定向凝固工艺对DZ466高温合金显微组织的影响

研究凝固工艺(抽拉速率、模壳保温温度)对DZ466合金铸态组织的影响。结果表明:定向凝固过程中,随着抽拉速率的增加或型壳温度的升高,一次枝晶间距逐渐减小,γ′相尺寸减小,碳化物尺寸减小;随着抽拉的进行,散热效率下降,一次枝晶间距增大,γ′相尺寸增大;在1520℃/1530℃的壳温下,以8 mm/min的速率抽拉,可以获得细小的枝晶组织和γ′相组织,有利于提高合金的性能。     

抽拉速率对定向凝固DZ4125合金温度场及晶粒竞争生长的影响

为探究定向凝固DZ4125柱晶高温合金中温度场分布情况，并研究不同抽拉速率对温度梯度及糊状区变化的影响规律，利用ProCAST软件对抽拉速率分别为3、5、7 mm/min的定向凝固过程进行模拟。结果表明：当试棒位于保温区时，等温线呈外侧低内侧高的倾斜分布，当试棒位于冷却区时，等温线呈外侧高内侧低的倾斜分布；随着抽拉速率的增加，温度梯度逐渐减小；糊状区形状取决于抽拉速率和距水冷盘的距离，当抽拉速率为5 mm/min时，凝固前沿水平状保持的时间最长；在此基础上，对定向凝固试棒进行精铸实验，并研究3mm/min和7 mm/min下试棒液相线形状与晶粒结构之间的关系，发现液相线呈凹形和凸形时，晶粒分别向试棒中心和表面方向生长，水平的液相线能促进晶粒沿试棒轴线方向生长。     

电流对GH4169合金电渣重熔凝固过程参数影响的数值模拟研究

本文借助模拟软件MeltFlow,模拟了GH4169合金电渣重熔凝固过程参数的变化,分析了电流变化对凝固过程参数的影响。模拟结果表明:凝固过程参数随电流的增大逐渐减小,且电流为4kA后基本不产生变化;凝固过程参数沿重熔锭中心至边缘随冷却速率增大逐渐减小;局部凝固时间、二次枝晶间距、Rayleigh数变化趋势一致,在判断凝固组织优劣方面是等同的;且电流增大到一定程度后,凝固过程参数与电流无关;计算模拟结果与实验结果吻合良好,能够预测不同工艺条件下缺陷的产生及程度,能够设计和优化现有的工艺并改进钢锭质量。     

三维铸件定向凝固过程模拟Ⅰ——稳态定向凝固过程的边界元解

在定向铸件的生产中,由于不能测取许多凝固参数而无法对实际凝固过程实施动态控制,影响了铸件质量的提高。对凝固过程的数值模拟将有助干揭示凝固过程并为过程控制提供重要信息。根据热量传递的特征,实际定向过程可以划分为抽拉前的稳态过程和抽拉开始后的非稳态过程。本文讨论了边界元法对于稳态定向凝固过程的数值模拟;考察了热物性参数和边界条件非线性的影响及其简化的可能性。     

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。     

三维铸件定向凝固过程模拟Ⅱ——非稳态定向凝固过程边界元解

定向凝固过程可分为两个阶段即为抽拉前的稳态过程和抽拉后的非稳态过程,此部分用边界元法对三维瞬态过程进行了数值模拟,给出了定向过程中的热源及温度分布特性。     

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。     

镍基单晶高温合金DD11杂晶形成的过冷度时间判定

以第二代镍基单晶高温合金DD11为研究对象,参照工程单晶铸件横向突变结构设计平台试样进行浇注及定向凝固实验。采用光学显微镜(OM)观察平台晶体组成及其形貌特征,并借助差热分析法(DSC)研究DD11合金的过冷效应。以过冷度时间(ΔT/v)判定杂晶形成条件,探讨平台尺寸、空间位置及抽拉速率对杂晶形成倾向性的影响机制,并研究定向凝固过程中的杂晶形成规律。结果表明,当抽拉速率为2mm/min时,外侧平台长度从8mm到26mm均未形成杂晶,而内侧平台尺寸超过18mm时开始形成杂晶,表明较大的平台试样长度和内侧位置会增加杂晶形成的倾向性。随着抽拉速率提高到6mm/min,不同尺寸的外侧平台均形成杂晶,内侧平台则在尺寸大于12mm后出现杂晶,表明增加抽拉速率均提高内外侧平台试样的杂晶形成倾向。与内侧平台试样相比,抽拉速率对外侧平台试样形成杂晶的影响更显著。平台尺寸、空间位置及抽拉速率影响了定向凝固过程中的环境温度和冷却速率,其通过产生较小过冷度时间(ΔT/v)从而增加了杂晶形成的倾向性。     

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.     

DENDRITE ARM SPACING OF DIRECTIONAL SOLIDIFICATION STRUCTURE OF HIGHLY UNDERCOOLED MELTS

Ｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄａｔａｐｏｓｉｔｉｖｅｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇｒａｄｉｅｎｔ,ａｎｄｓｅｖｅｒａｌｋｉｎｄｓｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ...     

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,...     

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...     

辐射涂层对空心涡轮叶片定向凝固组织的影响

为了得到组织细密的定向晶叶片,采用数值模拟和实验相结合的方法,对比研究了铸型表面涂挂具有较高辐射性能的石墨涂层和氧化铬涂层对空心涡轮叶片定向凝固组织的影响。理论分析表明,铸型表面辐射系数提高能够在一定程度上提高铸件顶端的温度梯度。实验结果表明,通过在铸型表面涂挂氧化铬涂层材料,显著提高了铸型表面辐射散热性能,降低了铸件顶端的一次枝晶间距。铸件顶端的一次枝晶平均间距为336 μm,较未涂挂任何涂层减小12.5%,较涂挂石墨涂层减小2.9%,定向晶组织得到显著细化。采用铸型外表面涂挂氧化铬辐射涂层的方法成形的复杂结构空心涡轮叶片定向晶组织形态良好。     

镍基合金激光超高温度梯度定向凝固

 采用高能激光束作为定向凝固的热源,研究了镍基合金在超高温度梯度（1.0×104K/cm）定向凝固下的组织结构特征。在定向凝固组织中得到了平均一次枝晶间距仅为10.6μm的细枝晶和完全无侧向分枝的“超细胞晶”.对合金元素在不同组织中偏析行为的分析表明：传统的定向凝固组织中存在严重的微观偏析,而激光超高温度梯度定向凝固组织中,元素的微观偏析大大改善甚至完全消除。     

基于CAFE的铝双辊连续铸轧凝固微观组织

基于元胞自动机CA的形核和长大模型与宏观传热模型相耦合对双辊连续铸轧纯铝薄带凝固微观组织进行了模拟,模拟计算中采用连续性异质形核模型和修正的枝晶尖端生长动力学模型(KGT)。另外,模拟研究了铸轧工艺参数和金属凝固参数对双辊连续铸轧纯铝薄带凝固微观组织的影响规律。模拟结果可很好地解释和预测啮合点前柱状晶和等轴晶之间的转化和晶粒尺寸大小,柱状晶主要分布在靠近铸轧辊面附近,等轴晶则是远离铸轧辊面而靠近薄带的中心区域。     

细化元素对Al-5.0Cu-0.8Mn合金二次枝晶间距的影响

 本文研究了冷却速度和钛、硼、钒、锆对Al-5.0Cu-0.8Mn合金晶粒尺寸和二次枝晶间距的影响。提高冷却速度减小了二次枝晶间距,在相同冷却条件下,加入钛、硼、钒、锆等细化元素后,由于其对枝晶生长的抑制作用,缩小了液固界面前沿的溶质富集区,明显地细化晶粒尺寸和二次枝晶间距;而且,降低了合金的二次枝品间距对冷却速度的敏感性。     

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。     

旋转对小间距扰流柱通道内的流动换热影响

为了深入了解旋转对涡轮叶片尾缘扰流柱通道的流动换热的影响,在静止实验研究的基础上,用数值计算的方法研究了旋转情况下梯形小间距扰流柱通道内的流动结构和换热情况.数值计算结果表明:①旋转时沿着径向静压逐渐升高.靠近叶根的流量变小,而靠近叶片顶部的区段出流量变大.②在扰流柱区,旋转时迎风面和背风面的端壁换热都略有增强,但增强的幅度不超过7%,迎风面略高于背风面,但差别不大.沿着径向换热逐渐升高,靠近叶尖处的换热强而靠近入口叶根处的换热弱.