浇注温度对K4169高温合金晶粒组织影响的计算机模拟

利用Fortran语言编程,采用有限差分法分别解用热焓法处理结晶潜热的圆柱坐标系一维不稳定热传导方程,模拟了K4169高温合金圆柱锭某一横截面凝固过程中温度的变化,它正确地反映了在不同铸造工艺条件下合金铸件横截面上温度的变化规律。通过固相分数,将合金铸件凝固温度场模拟及其连续形核模型、枝晶尖端生长的动力学模型相耦合,计算了不同浇注温度下K4169高温合金圆柱锭凝固过程中晶粒组织的特征值,包括晶粒密度和平均晶粒尺寸,并参考二维CellularAutomaton方法,实现了在计算机屏幕上晶粒形成的动态显示,模拟结果和实验结果吻合较好。     

电子束物理气相沉积Ni-Cr—Al合金薄板微观组织研究

采用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)在温度为700℃的不锈钢基片上沉积厚度为0.2mm的Ni-Cr-Al高温合金薄板,然后将合金薄板与基片剥离.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和透射电子显微镜(TEM)等测试手段研究了Ni-Cr-Al合金薄板的微观组织.结果表明,沿厚度方向合金具有两种不同晶粒形貌的两层结构,在沉积材料的靠近基板侧观察到柱状晶区,同时表现出{lll}织构,而在远离基板一侧晶粒形貌则为近等轴晶且无织构现象;合金表面晶粒细小均匀且呈岛状分布,每个"岛屿"由许多晶粒尺寸约为100 nm柱状晶粒组成;晶粒内部亚结构表现为孪晶.     

等温锻造Ti—47Al—2Cr—1Nb合金显微组织细化机理

Ti 4 7Al 2Cr 1Nb(at % )合金经等温锻造形变热处理后 ,显微组织得到显著细化 ;TEM分析表明 ,TiAl合金在等温变形时 ,形变主要以γ相板条内产生变形孪晶的方式进行 ;大部分变形孪晶垂直于α2 /γ界面 ,热处理时易形成再结晶核心 ,形成等轴γ晶粒     

（100）/（111）面金刚石膜抗氧等离子刻蚀能力

使用微波等离子体技术(microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)对膜厚100μm的(100)和(111)晶面金刚石膜进行刻蚀处理,研究其抗氧等离子体的行为。结果表明:(100)晶面刻蚀首先发生在晶棱晶界处,而(111)晶面金刚石的刻蚀首先发生在晶面处;30 min刻蚀后,(100)面金刚石有明显晶面显现,(111)面金刚石膜晶面不明显;60 min刻蚀后,(100)和(111)晶面金刚石膜的择优取向消失;(100)晶面金刚石特征峰的半高宽值(full width at the half maximum,FWHM)由刻蚀前的8.51 cm~(–1)上升至刻蚀后的12.48 cm~(–1),(111)晶面金刚石FWHM值由8.74 cm~(–1)上升至148.49 cm~(–1);(100)晶面金刚石膜刻蚀速率在40 min时为0.35μm/min,60 min时上升至1.34μm/min;刻蚀前期,(100)晶面金刚石膜具有更好的抗氧等离子体刻蚀能力,刻蚀后期其抗刻蚀能力与(111)晶面金刚石膜相似。     

激光冲击TC17钛合金诱生的微结构的特征及热稳定性

研究激光冲击(Laser shock peening,LSP)诱生TC17钛合金的表层梯度微结构特征及其热稳定性具有重要的理论与应用价值。TEM的研究结果表明:LSP处理后,靠近基体处以较高密度形变孪晶和位错为主;越接近冲击表面应变速率越高,发生孪生的原子来不及进行位置重排、孪晶数量较少,因而以高密度位错缠结、位错胞以及位错胞转变成的亚微米级亚晶为主;最表面晶粒平均尺寸由原始～43μm瞬间细化至～396nm,表面晶粒瞬间显著细化是旋转动态再结晶的结果。LSPed试样经573K/1h退火后各深度处的位错密度降低,孪晶密度/位错胞以及最表面晶粒尺寸变化不大;而LSPed试样经673K/1h退火后其各深度处的位错密度下降更明显,孪晶数量也有所下降,而位错胞和最表面晶粒平均尺寸长大明显;673K是激光冲击TC17钛合金诱生的微结构的热稳定临界温度,维氏硬度试验结果也表明当退火温度达673K后硬度值下降明显。     

基于Myers模型的三维结冰数值仿真

三维结冰表面上的水膜流动和结冰增长是结冰计算模型应考虑的核心内容,其中广泛应用的是Myers模型。Myers模型考虑了空气剪切力和空气压力对结冰表面水膜流动的影响,以及冰层、水膜和空气之间的导热与对流传热对结冰速率的影响。本文在使用Myers模型进行结冰预测时,发现Myers模型对霜冰转化为明冰的判断标准存在缺陷,会在结冰极限处产生不合理的冰角。因此对Myers模型的结冰类型判断标准进行了修改,对机翼表面的结冰过程进行了更加准确的模拟,并应用了有效的离散算法计算水膜流动和结冰增长过程。对比了二维NACA0012翼型的单步法、多步法计算结果和实验结果。明冰结冰温度较低时,本文计算结果与实验结果吻合很好,明冰结冰温度较高时,本文对上冰角的计算与实验结果有一定差距。本文提供了三维GLC-305后掠翼的结冰计算结果和实验结果的对比,冰角厚度的计算结果略小于实验结果,但整体趋势一致。     

气膜冷却平板表面颗粒物沉积的实验研究

为了解涡轮叶片表面颗粒物的沉积规律和沉积对气膜冷却的影响,实验通过石蜡喷涂装置将熔融石蜡颗粒喷入到小型风洞中,石蜡颗粒沉积在具有气膜冷却的平板表面上来模拟涡轮叶片上的颗粒物沉积过程。实验中将表征石蜡熔融颗粒尺寸的斯托克斯数与实际燃气涡轮发动机中的煤灰颗粒相匹配,通过调节主流温度,保持石蜡颗粒在沉积前处于熔融状态来模拟真实涡轮叶片上颗粒物的粘附机理,观察没有气膜冷却情况下的石蜡沉积过程和有气膜冷却情况下,不同吹风比和不同射流角度对石蜡沉积的影响,以及石蜡沉积后对平板表面气膜冷却的影响。研究发现石蜡熔融温度与主流温度相接近时,更容易沉积在平板表面,并且石蜡沉积在生长到一定厚度后不再增长。在有气膜冷却的情况下,吹风比从0增加到1.5时,平板表面石蜡沉积先减少后增加,吹风比为0.5时,石蜡沉积最少。射流角度由30°增加到90°时,平板表面石蜡沉积逐渐增多。石蜡沉积降低了平板气膜冷却效率,并且气膜孔间下游区域的温度比气膜孔下游区域更高。     

稀土镁合金铸件表面微观缺陷形成机理及修复技术

VW63Z稀土镁合金铸件表面微观缺陷经过荧光检测的结果表现为“条状荧光”现象，当该缺陷出现在铸件非加工面时，由于无法经过机械加工去除将直接导致铸件报废。本文探究了铸件表面缺陷的微观组织及其形成机理，结果表明微观缺陷主要成分为稀土氧化物的双层氧化膜，其中部分存在夹杂物；金属液汇流导致表面微观缺陷更易形成。应用激光熔凝技术对铸件表面微观缺陷进行处理，当平顶激光束输出功率为800 W时，重熔层组织呈树枝晶形貌特征，晶粒细小并与基体结合良好，重熔层深度约为915 μm，控制铸件热影响范围的同时基本可以修复铸件表面缺陷，原缺陷位置荧光检测未见条纹状缺陷。     

直流电弧喷射等离子体炬阳极喷嘴积碳现象的研究

采用高功率直流电弧等离子体喷射化学气相沉积工艺,制备了不同厚度的自支称金刚石厚膜.实验发现,等离子体炬阳极喷嘴积碳是沉积过程中最突出的问题之一.从理论和实验两个方面研究了阳极积碳产生的原因,并通过激光拉曼光谱分析了碳球的结构和成分.结果表明,碳球由金刚石层、混合层和最外面的石墨层构成.详细分析了甲烷浓度、冷却水温度、放电电弧的局部高温、阳极喷嘴的表面质量对积碳形成的影响,并提出了改进措施.     

航空轴承表面合成DLC薄膜的结构特征和滚动-接触疲劳物理模型

利用等离子体浸没离子注入与沉积（PIIID）复合强化技术,在AISI440C航空轴承钢表面合成了类金刚石碳（DLC）薄膜。Raman光谱分析揭示出所制备的DLC膜层主要是由金刚石键（sp³）和石墨键（sp²）组成的混合无定形碳膜,且sp³键含量大于10%。原子力显微镜（AFM）形貌表明,DLC膜层表面光滑,结构致密均匀,与基体结合良好。被处理薄膜试样在90%置信区间下的疲劳寿命L₁₀,L₅₀,特征疲劳寿命L_a和平均寿命较基体分别延长了10.1,4.2,3.5和3.6倍。ANSYS模拟结果显示,最大剪切应力出现在膜基结合处并且靠近膜层内部,最大值达到2 150 MPa。结合ANSYS模拟结果和扫描电镜（SEM）观察形貌分析发现,膜层内部存在的微观缺陷是滚动接触疲劳裂纹产生的诱因,循环载荷所形成的最大剪切应力和润滑油中污染颗粒的共同作用是疲劳磨坑最终形成的外在动力。建立了循环载荷条件下PIIID DLC/AISI440C轴承接触疲劳破坏的5阶段物理模型。