熔模铸造Ti-1100高温钛合金的界面反应(英文)

研究不同面层材料的Ti-1100高温钛合金界面反应特性。通过对比反应层的厚度,元素分布以及微观硬度研究了面层型壳材料以及型壳预热温度对界面反应的影响。结果表明:采用ZrO2面层材料型壳浇注的Ti-1100铸件反应层的厚度和硬度明显高于采用Y2O3面层材料型壳浇注的合金;型壳预热温度越高,界面反应越剧烈;在相同的型壳面层材料和型壳预热温度条件下,Ti6Al4V合金铸件的界面反应α层比Ti-1100合金铸件界面反应层薄,显微硬度低,表现出较好的稳定性。     

BN基复合型壳熔模精铸钛镍合金时的界面反应

研究了一种新型钛合金精密铸造用型壳--BN基复合型壳在精铸钛镍合金时的界面反应及反应层的形成机制.研究表明,即使在钛镍合金熔液过热较高(浇注温度为1 600℃)的情况下,这种型壳与钛镍合金的反应也较小,铸件表面反应层厚度仅为几个μm.BN基复合型壳,在浇注温度较低的情况下,有望成为Y2O3、ZrO2或钨粉等钛合金熔模精密型壳面层材料的替代品.     

BN基复合型壳熔模精铸钛镍合金时的界面反应

研究了一种新型钛合金精密铸造用型壳——氮化硼基复合型壳,在精铸钛镍合金时的界面反应及反应层的形成机制。研究表明,即使在钛镍合金熔液过热较高(浇注温度1600℃)的情况下,这种型壳与钛镍合金也反应较小,铸件表面反应层仅为几个μm。氮化硼基复合型壳,在浇注温度较低的情况下,有望成为氧化钇、氧化锆或钨粉等钛合金熔模精密型壳面层材料的替代品。     

Ti-6Al-4V钛合金与氮化硼基复合型壳精铸时的界面反应

主要研究了一种新型钛合金精铸用型壳--氮化硼基复合型壳与铸造钛合金Ti-6Al-4V之间的界面反应.研究中,氮化硼基复合型壳的面层是由经过预处理的六方氮化硼,少量氧化钇和钇熔胶粘结剂构成.试验中使用了水冷铜坩埚来熔炼Ti-6Al-4V合金,合金的浇注温度为1 750℃;通过使用电子探针(EPMA)等仪器对铸件表面进行检测,以便研究型壳与钛合金TC4之间的反应.研究发现,这种型壳与1 750℃铸造钛合金Ti-6Al-4V的反应层大约为30～50 μm,铸件表面"沾污层"大约为180～200μm.最后还对氮化硼基复合型壳与钛合金Ti-6Al-4V反应的机理进行了研究.     

离心熔模精铸TiAl合金与ZrO2型壳的界面反应

选用CaO增强的ZrO2作为TiAl熔模精密铸造用陶瓷型壳的面层材料,通过OM、SEM、EDS和XRD对TiAl合金界面反应处进行形貌分析和元素线扫描分析,研究离心熔模铸造TiAl合金与ZrO2型壳的界面反应.结果表明:在较低的转速(200 r/min)条件下,ZrO2陶瓷与TiAl合金的反应层厚度较小,大约为5 μm;而在较高的转速(400 r/min)情况下,ZrO2陶瓷与TiAl合金的反应层厚度约为20 μm,界面有轻微粘砂.     

钛合金精密铸造用BaZrO_3基复合型壳的制备

研究了BaZrO3作为钛合金熔模铸造面层材料的可行性。以自主合成的BaZrO3作为型壳面层的主要耐火材料,钇溶胶作为粘结剂,制备出了BaZrO3基复合型壳。探讨了BaZrO3涂料的粘度和悬浮率随粉液比、级配变化而变化的规律。通过分析经不同温度、时间焙烧后型壳的抗弯强度和断口形貌,最终确定了复合型壳的焙烧工艺。研究表明,当粉液比为3.0、细粉含量为50%~60%(质量分数)时涂料具有最好的粘度和悬浮性。焙烧温度为1 500℃、保温4h时,复合型壳具有最好的抗弯强度。将BaZrO3基复合型壳用于TiNi合金熔模精密铸造时,发现型壳与TiNi合金熔体润湿性差,二者间反应层很薄,说明BaZrO3是较为理想的钛合金精铸的面层材料。     

BaZrO_3耐火材料在富钛熔体中的侵蚀机理

使用BaZrO_3坩锅结合真空感应加热技术熔炼钛含量66%(摩尔分数)的富钛合金,通过宏观显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜及电子耦合仪分析BaZrO_3坩锅与熔体接触后的显微组织及其组成元素(Ba,Zr和O)在合金中的熔解量;研究BaZrO_3坩锅剥落损毁及与钛熔体界面反应机理。结果显示:BaZrO_3坩锅受熔体侵蚀层厚度约2000μm,合金中锆和氧含量随着熔体与坩埚接触时间增加而增加。界面反应产物BaO与空气中水分和CO_2反应生成BaCO_3,晶体体积变化破坏晶粒间结合力,导致坩埚剥落损毁。富钛熔体对BaZrO_3耐火材料的溶解侵蚀是坩埚受损的主要原因。     

Y掺杂BaZrO_3的稳定性及抗钛熔体的侵蚀性

使用传统固相合成的Y_2O_3掺杂与未掺杂的BaZrO_3粉料,运用冷等静压和固相烧结技术,制备BaZrO_3和Y掺杂的BaZrO_3坩埚,并用其熔炼富钛合金(Ti_2Ni,含钛量63%,质量分数)。研究Y_2O_3掺杂对Ba Zr O3坩埚侵蚀层及组织形貌的变化,合金熔体受耐火材料元素污染量的变化以及Y_2O_3掺杂BaZrO_3坩埚抵抗钛熔体的侵蚀性。结果表明:1500℃时,Ti_2Ni熔体对掺杂Y_2O_3的BaZrO_3坩埚侵蚀层厚(1700mm),小于未掺杂的BaZrO_3侵蚀层厚度(2000mm);Y掺杂BaZrO_3坩埚内壁晶粒相对完整,仅部分晶界受熔体侵蚀而模糊,未掺杂的BaZrO_3坩埚晶粒受钛熔体侵蚀及冲刷,出现层片状组织,且内壁结构疏松;随着保温时间从5 min增至15 min时,Y掺杂BaZrO_3坩埚熔炼后Ti_2Ni合金中的O和Zr元素均达到平衡;而未掺杂的Ba Zr O3熔炼后Ti_2Ni中O和Zr含量随保温时间增加而增加。热力学计算也支持上述结论,说明耐火材料在Ti_2Ni熔体中的溶解的进行表明促进BaZrO_3坩埚-合金界面反应,Y_2O_3掺杂能改善BaZrO_3稳定性,增强抗钛熔体的侵蚀性,降低其在钛合金中的溶解。     

氮化硼基复合型壳与钛镍合金界面反应的研究

研究了一种新型钛合金精密铸造用型壳--氮化硼基复合型壳及其与钛镍合金的界面反应和反应层的形成机制.氮化硼基复合型壳的面层主要由预处理后的六方氮化硼粉体、氧化钇粉体和粘结剂钇熔胶组成.试验中,使用氧化钙坩埚来熔炼钛镍合金,钛镍合金的浇铸过程在真空感应加热炉中完成;利用扫描电镜、电子探针等检测手段对钛镍合金铸件表面反应层进行了研究;对钛镍合金精密铸造时形成反应层的机制作了讨论.结果表明,在1470℃浇铸温度下,钛镍合金铸件表面光洁,基本没有粘砂现象;在极端过热(浇铸温度1600℃)时,这种型壳与钛镍合金有一定的反应,但铸件表面反应层不超过10 μm.     

DZ22B高温合金与Al_2O_3陶瓷型壳的界面反应

采用真空感应熔炼与惰性气体保护相结合,研究了不同熔炼温度及接触时间条件下DZ22B高温合金与Al_2O_3陶瓷型壳的界面反应发生及形成规律,探讨了界面反应对铸件表面粘砂缺陷的影响。结果表明,高温合金中Hf元素活性大,易与Al_2O_3发生界面反应,合金表面形成HfO_2。当接触15min后,界面反应随熔炼温度的提高而增强,在1 400℃时未出现界面反应,1 500℃时发生微弱界面反应,1 600℃时界面反应加剧,并出现粘砂现象。由于型壳面层中物理渗透层的形成以及应力集中的出现,界面反应的存在导致面层材料发生脱落,其中在接触30 min,浇注温度为1 600℃时粘砂最为严重,合金表面形成厚1mm的面层粘砂产物。     

精密铸造Fe-Cr-Ni-Co-Mo马氏体不锈钢界面反应

以某型氧泵壳体精密铸造生产工艺条件为基础，研究了硅溶胶-锆英砂面层体系陶瓷型壳与Fe-Cr-Ni-Co-Mo马氏体不锈钢(S-04、S-130)的界面反应。采用激光粒度仪、SEM等手段表征分析了陶瓷型壳原料粉体的形貌和粒度分布，采用冷冻透射电镜表征了硅溶胶的微观结构，并采用SEM、EDS等手段分析了两种不锈钢铸件的界面反应。结果表明，S-04、S-130发生界面反应的原因主要为合金中Cr与型壳面层SiO₂发生反应；S-04不锈钢中Cr反应活度高于S-130不锈钢，而Fe则相反，这导致两种不锈钢的界面反应层厚度在微观上存在差异。     

Y_2O_3掺杂BaZrO_3显微组织演变及与钛熔体相容性

以BaCO_3、ZrO_2和Y_2O_3为原料的6种配比混合料在1200℃经固相合成Y_2O_3掺杂BaZrO_3粉体,并经冷等静压成型后在1750℃烧结成圆片。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)结合能谱分析(EDS)分析不同Y_2O_3掺杂量对BaZrO_3粉体组成及其对BaZrO_3圆片的显微组织结构和烧结性能的影响。结果表明:Y_2O_3掺杂BaZrO_3主要由BaZrO_3和Ba2YZr O6构成;随着Y_2O_3掺杂量的增加,Ba2YZr O6含量逐渐增加,并出现团聚现象;同时,BaZrO_3晶粒生长受到抑制,导致圆片表面疏松多孔,致密度降低。当原料摩尔比n(BaCO_3):n(ZrO_2):n(Y_2O_3)=0.48:0.47:0.1时,所获圆片相对密度达到97.1%。使用该配比粉料制备坩埚感应熔炼Ti Ni合金后,合金与坩埚无界面反应层存在,也未见明显坩锅组成元素向合金扩散现象,说明Y_2O_3掺杂BaZrO_3是一种非常有潜力的钛合金熔炼制备用耐火材料。     

液钛与陶瓷界面反应的研究

借助电子扫描显微镜、显微硬度计对钛与陶瓷材料高温反应后的形貌、反应层厚度进行分析测量，结果表明，Ｔｉｃ、ＺｒＯ２（Ｙ２Ｏ３稳定）、ＺｒＯ２（ＣａＯ稳定）、ＭｇＯ４种型壳面层陶瓷材料与高温钛液均有一定的反应，反应强度依次增加，但都可以作为钛合金熔模精铸型壳面层材料。     

Al_2O_3型壳与DZ22合金的界面反应研究

为解决Al2O3陶瓷型壳与DZ22合金的界面反应问题,通过浇注试验制得试样,借助光学显微镜、SEM、EDS等手段对所得试样的形貌、成分、界面等进行了研究。结果表明,DZ22合金与Al2O3型壳的反应产物表面呈现粉红色,产物主要是Cr2O3;金属-型壳界面处为白色的HfO2反应层;随着Al2O3型壳成分中杂质含量的增加,界面反应的程度逐渐增加。     

钛合金熔模铸造石墨型壳

用熔模铸造法成形钛合金铸件,可提高金属利用率,减少机加工量,降低成本。因此,自七十年代中期,钛合金熔模铸件的产量逐年增加,应用范围逐步由静止结构件扩大到转动件。到目前为止,世界钛合金熔模铸件的年产量已达20多吨,其中绝大部分用于宇航和导弹工业。目前采用的铸型系统有三种: 1.难熔金属粉(钨、钼等)面层复合陶瓷型壳系统; 2.纯石墨型壳系统; 3.氧化物陶瓷型壳系统(包括热解炭复层的普通陶瓷型壳)。     

BaZrO3复合型壳定向凝固Ti-46Al-8Nb合金的微观组织研究

采用BaZrO_3复合型壳定向凝固Ti-46Al-8Nb合金。通过扫描显微镜、金相显微镜和XRD等手段分析了BaZrO_3耐火材料与金属熔体之间的界面情况、熔体通过螺旋选晶器后的晶粒数目和片层变化、晶臂与枝晶干的夹角以及凝固后Ti-46Al-8Nb合金的组织形貌。结果表明,BaZrO_3复合型壳与Ti-46Al-8Nb合金之间存在约为10μm的扩散层;在抽拉速度7.7 mm/min、温度1 550℃条件下,Ti-46Al-8Nb合金的初生相为α相以及β相,经过定向凝固后的微观组织为γ＋α_2片层、γ相以及B2相;在定向凝固过程中,螺旋选晶可以明显使晶粒数目减少,但是对片层间距的大小无影响。     

锆英粉型壳与DD6单晶合金的界面反应

采用扫描电镜、能谱分析等手段研究了DD6单晶合金与锆英粉型壳的界面反应。结果表明,DD6高温合金与锆英粉型壳的界面反应产物为Al_2O_3、HfO_2、Nb/Ta氧化物和单质Si。由于锆英粉的主成分ZrSiO_4高温易分解,界面反应有局部加剧的趋势,反应产物粘附在型壳表面,导致界面处型壳侧生成5~8μm厚的Al_2O_3层,合金表面出现缺陷坑。通过分析"Al元素氧化-ZrSiO_4分解-低熔点富Si液相形成-Al_2O_3颗粒析出"的反应过程,建立了"反应坑"型的界面反应模型。     

定向凝固用BaZrO3复合模壳致密性及抗TiAl侵蚀性研究

TiAl合金具有高化学活性,与传统的耐火材料会发生不同程度的化学反应,并限制其在定向凝固铸件中的生产应用。本文以自合成的BaZrO3粉料作为模壳面层耐火材料(钇溶胶为粘结剂),Al2O3为背层耐火材料(硅溶胶为粘结剂)制备BaZrO3复合模壳。研究BaZrO3粒度对模壳面层致密性的影响、合金定向凝固过程后渗透层形貌以及合金中的污染元素含量。通过光学显微镜 (OM)、扫描显微镜 (SEM)、EDS能谱仪、X射线衍射仪(XRD)、阿基米德原理、电感耦合等离子体发射光谱仪 (ICP)和氮氧仪 (IGI,LECO TC-436)等手段分析面层微观组织结构及孔隙率、模壳与合金界面组织形貌以及成分、合金污染元素的含量。结果表明,细粒度颗粒作为涂层的模壳经过高温烧结后涂层表面更加致密光滑,颗粒之间孔隙数量减少及尺寸减小,孔隙率由优化前的17.3%降低为13.5%;优化后模壳的面层厚度从1000μm (2层)提高为3500μm (4层);BaZrO3面层与Al2O3背层之间的粘结层厚度从300μm提高至1200μm,面层与背层基体粘结性增强;优化后模壳与合金的界面渗透层从优化前的900μm降低为300μm,合金熔体的渗透被限制在模壳面层,无合金液渗入背层;合金中的Ba、Zr、O含量由89、16800、7586ppm减小为28、4760、3690ppm。     

新型钛精铸用粘结剂及型壳制备工艺的研究

开发研究了一种用于钛合金熔模精铸型壳面层的新型ＬＪ８型粘结剂;叙述了用该粘结剂制备型壳的工艺过程。用这种型壳所浇注出的钛铸件表面粗糙度为Ｒａ２６μｍ,污染层厚度为３０μｍ以下,实际浇注试验表明,所研制的新型粘结剂完全适用于钛合金熔模精密铸造。     

TiAl基合金与陶瓷界面反应的研究

借助电子探针微区分析仪、维氏显微硬度计、光学和电子显微镜对TiAl合金与Al2O3,ZrO2以及经CaO稳定的ZrO23种陶瓷型壳的界面反应进行了研究分析。结果表明，这3种材料的化学稳定性依次升高，而经CaO稳定的ZrO2型壳与TiAl反应层的厚度仅为50μm,故可望用作钛铝合金精密铸造型壳面层材料。