多层喷射沉积制备大尺寸耐热铝合金管坯的研究

采用多层喷射沉积工艺制备出了尺寸为Ф630 mm×250 mm×800 mm且质量较好的FVS0812耐热铝合金管坯,通过挤压获得了性能优良的大直径管材,并对管坯和挤压后管材的力学性能和微观结构进行了检测和分析.分析结果表明,多层喷射沉积制坯过程中,熔滴在沉积面的冷却速度约3.2×104 K@s-1～106K@s-1,熔滴凝固后在沉积坯中形成微细晶粒结构(200 nm～500 nm)和弥散分布的纳米析出相Al12(Fe,V)3Si(20nm～60 nm),使得沉积坯挤压致密后具有优异的性能.     

定向凝固涡轮叶片的晶体热粘塑性变形与损伤分析

采用一种考虑损伤的单晶体热—粘塑性变形本构模型和迭代求解数值方法,可以描述单晶在变温过程中的应力应变关系,还可以描述单晶在晶体滑移机制控制下的蠕变变形和孔洞型损伤;考虑定向凝固高温涡轮叶片的柱晶结构,应用本文模型和算法对包含若干个柱晶晶粒的定向凝固气冷涡轮叶片进行不均匀温度场下的变温热粘塑性蠕变和损伤分析。分析结果表明:该涡轮叶片在本文考虑条件下处于较低的应力水平,500小时叶尖蠕变伸长低于0.006mm。      

Cu-1.0% Cr亚共晶合金定向凝固组织演化

在定向凝固下计算和比较了Cu-1.0%Cr亚共晶合金组织中各相的界面生长温度,结果表明当定向凝同速率大于5αm/s时,α-Cu相的界面生长温度高于共晶组织,α-Cu相会作为初生相首先析出凝固,从而难以制备出全耦合生长的共晶组织的复合材料,计算获得的结果与实验结果相一致.另外随定向凝固速率的增加,初牛胞状α-Cu相一次枝晶间距和尖端半径以及共晶组织的体积分数都相应地减少,其中α-Cu相一次枝晶间距实验结果与KF一次枝晶间距模型计算结果较为接近.     

PAN原丝取向行为与初生纤维结构的相关性

通过改变浓度、温度等凝固浴条件,获得取向行为不同的PAN原丝,采用声速法测定原丝的取向结构,使用X射线衍射仪、光学显微镜对PAN初生纤维的聚集态结构、截面形貌进行表征,建立原丝取向与初生纤维结构的相关性。依据取向度随牵伸倍数变化对数拟合曲线的斜率,定义原丝的分子链取向能力a,研究a与初生纤维结晶度的关联性。结果表明:初生纤维结晶度越高,PAN原丝可牵伸性越小,在同一牵伸倍数下纤维全取向度越高;原丝最大牵伸倍数受初生纤维径向结构影响显著,在凝固浴浓度74%时出现极大值;高溶剂含量的纤维分子链取向能力大于低溶剂含量的纤维;原丝的分子链取向能力随初生纤维结晶度增大而增大。     

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.     

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.     

悬浮浇注对铝铜合金组织遗传性的影响

采用悬浮浇注法研究了ＺＬ２０１合金的遗传现象及其组织性能的影响,通过分析试件的凝固特性,对合金的组织遗传机理进行了初步探讨,结果表明：悬浮剂的中入使合金的凝固时间缩短,凝固速度增加,促进了合金结晶组织的细化,当加入３％ｗｔ悬浮剂合金组织的有明显改善且力学性能σｂ和δ分别提高了８．８％和２３．１％,证明熔体中的弥散质点是组织遗传“基因”的观点。     

电磁场作用下包晶合金定向凝固过程传输模型的建立

建立了二元包晶合金在电磁场作用下定向凝固过程中多场耦合的数学模型,并根据包晶转变不同阶段的特点,提出了包晶转变中固相分数的计算办法。该模型可以计算电磁场作用下包晶合金定向凝固中的流动、传热、传质的过程,为电磁场作用下包晶合金定向凝固过程的数值计算及对实验结果的分析提供理论依据。     

过冷水滴凝固机理及凝固组织特征

针对飞机过冷水滴结冰的精细化预测需求,基于相变热力学与相变动力学相关理论,采用示差扫描量热法（DSC）、结冰风洞试验及微结构测试相结合的方法,研究了过冷水滴凝固过程的热力学机理及凝固组织特征。基于示差扫描量热法,研究了冷却速率及形核条件对结晶凝固特性的影响规律;基于结冰风洞试验开展了不同温度条件下冰相的宏观形貌及微结构特征研究。结果表明,过冷条件及冷却速率是影响过冷水滴结晶速率及结晶完善程度的重要因素。降温速率越大,结晶速率常数增大、结晶速率相应提高。同时,结晶峰变宽,结晶初始温度向低温方向移动,过冷效应相对显著;反之亦然。过冷度及冷却速率对冰相的宏观及微观形貌均有着重要影响。过冷度越大则相同时间内冷却速率越大,晶体生长过程越不充分,晶体不规则程度相对较高,同时晶粒密度变大、尺度变小,冰相表观透明度相对降低;反之,过冷度越小,则晶粒密度变小、尺度变大,冰相表观透明度相对较高。异相形核条件对加速结晶过程有重要促进作用,晶种的存在可有效加速二次结晶的触发,使过冷效应显著减弱。相关研究可为飞机结冰速率、冰相物理特征及冰形宏观形貌的精细化预测提供参考。     

激光孔对定向凝固高温合金薄壁性能的影响

研究了激光孔对定向凝固高温合金的薄壁性能的影响。结果表明,薄壁试样的持久性能无明显下降,说明在本试验条件下,该合金的薄壁效应不明显。并从工艺因素和显微组织方面讨论了试验结果。