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。     

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。     

凝固速度对单晶高温合金凝固组织与溶质再分配的影响

本文系统地研究了凝固速度对一种新研制的抗热腐蚀镍基单晶高温合金凝固组织与溶质再分配的影响。结果表明,随着凝固速度的增加,枝晶间距显著降低,显微疏松大大减少,溶质元素偏析程度明显减轻,γ/γ′共晶尺寸减小,共晶形态从几乎全由粗大初生γ′团块组成的大板团或长条板状逐渐向内部组织极其精细均匀的层片状或筛网状转化。最后指出,要获得枝晶细小、组织致密、元素偏析小且易于均匀化的单晶高温合金凝固组织,应尽可能加快凝固速度。     

固溶温度对含铪高钨K416B镍基高温合金组织的影响

通过对含铪高钨K416B镍基高温合金进行不同温度固溶处理后的组织形貌观察,研究固溶温度对K416B合金组织的影响。结果表明:随着固溶温度的升高,在合金元素的扩散作用下,合金中的二次枝晶尺寸略有增大,使枝晶间的共晶含量逐渐减少,促使合金组织致密化;同时合金中的γ′相发生溶解,使其尺寸减小;在高温固溶处理期间,枝晶间区域的初生条状MC相发生分解形成粒状M_6C碳化物;而共晶处的大尺寸块状M_6C相形态与数量无明显变化;固溶处理使偏聚于枝晶干的元素W向枝晶间扩散,而Hf、Nb、Ti和Cr元素向枝晶干扩散,大幅降低合金各元素的偏析程度。组织研究结果表明,1220℃保温4 h为合金组织状态最佳的固溶热处理工艺。     

强制对流对 Al-4.5wt%Cu 合金枝晶生长的影响

研究了ACRT（坩埚加速旋转技术）对Al-4.5wt%Cu合金在静态温度梯度GL为120℃/cm时枝晶生长的影响。实验发现,在给定抽拉速度下,枝晶一次间距λ1随着坩埚旋转强度的增大而减小;而在给定的坩埚旋转参数下,λ1随着抽拉速度的增大而降低。经过线性回归,发现λ1∝V-b,此处V为生长速度;b的取值范围为0.31～0.38,并随着坩埚旋转强度的增大而减小。此外,坩埚加速旋转产生的强制对流限制了枝晶高次分枝的生长,促使一次枝晶生长过程中的分叉。通过对强制对流的具体分析,解释了ACRT对枝晶生长影响的机理。     

Cu-1.0% Cr亚共晶合金定向凝固组织演化

在定向凝固下计算和比较了Cu-1.0%Cr亚共晶合金组织中各相的界面生长温度,结果表明当定向凝同速率大于5αm/s时,α-Cu相的界面生长温度高于共晶组织,α-Cu相会作为初生相首先析出凝固,从而难以制备出全耦合生长的共晶组织的复合材料,计算获得的结果与实验结果相一致.另外随定向凝固速率的增加,初牛胞状α-Cu相一次枝晶间距和尖端半径以及共晶组织的体积分数都相应地减少,其中α-Cu相一次枝晶间距实验结果与KF一次枝晶间距模型计算结果较为接近.     

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。     

镍基单晶高温合金DD2梯度定向凝固行为

利用高梯度（250K／cm）走向凝固装置（LMC），对不同凝固条件下DD2单晶高温合金的定向凝固行为进行了研究。结果表明，在一定温度梯度下，通过改变凝固速率可以得到以平面状、胞状、树枝状凝固界面生长的DD2单晶；随着冷却速率的增大，一次枝晶间距减小、组织均化，且所得一次枝晶间距与凝固参数的关系基本符合Hunt模型。     

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.     

热等静压温度对新型粉末冶金高温合金显微组织的影响

研究了不同热等静压温度下某新型粉末冶金高温合金的显微组织,重点分析了热等静压温度对热等静压态合金锭坯晶粒度、残余枝晶和粉末原始颗粒边界(PPB)以及γ′相的影响。研究结果表明:热等静压温度为1140℃时,获得不完全再结晶组织,存在明显的残余枝晶和PPB,γ′分布不均匀,尺寸、形态各异;热等静压温度为1180℃时,获得较均匀的再结晶组织,残余枝晶和PPB基本消除,γ′分布较均匀,晶内主要为"田"字形,而在晶界呈长条状。     

凝固界面形态对一种镍基单晶高温合金组织和性能的影响

 以平界面凝固的一种镍基单晶高温合金组织不含有γ/γ′共晶;而以脆状、粗枝以及细枝界面凝固组织中,γ/γ′含量渐次增多。随着凝固界面形态的转变,γ′尺寸越来越小,形状越来越规则。细枝界面凝固的单晶具有最高的持久寿命,粗枝次之,而脆状界面凝固的单晶具有最短的持久寿命。     

热变形工艺对FGH96高温合金PPB析出相及组织的影响

以AA粉制备的HIP态FGH96高温合金为研究对象,研究不同热变形工艺前后FGH96高温合金PPB析出物及组织状态的变化。结果表明:HIP态FGH96高温合金可见呈圆形分布的PPB析出物,粗大的长条状γ′相呈圆形链状分布是PPB的主要特征之一;经热变形后,FGH96高温合金PPB变形、破碎,再结晶晶粒细化、扭转,晶粒取向差变小;随着热变形温度升高、变形量增大、变形速率减小,PPB析出物变形和破碎程度越显著,粗大的初生γ′相和二次γ′相残留越少、尺寸越小;热变形温度升高、变形量增大以及变形速率减小有利于PPB的减轻甚至消除。     

铸造镍基高温合金枝晶间强化机理的研究

 本文从中温断裂特征出发,论述了锆、铪、硼对铸造镍基高温合金中温性能的作用及枝晶间强化机理。认为在铸造镍基高温合金中,枝晶间是薄弱环节。提出了枝晶间强化与锆、鈶、硼之间的有机联系和共同特点:使共晶γ′增加,强化枝晶间;形成金属间化合物Ni_5Zr、Ni_5Hf和硼化物M_3B_2;加宽液相线-固相线距离。锆和鈶都改变MC碳化物的形态和成分,并攫取合金中的硫,形成稳定的高熔点的碳硫化物,争化枝晶间,提高枝晶间结合力。在研究合金化强化枝晶间薄弱环节的同时,还探讨了工艺参数的影响。认为工艺参数的变化,改变了合金的枝晶间状态。较快的凝固速度,细化枝晶,使共晶γ′量增加,减小共晶γ′和MC碳化物的尺寸,从而使合金得到强化。试验得出不同工艺的K5合金在760℃,66 kg/mm~2持久寿命与平均枝晶间距的关系。     

在DD3单晶上进行FGH95粉末激光多层涂覆:单晶涂层组织形式规律研究

利用高温合金 FGH95粉末在 DD3单晶的不同晶面上进行激光多层涂覆实验 ,深入研究了涂覆层中凝固显微组织的生长规律。研究表明基材的晶体取向和局部凝固条件对涂层中的凝固显微组织有很大的影响。当单晶基材择优晶向与热流方向夹角小于 30°时 ,可以得到从基材上外延生长的单晶 ,涂层内二次臂退化 ,枝晶一次间距为 10～ 2 0 μm;当实验所在的单晶基材的择优晶向与热流的方向夹角大于 30°时 ,涂层中晶体取向偏离基材的取向 ,并出现多晶。即便当实验在同一个择优晶面上进行时 ,局部凝固条件不同 ,涂层内的凝固显微组织也有很大的差别。二次臂退化 ,一次臂间距大约为 10～ 2 0 μm。进一步的研究表明 ,涂层中主要组成相为枝晶干上分布的基体相 γ和沉淀硬化相 γ′以及枝晶间的 γ+γ′花状共晶和少量碳化物 ,γ′相主要为具有良好强化效果的细小立方体 ,尺度约为 0 .1μm     

C含量对第二代单晶高温合金组织的影响

在高温度梯度真空定向凝固炉中,制备不同C含量的单晶高温合金,研究不同C含量对第二代单晶高温合金显微组织的影响。结果表明:C含量对合金枝晶间距的影响较小;随着C含量增加,共晶含量和尺寸减小,碳化物含量增加,其形貌由块状向骨架状、汉字状转变;随着C含量增加,Ta元素枝晶偏析减轻,Re,W,Mo,Nb元素枝晶偏析加重;C含量对铸态和热处理γ'相尺寸和形貌影响较小;热处理后碳化物的形貌无明显变化。     

不同冷速作用下K424镍基高温合金相变及组织形成规律

使用差示扫描量热仪,研究了不同冷却速率作用下K424镍基高温合金的相变过程。使用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱分析仪(EDS)对K424合金二次枝晶间距及成分偏析随冷速的变化规律进行了分析。结果表明,提高冷却速率使合金二次枝晶间距及碳化物的尺寸减小。枝晶组织的细化及相变速率的加快,导致空间上残余液相的分散分布及时间上初生相的不充分生长,从而减弱了枝晶间Ti,Nb等正偏析元素的富集,降低了碳化物的析出温度及转变程度,甚至可抑制其二次析出。     

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...     

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。     

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.     

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.