够得到细小的、形状较规则的γ′相。     

抽拉速率对Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2B合金的定向凝固组织的影响

采用亚快速定向凝固装置成功地制备了Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2B合金定向凝固试样,观察了不同凝固速率下的固液界面形貌、过渡区和稳态区凝固组织.实验结果表明,在2μm/s抽拉速率下,合金界面以胞状界面形态生长,全片层组织(γ+α2)取向与生长方向成0°和45°的夹角,合金凝固时的领先相为β相.在100μm/s凝固速率下,合金界面以枝状形态生长,全片层组织方向与生长方向的夹角为90°,领先相从β相转化为α相.通过将合金中Cr和Nb元素的含量折算成Al的含量,计算Ti-48.3Al合金中α和β相界面生长温度,发现凝固速率达到180μm/s时,领先相可由β相转变为α相,理论计算结果支持实验中的相选择转变过程.     

定向凝固Rene125合金热裂倾向性研究

采用半定量等级评定方法，对定向凝固高温合金Ｒｅｎｅ１２５热裂倾向性进行了研究。试验结果表明，本文提出的热裂倾向性半定量等级评定方法具有较好的重复性；炉膛温度、浇注温度和壳型抽拉速率等定向凝固工艺参数对Ｒｅｎｅ１２５合金的热裂倾向性有明显的影响。     

超高速定向凝固K10合金组织与碳化物形态的变化

利用超高梯度定向凝固装置,其液固界面前沿温度梯度达1000～1300K/cm,研究了超高速定向凝固条件下,K10合金的超细柱晶组织,碳化物形态及分布的变化。经试验表明:定向凝固柱晶组织中,一次枝晶高度细化,二次枝晶退化甚至消失。碳化物呈方向性排列,形态由普通铸态下的岛状变成蠕虫状。     

4032铝合金圆锭DC半连铸过程中冷却速率对共晶硅变质的影响

采用数值模拟的方法,研究DC(direct chill,DC)半连铸?120 mm、?300 mm、?500 mm的4032铝合金圆锭在横截面上的冷却速率分布,并进一步研究冷却速率对共晶硅Sr变质效果的影响。研究表明,从铸锭表面至中心冷却速率整体呈下降趋势。随着铸锭尺寸的增大,铸锭的液穴变深,液相线温度与固相线温度的等温线之间的距离变大,铸锭内部的冷却速率显著降低。Sr对共晶硅的变质效果受到冷却速率的影响,冷却速率高于1.8 K/s时,Sr变质可以获得较好的变质效果。随着冷却速率的降低,在Sr含量相同的条件下,变质效果变差。工业生产条件下,?500 mm圆锭内部的冷却速率降低至1 K/s以下,此时含量为0.033%~0.036%的Sr已不能使共晶硅有效变质。DC半连铸工艺参数中,铸造速度对?500 mm铸锭的冷却速率分布的影响程度较大,但也仅影响距离铸锭表面小于R/2以内的冷却速率分布,无法提高铸锭内部的冷却速率。     

前进速率对搅拌摩擦加工ZK60镁合金组织和力学性能的影响

对铸态ZK60镁合金进行搅拌摩擦加工,在转速为800r/min,前进速率为50~200mm/min的条件下,获得表面平整、无宏观缺陷的材料,并对其组织和力学性能进行研究。研究结果表明:剧烈的塑性变形使搅拌区的晶粒相对于铸态母材得到了明显细化,随着前进速率的增加,搅拌区平均晶粒尺寸先减小后增大。搅拌区细晶组织的显微硬度及抗拉强度相比于铸态母材有所提高,而伸长率显著提高。在转速为800r/min,前进速率为100mm/min的加工条件下,搅拌区的晶粒最为细小均匀,其平均晶粒尺寸为6.9μm,材料的硬度、抗拉强度和伸长率分别为70.1HV,276 MPa和31.6%。     

凝固参数对定向镍基铸造高温合金中MC碳化物生长特性的影响

本文研究了定向凝固条件下凝固参数对一种镍基铸造高温合金中MC碳化物的形态、数量和分布的影响。在冷却速率很小的平面界面下,少量MC呈块状八面体;当界面转化为胞状时,MC在胞晶间呈长条状或鱼骨状;对于冷却速率较大的树枝状组织,MC则呈粗大的汉字体或较完整的花瓣状。在合金凝固形态由平面状向树枝状的转化过程中,合金中MC碳化物的数量急剧增多。