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。     

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。     

浇注温度和细化剂对K4169高温合金微观组织的影响

研究了降低浇注温度或加入细化剂后 ,K4 16 9合金晶粒细化的微观组织、夹杂及缩松等的变化。发现同样加或不加细化剂条件下 ,浇注温度越低 ,一次枝晶主轴长度和二次枝晶臂距越小。而同一浇注温度下 ,化学法细晶试样一次枝晶主轴长度较普通试样的短 ,而二者的二次枝晶臂距无明显差别。晶粒细化后 ,晶粒形态由普通铸造组织中的树枝晶向细晶组织中的粒状晶转变 ,且合金中主要元素的偏析减轻 ,这均有利于提高细晶铸件机械性能。MC型碳化物和Laves相的尺寸、数量和形貌在晶粒细化前后变化不大。铸件中加入微量细化剂不形成夹杂 ,不改变合金相组成。此外 ,加细化剂不仅可使晶粒细化 ,同时铸件中的缩松大大减少     

镍基高温合金铸件的晶粒组织控制──添加剂的影响

选用ＩＮ７３８ＬＣ镍基高温合金,研究了向熔体中加入碳化物、氮化物、硼及金属间化合物对合金冷凝后的晶粒尺寸、枝晶组织和初生碳化物形态等凝固组织特征的影响。结果发现,加入金属间化合物并控制合金液的均匀化处理过程可显著细化晶粒,并且对合金的结晶特性及凝固组织无不良影响。     

钛和硼对铝镁铸造合金组织和性能的影响

本文主要就钛、硼对铝镁铸造合金组织和性能的影响进行了探讨。研究结果表明,同时加入钛和硼可细化晶粒,提高性能。     

铸造K4169合金晶粒细化的研究

选用Ｋ４１６９铁－镍基高温合金研究了向熔体中加入ＮｉｘＡｌｙＴｉｚ金属间化合物对合金冷凝后的晶粒尺寸、枝晶组织等凝固组织特征的影响。结果发现,加入微量ＮｉｘＡｌｙＴｉｚ细化剂并控制合金液的均匀化处理过程可显著细化晶粒,将Ｋ４１６９铸件整体晶粒细化至０．１～０．２ｍｍ,达到ＡＳＴＭ１～３级,同时,枝晶组织和ＭＣ型碳化物也有明显变化。而且,本研究选用的ＮｉｘＡｌｙＴｉｚ细化剂由于其成分特点对合金的结晶特性及凝固组织无不良影响。因此可认为,加入微量的ＮｉｘＡｌｙＴｉｚ细化剂是获得Ｋ４１６９高温合金细晶铸件的有效方法。     

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。     

凝固冷速对铸造镍基高温合金K417G显微组织的影响

对铸造镍基高温合金K417G进行了不同冷却速率的凝固试验,并对凝固后的试样进行了光学金相和定量金相分析,研究了凝固冷速对合金显微组织的影响,通过线性回归的方法确定了平均枝晶间距与凝固冷速的关系.结果表明:凝固冷速增大明显细化树枝晶、MC碳化物和(γ γ′)共晶.冷速对MC碳化物的量影响不大,但对(γ γ′)共晶量有明显影响,过快和过慢的冷速都能引起(γ γ′)共晶量增加.K417G合金的平均枝晶间距(λ/μm)与凝固时冷速(V/℃·s-1)存在λ=85.1V-0.35的对应关系,根据该关系式可以通过测量铸件不同部位的平均枝晶大小确定该部位凝固时的冷却速率.     

Nb-40Ti-15Al合金中硼的微合金化细晶作用

利用金相显微镜(OM)、X衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)等测试设备分析了微量硼元素对Nb-40Ti-15Al合金的晶粒细化作用以及硼在晶粒内和晶界的分布情况。结果表明,当合金中硼含量高于0.5%(质量分数)时,晶粒细化开始变得显著,预期对合金的低温脆性有一定程度的改善效果。背散射电子像(BSE)显示硼元素大量富集在晶界上,从而得出硼的细晶作用主要缘于其在合金的B2/β相基体中固溶度甚小,从而导致凝固前沿成分过冷。     

铸造铝合金的晶粒细化与钛硼添加剂

对铝合金熔体中加Ti细化晶粒的4种方法进行了分析,提出钛硼添加剂可以替代传统的Al－Ti中间合金,成为铝合金中Ti元素的主要添加形式,并给出了在ZL201和ZL101A合金中使用钛硼添加剂的生产试验数据及熔化操作要点。     

DENDRITE ARM SPACING OF DIRECTIONAL SOLIDIFICATION STRUCTURE OF HIGHLY UNDERCOOLED MELTS

Ｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄａｔａｐｏｓｉｔｉｖｅｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇｒａｄｉｅｎｔ,ａｎｄｓｅｖｅｒａｌｋｉｎｄｓｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ...     

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。     

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。     

真空吸铸TiAl基合金组织研究

利用金属型真空吸铸技术获得了TiAl基合金薄板件,并研究了该铸件的铸态组织以及合金元素对其组织的影响。实验结果表明:由于金属型的强制冷却作用,金属型真空吸铸的Ti-47Al合金薄板铸件铸态组织细小,平均晶粒尺寸在60μm左右;W元素的添加有利于B2相的形成,从而细化组织,其机理是B2相阻碍了α晶粒长大;Si元素添加生成的Ti5Si3相,主要分布在晶界处,形成的Ti5Si3第二相质点会阻碍TiAl基合金凝固过程中组织的长大,有利于细化TiAl基合金组织。     

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...     

超洁净环境中三维非晶态凝固研究

采用超洁净环境对 Zr₄₁ Ti₁₄ Ni₁₀Cu_12.5 Be_22.5 合金进行电弧熔炼,在 1 0 0～ 1 50 K/s的慢速冷却条件下,成功地制备出厚度大于 1 0 mm的非晶合金。这是一种在超洁净环境中的部分无容器凝固,可以获得较大过冷度。随着熔炼过程中氧含量的增多,由于合金表面被氧化,氧化物作为异质晶核强烈促使液态合金结晶。利用红外测温方法快速检测了合金在凝固过程中非晶的形成。通过分析润湿角因子 f(θ)对合金形核与结晶过程的影响,获得了非晶态凝固所需临界冷却速率 Rc 与润湿角θ之间的关系。     

DD3单晶镍基高温合金凝固过程的研究

 DD3合金是国产第一代单晶涡轮叶片材料,它去除了普通铸造高温合金中常存的微量合金化元素,使合金的初熔温度大大提高。这一特性使高温固溶处理得以在单晶合金中广泛应用,大幅度提高了合金的力学性能。同时,微量成分的调整,使得合金的凝固特性产生明显的变化。本研究工作通过对三种成分合金的凝固试验以及对凝固组织的显微分析来判断DD3合金凝固特性的变化规律。     

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。     

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。