快速凝固技术与新型合金

快速凝固技术无论对合金成分设计还是对合金的微观组织结构及宏观性能都产生了深刻的影响。它已成为研制新型村料的有力武器。而快速凝固合金也已成为一种很有发展潜力的新型材料。本文仅对快速凝固技术、微晶合金组织结构的一般特点、几类微晶合金及应用与发展前景作一简要介绍。     

时效对快速凝固铝锂合金组织和性能的影响

研究了时效对快速凝固Ａｌ—３．２Ｌｉ—１．２Ｍｇ—０．３Ｃｕ—０．２Ｚｒ合金拉伸性能和微观组织的影响。结果表明,低温长时间时效达到接近峰值状态,合金的综合性能优于高温短时间时效达到峰值状态的综合性能。合金中主要强化相为δ＇（Ａｌ３Ｌｉ）相,Ｃｕ、Ｍｇ起固溶强化。合金中Ｚｒ主要以亚稳态的Ａｌ３Ｚｒ存在,并同时与δ＇相形成（δ＇／Ａｌ３Ｚｒ）相。文中讨论了影响合金塑性的因素,指出界面析出相是快速凝固Ａｌ—Ｌｉ合金中值得重视的问题。     

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.     

Al—Si过共晶合金中初生硅溶解特性的实验研究

利用等温液淬及快速凝固技术研究了Ａｌ－１８．０８％Ｓｉ合金中初生硅在液态中的溶解行为。实验表明，合金液加热到１０００℃以下，保温２ｈ，初生硅仍未完全溶入液态合金。初生硅的溶解速率随时间延长而减小。快速凝固证实初生硅在液态合金中具有较高的化学稳定性。     

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。     

制备工艺对NiAl-30Fe-Y合金组织与性能的影响

研究了铸态、挤压态、热轧态和定向凝固结晶４种不同制备工艺对ＮｉＡｌ－３０Ｆｅ－Ｙ合金组织与性能的影响。结果表明,热轧和定向凝固结晶工艺明显改善了合金性能,特别是提高了合金室温塑性。在室温下不同制备工艺其拉伸断口特征明显不同。不同制备工艺仅对微观组织形态产生影响,其合金组织皆是由先共晶Ｂ２结构β和β与（γ＋γ'）共晶相组成,定向凝固合金成长方向为＜２１１＞β‖＜１００＞（γ＋γ'）。     

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。     

新型高强度抗热腐蚀单晶高温合金研究

对新研发的M09A高强度抗热腐蚀单晶高温合金的组织结构、力学性能、抗热腐蚀性能及长期时效组织性能稳定性进行了研究。结果表明：M09A合金相对IN738合金适当降低Cr含量,为增加强化元素含量提供了可能,从而提高了M09A合金沉淀强化和固溶强化水平;取较低的Ti/Al比可以改善组织稳定性;应用单晶技术和高温热处理,可进一步提高M09A合金的高温力学性能、抗热腐蚀性能和组织性能稳定性;M09A合金抗热腐蚀性能与IN738合金的相当,高温力学性能超过现有的抗热腐蚀合金和典型的高强度定向凝固合金DZ125的,并达到第1代单晶合金的水平;合金组织性能稳定,不含Re、Ru、Hf等贵重金属元素,成本低,密度小,铸造性能较好。     

Al含量对一种新型高W，Mo的Ni3Al基合金组织和性能的影响

为满足1050℃使用的等温锻模具材料的需求,在IC6合金成分的基础上研制了一种新型的高W,Mo强化的Ni3Al基等轴晶合金,尝试在合金中添加了不同含量的铝改善合金的抗氧化性能,并研究了铝对合金微观组织和1050℃拉伸性能和1100℃持久性能的影响.采用带能谱的扫描电镜分析了合金微观组织以及氧化膜形貌,采用X射线衍射分析了合金氧化膜的相组成.研究结果显示,随铝含量从7wt%增加到8wt%,合金的氧化增重速率明显降低,氧化皮脱落量减少,合金的抗氧化性能明显提高.力学性能测试结果表明,铝含量为7.5wt%的合金具有较好的综合高温性能,当铝含量提高到8wt%时,合金中的初生γ＇相大量增加,合金高温强度明显降低.     

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.     

Mo含量对Mo-Ni-B堆焊合金组织和性能的影响

设计制备了Mo-Ni-B系合金粉块新材料,采用TIG堆焊工艺在Q235钢基体上制备Ni基三元硼化物堆焊合金。研究了合金粉块中Mo含量对三元硼化物堆焊合金层组织、物相、硬度、耐磨性、耐蚀性的影响。结果表明,堆焊金属主要由三元硼化物Mo2M’B2、Mo Ni4、Mo5(B、Si)3、γ-(Fe,Ni,Mo,Cr)等相组成;Mo含量对堆焊合金的显微组织有较大影响;随着合金粉块中Mo含量的增加,堆焊合金和三元硼化物的显微硬度均明显下降;在所研究堆焊合金中,Mo 44.18%的耐蚀性最好,Mo 37.53%的堆焊合金的耐磨性能是Q235钢的27.7倍。     

落管中Ni-Pb偏晶型合金的快速凝固组织特征及形成机制

Ni基偏晶合金是一种优良的自润滑耐磨材料,其组织形成规律对力学性能的影响十分关键.在自由落体条件下,对不同成分二元Ni-Pb偏晶型合金的快速凝固进行了实验研究.随着液滴直径的减小,Ni-20%Pb亚偏晶合金中α-Ni枝晶生长经历"粗大枝晶→等轴晶→蠕虫状枝晶"的转变.Ni-31.4%Pb偏晶合金的凝固组织以偏晶胞为主,...     

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。     

Cu含量对2219铝合金锻件及其焊接接头组织与性能的影响

采用力学拉伸实验、焊接实验、电化学阻抗谱(EIS)、循环阳极极化曲线(Tafel)以及金相和扫描电镜(SEM)等分析测试方法,研究Cu含量对2219铝合金锻件组织与性能的影响。结果表明:降低Cu含量,有利于减少2219铝合金基体内的残余结晶相,并有效抑制在合金焊接过程中粗大Al_2Cu相的析出,使基材和焊件的伸长率显著提高,强度略有下降;Cu在铝基体中形成Al_2Cu相诱导合金发生局部腐蚀,使材料的耐腐蚀性能变差,降低Cu含量能够减小合金的腐蚀倾向,改善合金的耐腐蚀性能。     

超磁致伸缩合金材料（Tb，Dy）Fe2的热处理工艺研究

采用区域定向凝固方法制备《110》取向的TbDyFe超磁致伸缩合金,用管式氩气保护进行了热处理方面的工作,全面研究热处理条件的变化对(Tb,Dy)Fe2超磁致伸缩合金的超磁致伸缩性能以及组织的影响.研究结果表明热处理使磁致伸缩性能可以得到较大提高,富稀土相的球化和晶粒吞并长大,减小了磁化过程中90°磁畴转动的阻力,这是高温热处理提高磁致伸缩性能的根本原因.运用多参数磁测量系统测试了材料的磁致伸缩系数λ、磁感应强度B、动态磁致伸缩系数d33、增量磁导率μ33和磁机电耦合系数k33,研究了磁特性随磁场H的变化规律.     

Inconel617合金表面电子束熔覆WC-CoCr显微组织和耐磨性研究

Inconel617合金材料在实际应用中以耐腐蚀性、高温抗氧化性能和耐磨性为主。但是,其本身耐磨性比较低。为了提高Inconel617合金表面耐磨性,采用高速火焰喷涂与电子束表面改性技术在Inconel617合金表面制备了WC–Co Cr陶瓷涂层。分析了合金层的微观组织结构和元素分布情况,测试了合金层的硬度与耐磨性。结果表明,在电子束熔覆处理过程中,涂层重熔与基体形成冶金结合,使其耐磨性能大大提高。熔覆层硬度相比Inconel617合金硬度高出620HV0.3。     

Nucleation of β/α Phases in Undercooled Ti-48( at％ )Al Peritectic Alloy

采用电磁悬浮熔炼的深过冷凝固技术实现了Ti-48( at％) Al合金的深过冷,获得的最大过冷度为295K.采用红外测温仪记录实验过程的温度变化数据,OM技术观察不同过冷度下凝固合金的显微组织,结合深过冷凝固过程中的再辉行为分析了该合金的非平衡凝固路径.运用负熵模型、经典形核理论及瞬态形核理论,研究了Ti-48( at％)Al包晶合金中初生相与次生相的形核与过冷度之间的关系.通过对该合金熔体的β(bcc)相和α(hcp)相的临界形核功、稳态形核率、形核孕育时间和瞬态形核率的计算,并结合实验结果对β,α两相的形核进行了综合分析.结果表明,在～10K/s的较低冷速情况下,在整个过冷度(≤295K)范围内B(bcc)相总能作为初生相首先形核.     

超长时效对7075合金性能的影响

利用洛氏硬度计、电子拉伸试验机、冲击试验机、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）等设备对7075铝合金超长时间时效行为、力学性能、抗应力腐蚀性（SCR）及断口形貌进行了研究。结果表明,7075铝合金的硬度及强度都具有时效双峰特征。两个时效峰的硬度和强度相差不多,但对应第二峰时效的合金具有比较高的SCR性能。首次提出并运用“相变-Mg-H”复合理论解释了7075合金第二峰的高SCR性能现象。     

7085-T651铝合金特厚板组织性能的不均匀性

采用拉伸实验、剥落腐蚀实验、显微组织、化学成分、扫描电镜以及透射电镜和差示扫描量热法分析等手段,研究7085-T651铝合金特厚板组织性能的不均匀性。结果表明：110 mm厚7085-T651特厚板不同厚度层显微组织、力学性能和剥落腐蚀性能存在明显的不均匀性;1/4厚度层抗拉强度最低,为540 MPa,抗剥落腐蚀性能最差,腐蚀等级为EB级;心层抗拉强度最高,为580 MPa;表层抗剥落腐蚀性能最好,腐蚀等级为EA级;1/4层再结晶分数最多,约为47.7%,尺寸较大,约为105μm,晶界及晶内均有平衡相析出,时效析出相尺寸较小,因而力学性能及抗剥落腐蚀性能均最差;中心层再结晶分数最少,约为14.8%,存在大量亚晶,残余的 Al7 Cu2 Fe 相最多,约为1.43%,晶界平衡相尺寸、时效析出相尺寸及PFZ宽度均较大,因而力学性能较好而抗剥落腐蚀性能较差。     

草酸钠体系中Ti-10V-2Fe-3Al钛合金阳极氧化膜的制备与表征

对Ti-10V-2Fe-3Al钛合金在草酸钠为主盐的新型无氟环保电解液体系中的阳极氧化进行了研究,成功制备出阳极氧化膜。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等仪器研究了氧化膜的形貌、组成和相结构。采用电化学方法研究了阳极氧化后钛合金的耐腐蚀性能。结果表明:膜层具有多孔结构,孔径范围在80nm～1μm之间。膜层的主要成分是无定形的TiO2,同时有锐钛矿相及金红石相TiO2的存在。阳极氧化后钛合金的耐蚀性有显著的提高。