高梯度双区加热定向凝固装置的研制

论述了双区加热定向凝固的原理，研制出了高梯度双区加热定向凝固装置。采用该装置进行定向凝固，既提高了固液界面前沿液相中的温度梯度，又大幅度降低了合金元素的烧损。     

DZ125定向凝固高温合金的研究

研究了可用作先进航空发动机定向薄壁空心叶片的DZ125合金,该合金具有高的综合性能,其力学性能水平高于国内外广泛应用的同类商用典型定向合金,同时具有良好的定向铸造工艺性能和高的薄壁力学性能.合金已用于铸造某航空发动机的具有复杂内腔的薄壁定向叶片,并已通过台架试车,投入小批量生产.     

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.     

高强度定向凝固高温合金DZ22的研究和应用

DZ22合金具有较高的中、高温性能,与国外著名的定向合金PWA 1422相当。它的成分以PWA 1422为基础,通过试验确定了更合适的Hf、C和Zr含量范围。现行的母合金熔炼工艺和铸件定向工艺是可靠的、稳定的。经过专门处理的返回料可以应用。在定向凝固过程中的铸型移动速度对零件的结晶取向和组织有较大影响。提高固溶热处理温度对高温纵向持久寿命和中温横向持久寿命有相反的作用。批生产实践证明:DZ22合金不仅具有较高的力学性能,而且具有良好的铸造、焊接和磨削加工性能,是制造先进航空发动机和地面燃气涡轮用的带有复杂薄壁内冷通道的涡轮叶片的理想材料。     

改进DZ—22定向凝固高温合金热处理制度的研究

研究了一种新的热处理制度对DZ－22走向凝固高温合金组织和性能的影响。结果表明，采用新热处理制度先进行预处理，可以消除低熔点相，提高合金的初熔温度，然后提高合金的固溶温度。在随后的冷却和时效过程中，析出更多的细小γ'相使合金的拉伸强度和持久性能得到明显提高。     

定向凝固钴基高温合金DZ40M的热处理研究

研究了热处理对新研制的定向凝固钴基高温合金DZ40M组织和性能的影响。结果表明 :12 80℃ / 4h固溶处理可完全溶解DZ40M合金中初生碳化物M7C3 和MC ,合金成为单相固溶体。95 0℃和 10 5 0℃时效处理可使DZ40M合金发生硬化 ,以 95 0℃时效硬化效果更为明显 ,相应的峰时效制度为 95 0℃ / 12h和 10 5 0℃ / 2 4h。时效处理引起M2 3 C6沉淀析出。 95 0℃ / 12h时效显著提高DZ40M合金室温强度和高温持久寿命 ,同时也减少了合金塑性 ,但合金仍保持一定的塑性。 10 5 0℃ / 2 4h虽然能增加室温拉伸性能 ,但削弱了高温持久性能     

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.     

定向凝固高温合金DZ4的动态再结晶行为研究

研究了定向凝固DZ4合金在高温静拉伸应力作用下的动态再结晶行为,重点研究了温度、应力及表面氧化等因素对DZ4合金动态再结晶行为的影响.结果表明,在一定大小的应力作用下,不带涂层的DZ4合金试样表面在800～950℃范围内会发生动态再结晶,且再结晶层厚度随着温度和应力的增高而增大;动态再结晶层均位于表面氧化层内.分析表明,表面氧化是DZ4合金发生表面动态再结晶的主要原因.试验结果同时表明,表面采用Al-Si渗层保护的定向凝固DZ4合金叶片在正常服役条件下不会发生再结晶.     

喷丸强化对DZ4定向凝固高温合金高温旋转弯曲疲劳性能的影响

对DZ4定向凝固高温合金进行喷丸强化。利用表面轮廓仪、硬度计和扫描电镜等设备研究了表面粗糙度、显微硬度、组织结构等表面完整性的变化。在820℃高温下进行了光滑和缺口试样的旋转弯曲疲劳试验。结果表明,由于喷丸强化效应和弱化效应基本相当,喷丸强化工艺对提高DZ4定向凝固各向异性材料光滑试样高温疲劳性能效果不显著;但对于具有应力集中的缺口试样,由于喷丸弱化作用引起的应力集中效应被缺口应力集中所掩盖,喷丸强化效果比较显著。     

凝固速率对定向凝固合金DZ22显微组织的影响

 γ＋γ′共晶为群块状或块状，分布于晶界和枝晶间；ＭＣ型碳化物呈小块状，也分布于晶界和枝晶间。     

定向凝固合金DZ17G室温疲劳裂纹扩展行为的研究

Fatigue crack growth behavior of DZ17G at room temperature is studied at different testing conditions of loading direction and loading frequency.The results indicate that the fatigue crack growth rate(FCGR) is the largest on the specimen with loading angle 90°,smaller on that with loading angle 0°,and the smallest on that with loading angle 45° due to crack deflection effect.The influence of loading frequency upon FCGR is related to the range of stress intensity factor ΔK.The dimension of precipitate γ′ has influence upon the dislocation arrangement.Microcracks propagate along the γ channel.     

表面再结晶对定向凝固高温合金高周疲劳行为的影响

采用悬臂旋转弯曲试验,研究定向凝固DZ4合金在喷丸预变形及热处理后产生的再结晶层对高周疲劳寿命的影响.结果表明,DZ4合金经过一定程度的预变形,在随后的高温热处理后表面会产生一定厚度的再结晶;再结晶层对DZ4合金高周疲劳寿命有一定影响;在一定喷丸强度范围内,随喷丸强度增加,疲劳寿命先减小后增大.     

定向凝固DZ4合金的低周疲劳行为与稳定循环应力

对定向凝固DZ4合金760℃和800℃下的低周疲劳和稳定循环应力应变行为进行了研究,并结合断口观察试验结果,对其疲劳裂纹的萌生与扩展进行了分析。结果表明,DZ4合金760℃和800℃下的低周疲劳属应力疲劳,其损伤以弹性损伤为主,弹性损伤与疲劳寿命具有很好的相关性。加载频率对DZ4合金760℃和800℃下的稳定循环应力均具有一定的影响,尤其是800℃时,各应变下的稳定循环应力均随加载频率的升高而减小。定向凝固DZ4合金高寿命低周疲劳裂纹易于萌生于试样内部或亚表面的柱状晶界,其疲劳裂纹的稳定扩展也较难形成典型的疲劳条带。     

直流电场对Al-4．5％Cu合金定向凝固组织的影响

对在不同电流密度的直流电场作用下Al-4.5%Cu合金定向凝固组织的变化进行了研究.结果表明,电流有促进Al-4.5%Cu合金定向凝固柱状枝晶生长的倾向.随着电流密度的增大,定向凝固的枝晶组织中二次枝晶明显细化,θ(CuAl2)相含量进一步增加.结合电流对凝固过程中固-液界面温度梯度和溶质再分配的影响,对实验结果进行了分析.     

成分调整对DZ125合金凝固行为的影响

研究了标准成分的DZ125合金与以此为基础提高W、Al，降低Mo、Ti合金中的初生相的凝固顺序，确定了这两种合金在固-液范围内不同温度下的固-液相比例。结果表明，高W、Al低Mo、Ti合金显著缩小了合金凝固范围（Δ），使液相线温度提高了20℃，固相温度提高了70℃，并缩小失去技晶间毛细补缩能力时的温度与固相线之间的温度范围（ΔT2），从而减少了合金热裂倾向，提高了可铸性。Ti含量影响（γ＋γ'）共晶相尺寸、数量及形态，W、Wo对（γ＋γ'）共晶的数量、尺寸及形态均无影响。     

DZ22B高温合金定向凝固叶片铸造缺陷的形成机理研究

采用SEM、EDS等分析手段研究了DZ22B镍基高温合金定向凝固涡轮叶片不同区域铸造缺陷的特点及其形成原因。结果表明,裂纹缺陷主要分布在叶身的中上部位,其形成机理主要归因于叶片在凝固过程中的共晶组织过多;而疏松缺陷分布在叶身和缘板部位,产生在枝晶间共晶组织附近。枝晶间距小补缩不足和反应生成的CO气体未及时排除是疏松形成的两大原因。     

20kHz频率下DZ125定向凝固高温合金的超高周疲劳行为研究

采用超声疲劳试验技术,研究了DZ125定向凝固高温合金在频率20kHz、载荷比R=-1下的超高周疲劳失效行为.结果表明:DZ125合金在循环周次大于108下仍发生了疲劳断裂;扫描电镜观察表明,DZ125合金的超高周疲劳裂纹均起源于试样的表面,经疲劳断口定量计算,超高周疲劳的萌生寿命约占总寿命的97.3%;电子背散射衍射(EBSD)分析表明,在超声振动应力的作用下,DZ125合金晶体发生了旋转,外加应力幅越大,晶体旋转的角度会略微增大,疲劳变形区域也略微增大,接近疲劳瞬断区的变形层深度最低;超高周疲劳试验结果经频率修正后,S-N曲线与常规低频疲劳的S-N曲线能很好地衔接.     

Ni-24.19wt%Nb过共晶合金跃迁减速定向凝固下初生Ni_3Nb相的消失

对Ni-24.19%Nb过共晶合金在定向凝固速率10μm/s和跃迁减速定向凝固下的组织进行了研究,结果表明:凝固速率10μm/s下,合金中出现了初生Ni3Nb相的生长,并在凝固20mm后达到了准稳态,与最高界面生长温度假设的理论分析相一致.在从10μm/s跃迁减速到1μm/s过程中,界面上液相溶质的变化,造成了初生Ni3Nb相的含量先增加后减少,而初生相的消失,凝固组织变为全耦合生长的共晶组织,主要是由于初生相与共晶相相互竞争生长造成的.另外,初生相的消失也不是在同一个平面上均匀进行的,而是从试样的边缘向中心逐渐发展的.