Nb-Si金属间化合物基超高温合金研究进展

Nb-Si金属间化合物基超高温合金(Nb-Si基合金)具有高熔点、低密度和良好的加工性能,目标使用温度达到1 200~1 400℃,成为用于新一代高推重比航空发动机热端部件最有潜力的候选材料。主要介绍了北京航空航天大学在Nb-Si金属间化合物基超高温合金领域的研究成果,包括合金化、加工制备技术(电弧熔炼、感应熔炼、定向凝固和粉末冶金)、组织控制与性能表征和热防护涂层材料体系设计与制备技术等。发展了Y2O3坩埚真空感应熔炼和Y2O3模壳精密成型顺序凝固技术,成功制备了涡轮叶片模拟件;发展了Al2O3/Y2O3、Y2O3/Y2O3陶瓷坩埚/模壳液态金属冷却定向凝固技术,实现了Nb-Si基合金的定向凝固组织控制和强韧化匹配;发展了热防护涂层材料体系和制备技术,在合金基体和涂层的高温抗氧化方面均取得了较大的进展。     

超磁致伸缩材料及其在航空航天工业中的应用

介绍了超磁致伸缩材料在国内外发展状况,系统地比较了该材料各种制备方法的优缺点及其适用领域,采用真空感应熔炼和真空区熔定向凝固方法制备出 Tb0.3Dy0.7Fe1.95 超磁致伸缩合金,用 X-射线及光学金相分析了该合金的凝固组织形貌、微观结构和晶体择优生长方向。结果表明,该合金的铸态组织为树枝状的Mg Cu2 型 ( Tb,Dy) Fe2 和富稀土相两相结构。本实验条件下,该合金定向凝固形态为胞状晶和树枝晶,其晶体生长择优取向分别为〈1 1 0〉和〈1 1 2〉方向。同时介绍了超型磁致伸缩材料在航空航天工业中的应用前景     

Ti-Al-V-Zr合金的团簇式设计及铸态组织和力学性能

Ti-6Al-4V是目前应用最广泛的钛合金，但其铸态强塑性不足。本研究设计思想基于Ti-6Al-4V合金双团簇成分式α-{[Al-Ti₁₂](AlTi₂)}₁₂+β-{[Al-Ti₁₄](V₂Ti)}₅：首先通过改变β相团簇式个数为2，使合金成分偏向α-Ti，其次增加β相团簇式中V原子个数至3，提高了β-Ti结构单元稳定性，然后用不同个数Zr(x=1、2、3、5)替代β相团簇式中Ti，最后得到了团簇式α-{[Al-Ti₁₂](AlTi2)}₁₅-β-{[AlTi_14-x Zr_x]V₃)}₂，设计了Ti-(6.64～6.82)Al-(2.42～2.35)V-(1.44～7.02)Zr (质量分数/%)合金，采用非自耗真空电弧炉熔炼制备合金铸锭，并用真空铜模吸铸成合金棒材，进而对不同合金样品进行显微组织表征和拉伸测试。结果表明：合...     

热处理对P、B微合金化GH4169合金组织与蠕变性能的影响

通过对锻造态GH4169合金进行短期时效处理、常规热处理和长期时效处理、蠕变性能测试及组织观察,研究了热处理制度对组织与蠕变性能的影响。结果表明:锻造态合金经短期时效处理、常规热处理及长期时效处理后,其组织结构由γ、γ’、γ"、针状δ-Ni3Nb相和粒状(Nb,Ti)C、M₂₃C₆碳化物组成;其中,(Nb,Ti)C中富含P,而贫Cr、Mo。特别是短期时效处理合金的晶界无析出相,而长期时效处理合金中针状δ相沿晶界析出,随δ相数量及尺寸增加,合金中γ、γ’、γ"、相的晶格常数略有减小,各相间的错配度减小,但γ’/γ"两相间的错配度增加至δ_γ’/γ"=0.233%;在长期时效态合金中,δ与γ相之间的晶体学关系为(200)_γ//(110)_δ和[011]_γ//[001]_δ,其中,δ相的(020)_δ面与γ相的(1■1)_γ面、δ相的(1■0)_δ面与γ相的(11■)面保持共格界面;与长...     

Al－Cu合金快冷的组织形貌

采用自制超声气体雾化快速凝固制粉装置对Ａｌ－４．５％Ｃｕ（ｗｔ）合金进行了研究,探讨了冷却速度与合金组织形貌间的关系,研究了冷却速度对合金凝固过程及溶质分配的控制机制,得到了平直凝固界面失稳的临界冷却速度Ｔｃ,并用显微组织相似定律对实验结果进了比较。     

低膨胀高温合金焊缝金属凝固行为的模拟预测

为研究低膨胀高温合金的焊缝结晶裂纹倾向,利用改进的M F模型进行焊接凝固过程溶质再分布的模拟。自行编制了QBasic程序,利用该程序计算了三种低膨胀高温合金焊缝的凝固反应顺序和形成共晶组分的种类与数量。结果表明,GH903和GH907合金在初始凝固后首先发生L→(γ NbC)共晶反应,然后以次共晶反应L→(γ Laves)结束凝固,最终凝固组分由γ/NbC和γ/Laves两类共晶组分构成。而GH909合金在初始凝固后只发生L→(γ Laves)反应,且最终γ/Laves共晶生成量大,因此结晶裂纹敏感性高于GH903和GH907合金。改变碳含量能够影响GH909合金的凝固路径,但是仅靠提高碳含量改善焊接性的作用有限。     

快速凝固Al-Fe-MRE高温铝合金的研究

 研究快速凝固铝铁混合稀土高温铝合金的粉末制备及性能、粉末合金热成形、粉末合金的组织及性能的关系等。用氩气及氦气超音速雾化制得粉末获得的冷却速度为 5× 1 0 3～ 7× 1 0 6 K/s。用金相及扫描电镜观察粉末颗粒的形貌呈球形 ,粉末尺寸越小 ,组织越细。通过对挤压成形的Al-Fe-MRE粉末合金的室温、高温及热暴露试验 ,得到其力学性能及影响性能的因素     

Ⅲ族元素掺杂对Mg3Sb1.5Bi0.5合金热电性能的影响

中温区Mg₃(Sb, Bi)₂基热电材料因其特殊的导带结构和复杂的晶体结构，以及无毒廉价等优点而极具应用前景，对Mg₃Sb_1.5Bi_0.5合金进行施主掺杂获得n型传导特性是重要的性能优化手段之一。采用第一性原理进行计算和定向凝固进行实验，对Sc、Y和Al取代Mg₃Sb_1.5Bi_0.5合金不同Mg位的缺陷形成能和电子结构进行了分析，结合实验测试结果讨论其对载流子传输性能参数的影响。结果表明：ⅢB族的Sc和Y优先取代Mg1位，而ⅢA族的Al倾向于取代Mg2位，不同掺杂元素均使Mg₃Sb_1.5Bi_0.5合金的Fermi能级向导带偏移，载流子浓度和电导率值增大。Sc和Y元素还可通过改变导带底能带的曲率来改变载流子有效质量，Seebeck系数更大。其中，Sc掺杂对导带底的影响可以使Seebeck系数和迁移率更加均衡，从而使电子传输性能最佳，相应的功率因子最大...     

回流燃烧室小弯管双层壁流量系数及冷却特性试验

为获得耦合参数(冲击孔径d_i,冲击孔流向间距S,冲击孔展向间距P)、小弯管外壁曲率半径(R₁,R₂)对回流燃烧室小弯管双层壁结构无量纲化流量系数C_d/C_d,max及无量纲化冷却效率η/η_max的影响规律,设计了4组共16个方案开展了实验研究。结果表明：S/P和R₁/R₂对于C_d/C_d,max的影响较小;随着S/P的增大,η/η_max呈先增后减的趋势,在S/P=0.8时达到最大值;随着R₁/R₂的增大,η/η_max呈增大的趋势;随着S/d_i和P/d_i的增大,C_d/C_d,max和η/η_max呈减小的趋势。     

凝固冷速对铸造镍基高温合金K417G显微组织的影响

对铸造镍基高温合金K417G进行了不同冷却速率的凝固试验,并对凝固后的试样进行了光学金相和定量金相分析,研究了凝固冷速对合金显微组织的影响,通过线性回归的方法确定了平均枝晶间距与凝固冷速的关系.结果表明:凝固冷速增大明显细化树枝晶、MC碳化物和(γ γ′)共晶.冷速对MC碳化物的量影响不大,但对(γ γ′)共晶量有明显影响,过快和过慢的冷速都能引起(γ γ′)共晶量增加.K417G合金的平均枝晶间距(λ/μm)与凝固时冷速(V/℃·s-1)存在λ=85.1V-0.35的对应关系,根据该关系式可以通过测量铸件不同部位的平均枝晶大小确定该部位凝固时的冷却速率.     

确定激活滑移系类型的一种方法--单晶体颈缩和晶格转动分析

以镍基单晶合金为对象，通过有限元分析，研究了开动滑移系类型与单晶体颈缩截面形状及晶格转动的关系，建立了单向拉伸光滑试样颈缩截面形状、晶格转动与开动滑移系、试样轴晶体取向的关系。在此基础上，结合试验结果，对镍基单晶合金在高温环境下的开动滑移系类型进行确定。进一步讨论了[001]和[111]取向有一定偏角试样的颈缩截面形状，偏角的存在将导致颈缩截面形状的随机性的非圆形，偏角越大，非圆形越严重。     

TiAl基合金排气阀金属型离心铸造过程内部缺陷分析

在所建立的数学模型基础上总结了TiAl基合金熔体离心力场下的充型规律.结果表明,离心力场的施加对于充型过程有重要影响,熔体以变化的截面面积和倾角填充铸型.熔体截面面积随充型长度的增大而减小,而熔体截面倾角随充型长度的增大而增大,这种变化在型腔入口附近表现得更加明显.此外,针对金属型离心浇铸Ti-48Al-2Cr-2Nb (at%) 合金汽车排气阀内部的常见缺陷,探讨了离心力场下排气阀内部卷入性气孔和偏中心线缩松的产生机理.     

稀土高强铝锂合金力学性能及微观变形行为

在 2 0 90铝锂合金和添加微量稀土铈的 2 0 90铝锂合金 (2 0 90 +Ce)的拉伸性能测试的基础上 ,利用TEM技术对拉伸试样中位错组态进行了观察 ,探讨宏观力学性能与微观变形行为间的联系。结果表明 ,2 0 90 +Ce铝锂合金仍表现出较明显的共面滑移特征 ,所不同的是其滑移带比较细密均匀 ,并且具有交滑移特征 ;而不含稀土的普通 2 0 90铝锂合金中共面滑移带较粗 ,且带与带间距宽 ;弱束暗场观察发现 ,2 0 90 +Ce铝锂合金中某些大角度晶界上及附近存在较强的应变衬度 ,这说明该合金仍存在较强的局域应变倾向     

氩气保护条件下钎焊单层金刚石砂轮的研究

 利用氩气作为保护气体,以 Ni-Cr合金粉末做钎料,适当控制钎焊温度、保温时间和冷却速度,实现了金刚石与钢基体的牢固的化学冶金结合。利用扫描电镜和 X射线能谱,结合 X射线衍射结构分析,发现在钎焊过程中 Ni-Cr合金中的 Cr元素分离在金刚石界面形成富 Cr层并与金刚石表面的 C元素反应生成Cr₃C₂ 和 Cr₇C₃,在钢基体结合界面上 Ni-Cr合金和钢基体中的元素相互扩散形成冶金结合,这是实现合金层与金刚石及钢基体之间都有较高结合强度的主要因素。并通过重负荷磨削实验进行验证取得较好的结果。     

动态湿润与动态接触角的实验

利用精密步进电机、高速CCD图像采集系统、立体显微镜,采用液槽法测试硅酮油在玻璃、铝、不锈钢表面上的动态湿润行为。实验结果与前驱膜模型对比表明,无量纲参数λ在玻璃、铝和不锈钢表面上分别取值0.07,0.16和0.35时,二者吻合较好,表明动态接触角不仅是静接触角和毛细数的函数,也和固体表面性质有关。实验同时发现,对于低毛细数下成立的Hoffman-Voinov-Tanner定律(Cazabat推荐适用于CaD<1或θD<10°),直到动态接触角达到70°依然成立,用前驱膜模型可给出合理解释。      

端部斜削的铝单搭接接头应力分布数值分析

用弹塑性有限元法,研究了被粘物自由端外侧斜削角度以及不同弹性模量胶粘剂对铝合金单搭接接头应力分布的影响.结果表明:对被粘物自由端外侧进行斜削,可以使胶层中部的应力峰值降低,从而提高接头的强度.随着斜削角度的减小,胶层中部应力峰值逐渐降低.随着胶粘剂弹性模量的降低,斜削接头胶层中部各应力的峰值随之降低.对于胶粘剂弹性模量高的接头,斜削使得胶层中部的应力峰值得到了极大的降低;而对于胶粘剂弹性模量低的接头,斜削对胶层中部的应力峰值影响较小.     

形状记忆合金扭力驱动器的力学模型和实验研究

扭力驱动是自适应翼面驱动技术中的一个关键问题。将镍钛形状记忆合金 (Ni Ti SMA)丝与薄壁圆管相结合,可以构成 SMA扭力驱动器。介绍了 SMA扭力驱动器的构造,建立了扭力驱动器在激励过程中的力学模型,分析了驱动器的扭转角与温度之间的关系,并进行了实验验证。     

图像分析法测量液滴接触角

接触角是表征液体对固体润湿程度的重要参数,本文采用基于Matlab计算软件的图像分析法测量液滴接触角。首先使用图像增强、去噪、锐化手法对CCD采集到的液滴图像进行预处理;再运用Canny多阶段优化算子提取液滴轮廓线;最后以多项式为拟合框架,获得了接触角稳定状态下液滴轮廓区间和接触角测量结果。本文为接触角测量技术提供了一种有效实用的方法。     

X射线法测试钛合金结构件残余应力的适用性研究

利用四点弯曲机加载的钛合金板材试样及高应力钛合金标样模拟结构件表面测试状态,研究X射线法测试复杂钛合金构件表面残余应力的适用性。结果表明:表面曲率及β角扫描范围对测试结果影响不显著;径向测试面倾角大于20°时测试重复性急剧变差,超过30°时结果不可使用,轴向测试面测试结果随倾角增大而减小,30°时减小超过20%。     

Influence of thickness and initial groove angle in M–K model on limit strain of 7B04 by considering through-thickness stress

Marciniack–Kuczinski (M–K) model is widely used to predict material’s forming limit curve (FLC). The prediction of FLC traditionally neglected through-thickness normal stress. However, it cannot be neglected in some forming processes. Much work has been done to study the effect of through-thickness normal stress on FLC with constant through-thickness normal stress or constant ratio of through-thickness normal stress and maximum principal stress. In addition, based on Nakazima test process, the ratio of through-thickness normal stress and maximum principal stress has been derived, which was a function of instantaneous thickness and loading path. Here, initial groove angle in M–K model was not considered. In this paper, uniaxial tension tests and Nakazima tests were performed on 7B04 aluminum alloy. Based on Hill 48 yield criterion and M–K model, the prediction model of FLC was established. The increase of thickness can enhance FLC. Meanwhile, it is necessary to consider through-thickness normal stress and initial groove angle in prediction model. On the left side of FLC, the effect of initial groove angle on FLC is weakened by increasing sheet thickness. On the right side of FLC, the effect of initial groove angle on FLC is strengthened by increasing sheet thickness. On the right side of FLC, the relation between limit strain points with different thicknesses is linear under one certain loading path. Thickness has decisive effect on through-thickness normal stress level and the changing trendy of through-thickness normal stress during calculation is different under different stress condition.