一种变应变速率组合的TiAl合金细晶方法探讨

提出了一种先低后高的变应变速率组合等温压缩细晶方法,通过两次连续变形,得到70%以上变形量而不产生裂纹,获得了良好的细晶效果。流变应力曲线出现明显的动态软化现象,其机制为动态再结晶;在采用低应变速率进行第一次变形后,由于动态再结晶的发生,使第二次高应变速率变形时,应力降低并且可以获得较大变形量,晶粒细化充分;在两次变形之间增加保温处理,可以使细小动态再结晶晶粒得到静态球化,使细晶程度提高。     

原位钛基复合材料中TiB的生成热力学及动力学

采用自蔓延高温合成（SHS）、感应熔炼和熔模精铸相结合的方法，利用Ti—B—Al体系制备出了原位自生TiB增强的钛基复合材料。借助XRD、SEM和TEM分析了复合材料的物相和增强体的形态。结果表明：在复合材料中只存在TiB增强体和Ti，无TiAl3杂质相形成，TiB增强体呈柱状短纤维，这与其B27晶体结构有关，且增强体／基体界面清洁无杂质污染，并从热力学和动力学两方面论述了在Ti—B—Al体系中制备TiB增强体的生成机制：在Ti-B—Al体系中，Al首先受热熔化使得Ti和B相继溶解于Al液中；Ti与Al之间先行发生化学反应形成Ti—Al金属间化合物，放出的热量进一步引发了溶解于液相中的B和Ti产生高温自蔓延形成Ti—B化合物。以热力学理论分析，应最终形成TiB2，但实际上由于动力学影响，最终形成了TiB。     

浇注温度对K4169高温合金晶粒组织影响的计算机模拟

利用Fortran语言编程,采用有限差分法分别解用热焓法处理结晶潜热的圆柱坐标系一维不稳定热传导方程,模拟了K4169高温合金圆柱锭某一横截面凝固过程中温度的变化,它正确地反映了在不同铸造工艺条件下合金铸件横截面上温度的变化规律。通过固相分数,将合金铸件凝固温度场模拟及其连续形核模型、枝晶尖端生长的动力学模型相耦合,计算了不同浇注温度下K4169高温合金圆柱锭凝固过程中晶粒组织的特征值,包括晶粒密度和平均晶粒尺寸,并参考二维CellularAutomaton方法,实现了在计算机屏幕上晶粒形成的动态显示,模拟结果和实验结果吻合较好。     

TC21细晶钛合金TIG焊接接头组织及力学性能研究

开展了不同晶粒尺寸的细晶粒TC21钛合金的TIG焊接实验,研究了母材及接头组织和力学性能。结果表明：细晶粒TC21钛合金TIG焊接接头抗拉强度达到母材的95％左右,焊接性较好;但是焊接接头脆化严重,伸长率和断面收缩率均较低。焊缝中心和热影响区组织相似,为α’马氏体组织。相同焊接规范下,21μm的细晶TC21合金焊缝及热影响区为片状或长粒状α’组织;而7μm的细晶TC21合金接头中α’丛的尺寸较小且相互交错,形成针状或短粒状α’组织。硬度测试表明：靠近母材的热影响区细晶区存在一个软化区,该区域硬度最低,而焊缝中心与热影响区粗晶区分界处（细晶过渡区（FTZ））也存在硬度的下降,不过此区域下降幅度不大。常温拉伸断口呈准解理断裂特征,随着母材晶粒度的增大,焊接接头解理特征越明显。     

大气等离子喷涂热障涂层高温氧化行为研究

采用等离子喷涂工艺在GH4099合金基体上制备了热障涂层,并进行了1050℃恒温氧化试验,综合利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪等检测手段,分析了涂层的显微结构及高温氧化行为。结果表明：等离子喷涂（APS）热障涂层在高温氧化过程中,黏结层被氧化生成热生长氧化物（TGO）。但长时间氧化后,在与TGO毗邻的金属黏结层中产生了范围较窄但浓度变化较大的贫Al带,TGO层出现保护性Al2O3向非保护性混合氧化物转变的现象,导致致密Al2O3层的连续性被破坏,TGO厚度快速增加。     

α相尺寸对等轴TC4合金两相区热变形行为的影响

对α相平均尺寸分别为6μm,12μm,20μm的等轴TC4合金在890～950℃,应变速率0.1～10s-1范围进行等温热压缩实验,并研究了初始α相尺寸对合金高温变形行为的影响.微观组织和动力学分析表明,等轴TC4合金变形的热激活过程受相变和晶粒长大作用的综合影响,计算获得的激活能偏大.在初始α相尺寸较小(6μm)的情况下变形,晶粒易于吞并长大,使变形后的组织粗化;在初始α相尺寸增大(12μm)的情况下会促进相变过程的进行,获得的变形组织中α相尺寸较细小;初始α相尺寸进一步增大(20μm),则变形组织的晶粒尺寸基本不再发生变化.     

晶粒尺寸和片层厚度对全片层γ-TiAl基合金屈服强度的影响

基于多位错塞积理论,建立了全片层γ-TiAl基合金屈服强度尺度效应的解析预测细观力学模型,得到了全片层γ-TiAl基合金屈服强度的计算公式并详细分析了晶粒尺寸d和片层厚度λ对屈服强度的影响关系,数值预测结果趋势与已有的试验结果相吻合.主要结论是:γ-TiAl基合金屈服强度对晶粒大小d变化不敏感,而对片层厚度λ具有强烈的依赖关系,随着片层厚度的减小,屈服强度明显增大,表现出显著的尺度效应;屈服强度与片层厚度之间的制约关系在一定的片层尺度范围内符合Hall-Petch关系.值得注意的是,当片层尺寸λ细化至90nm时,γ-TiAl基合金材料的屈服强度达到一极限饱和值,这一极限饱和值约为1000MPa.     

A206/1%Al2O3铝基纳米复合材料的热裂行为

A206铝合金在金属型浇铸过程中具有高热裂倾向,难以用来制造重要铸件.采用超声分散法制备A206/1%Al2O3(质量分数,下同)纳米复合材料,在钢模中浇铸受限杆铸件来评价其热裂敏感性,利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对微观组织进行分析.结果表明:加入的A12O3纳米粒子在凝固过程中成为有效的异质形核核心,不仅使α-Al初晶从粗大枝晶转变为细小等轴晶,平均晶粒尺寸从164 μm降至26μm,而且在剩余液相中诱发形成大量富Fe,Mn的薄片状中间相,消除了粗大CuAl2相,从而显著降低了A206铝合金的热裂敏感性.     

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。     

金刚石薄膜图形化技术的研究

从金刚石薄膜半导体器件的实用要求出发,比较了金刚石薄膜的各种图形化技术,研究了它们各自的特点和适用性,如播种法选择性生长、掩膜法选择性生长、离子束刻蚀和反应离子刻蚀技术等.