GH742合金等温凝固过程中偏析规律的研究

为了揭示高合金化难变形GH742合金在等温凝固过程中元素的偏析规律，利用SEM和EDAX及密度计算研究了该合金的显微组织和元素的偏析情况，并分析了相变对偏析元素及液体密度的影响。结果表明，在凝固过程中，GH742合金中的主要偏析元素是Nb和Ti，液体密度随凝固温度的下降而上升，在1330℃以下，一次碳化物的析出，使剩余液体中的合金元素发生重新分配，并由此导致局部液体密度的不均匀。     

冷却速度对GH4710合金凝固过程偏析行为的影响

采用凝固重熔物理模拟实验,研究了不同冷速下GH4710合金凝固过程的元素偏析规律。结果表明,不同冷却速度下,GH4710合金中Ti元素的偏析程度最严重,Al、Co、Cr的偏析程度较低,当冷速超过3℃/min时,Al、Co、Cr的偏析系数受冷速变化的影响不明显。进一步的相图计算及微观分析表明,GH4710合金在非平衡凝固条件下,沉淀强化元素Al、Ti主要为正偏析元素,主要在枝晶间形成γ'相或γ/γ'共晶相,而合金中固溶强化元素Cr、Co元素在固相中富集,在液相中贫乏,具有典型的负偏析特征。GH4710合金元素的偏析行为主要取决于凝固过程的冷却速率及非平衡相变的综合作用。     

镍基高温合金GH4282的凝固和偏析行为

采用差示扫描量热（DSC）分析、显微组织观察和热力学计算相结合的方法对镍基高温合金GH4282的凝固过程和元素偏析行为进行研究,得到了合金的凝固顺序以及元素偏析特征。结果表明,GH4282合金的凝固顺序为：γ基体、MC碳化物以及少量的硼化物。由DSC测得的合金GH4282合金的固-液相温度范围为1316~1367 ℃,MC、M6C型碳化物和γ′相的溶解温度分别为1338 ℃、1092 ℃和1003 ℃。热力学计算结果表明,GH4282合金在凝固过程C、B、Ti和Mo偏聚于枝晶间,Al偏析于枝晶干,Cr、Fe和Co几乎不发生偏析,这与铸态组织观察到的元素偏析特征是一致的。     

In718合金凝固过程中偏析和二次枝晶角度对糊状区Rayleigh数的影响

用扫描电镜和能谱仪研究分析了Inconel 718合金定向凝固过程中枝晶间的偏析和二次枝晶角度对合金Rayleigh数的影响。结果表明,Inconel 718合金凝固过程中的主要偏析元素是Nb和Mo,合金的Rayleigh数在液相线下10℃值最高,形成黑斑趋势最大;Inconel 718合金糊状区内,二次枝晶角度对Rayleigh数值具有显著的影响。     

偏析对DZ483镍基高温合金糊状区内液相密度的影响

为研究DZ483合金在凝固过程中的元素偏析行为对糊状区内液相密度的影响,采用等温凝固结合水淬法对合金进行不同温度下的凝固实验.利用OM和SEM观察试样的凝固组织,利用EDS测量固相和剩余液相的元素含量,并根据剩余液相的成分计算其密度.结果表明,DZ483合金的开始凝固温度略低于1335℃,在1325℃液相中开始析出富含Ta和Ti的MC;W和Co为负偏析元素,Mo,Ta和Ti为正偏析元素,而Al和Cr几乎不发生偏析;剩余液相的密度随温度降低基本呈下降趋势,但在1325至1315℃之间有所回升.计算结果表明,温度对液相密度的影响很小,合金元素的偏析对液相密度的影响占主要地位.其中,Mo和Ta的偏析导致液相密度增加,而Ti和W的偏析导致液相密度明显降低.备合金元素的偏析对密度变化的贡献由大到小顺序为:Ti>Ta>W>Cr>Mo>Al>Co.MC的形成消耗了大量的Ti和Ta,对合金元素的偏析造成一定的影响,从而导致液相密度在1325至1315℃之间有所增加.     

GH742y合金凝固偏析行为

采用组织分析和差热分析相结合的方法系统研究GH742y合金的凝固偏析行为和铸态组织形成规律。GH742y合金枝晶偏析严重,组织析出复杂:Cr、Co、W、V和Al偏析于枝晶干,而Nb、Ti和Mo等元素在枝晶间的富集导致一次和二次γ′相、(γ γ′)共晶、MC碳化物、M6C碳化物、Laves相和δ相的析出;稀土元素La和Ce的偏析导致Ni5Ce相和富氧硫稀土相的枝晶间析出。相分计算表明,严重的元素偏析以及大量富Nb和Ti相的析出是σ相和μ相等有害TCP相析出的主要原因。GH742y合金的凝固顺序为:γ基体、MC碳化物、一次γ′相、(γ γ′)共晶、Laves相、Ni5Ce相和M6C碳化物。     

GH3044合金宏观偏析行为及凝固过程中元素偏析规律研究

利用扫描电镜和能谱分析研究了产生黑斑的GH3044组织,采用Thermal-Calc分析方法研究了合金凝固过程中液体成分变化,并计算了合金凝固时液体密度的变化,给出了GH3044合金平衡凝固时密度反转的范围。结果表明:合金GH3044黑斑区主要是由Cr,W的碳化物相和少量高W(Cr)的体心立方相组成,合金在凝固过程中约有0.0125g·cm-3·℃-1较大的密度反转。     

重熔温度对Inconel718定向凝固过程中糊状区偏析和Rayleigh数的影响

用扫描电镜(SEM)以及能谱分析方法(EDAX)研究了经不同重熔温度加热并以一定速率定向凝固的高温合金Incond718糊状区液相的显微组织和成分。给出了液相中Nb、Mo沿着糊状区的分布。同时计算了糊状区液相密度差和相对Rayleigh数(Rar)。当重熔温度从1600℃升高到1700℃,Mo偏析加重,糊状区变长,液相密度差在凝固初期变大,糊状区的极大值显著升高,这说明重熔温度提高后热溶质对流趋势增大,糊状区变得不稳定。     

铸态GH742合金的凝固特点及枝晶偏析

高合金化GH742合金存在严重的枝晶偏析,Nb、Ti大量偏聚于枝晶间,导致MC碳化物、(γ+γ′)共晶、Laves相、δ相等析出;高Mo含量及其枝晶间偏析是析出σ相的重要原因;La、Ce在枝晶间的富集促使含氧硫稀土相和Ni5Ce相的析出。与一般合金凝固特点不同,高含量Al、Ti、Nb导致GH742合金凝固过程中先后发生(γ+γ′)和(γ+Laves)两种类型的共晶反应。结合差热分析技术和凝固组织特点确定了合金的凝固温度区间为1346-1190℃,凝固顺序为γ、MC、(γ+γ′)、Laves、Ni5Ce。     

均匀化工艺对GH5188合金组织及力学性能的影响

利用JMatPro软件、金相显微镜、扫描电镜、能谱分析以及高温拉伸、高温压缩试验等方法,分析GH5188合金铸锭的溶质元素偏析规律、均匀化热处理过程的微观组织演变规律及均匀化过程对GH5188合金力学性能的影响。研究表明,GH5188合金的主要析出相为M₆C和M₂₃C₆,合金中的主要正偏析元素为W和Cr,负偏析元素为Ni和Co。采取1200℃×72 h的均匀化工艺,可以有效消除原始铸态块状析出相,消除W、Cr、Ni、Co等元素偏析,达到最合适的均匀效果。均匀化热处理后,GH5188合金的力学性能得到了提升,在1180℃拉伸、压缩条件下,抗拉强度达到158 MPa,变形抗力为244.29 MPa。     

瞬时液相异种连接FSX-414/MBF80/IN738体系的固/液界面位置的预测(英文)

采用有限元差分法模拟FSX-414/MBF80/IN738体系异种瞬时液相(TLP)连接的等温凝固过程。将TLP连接模型分为2部分,并运用一个移动的液/固界面模型来研究他们。使用扩散方程对每部分接头进行预测,直到等温凝固过程结束;分别预测了这2部分的等温凝固完成时间、浓度分布曲线和固/液界面位置,认为这2部分固/液界面的交点是等温凝固的终点。为了获得一些必要的扩散数据,在不同温度、时间和真空条件下进行FSX-414/MBF80/IN738体系的瞬时液相连接实验。结果表明,实验结果与预测结果一致。     

Solute redistribution and Rayleigh number in the mushy zone during directional solidification of Inconel 718

The interdendritic segregation along the mushy zone of directionally solidified superalloy Inconel 718has been measured by scanning electron microscope (SEM) and energy dispersion analysis spectrometry (EDAX)techniques and the corresponding liquid composition profile was presented. The liquid density and Rayleigh number (Ra) profiles along the mushy zone were calculated as well. It was found that the liquid density difference increased from top to bottom in the mushy zone and there was no density inversion due to the segregation of Nb and Mo. However carbide formation in the freezing range and the preferred angle of the odentated dendrite array could prompt the fluid flow in the mushy zone although there was no liquid density inversion. The largest relative Rayleigh number appeared at 1,326℃ for Inconel 718 where the fluid flow most easily occurred.     

冷却水温对GH4169合金电渣重熔凝固过程参数的影响

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,分析了冷却水温变化对凝固过程参数的影响.结果表明,凝固过程参数随冷却水温的升高变化不明显；凝固过程参数沿重熔锭中心至边缘随冷却速度增大逐渐减小；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；计算模拟结果与硫印实验结果吻合良好.     

电源频率对GH4169合金电渣重熔凝固过程参数的影响

使用MeltFlow软件模拟了GH4169合金电渣重熔凝固过程参数的变化,分析了电源频率变化对凝固过程参数的影响。模拟结果表明,凝固过程参数随频率的增大逐渐减小,且频率小于40Hz时,变化剧烈,大于40Hz后趋于平缓;凝固过程参数沿重熔锭中心至边缘随冷却速度增大逐渐减小;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;频率增大到一定程度后,凝固组织优劣与其无关;工频条件下可以获得比低频更好的凝固组织。计算模拟结果与硫印试验结果符合,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铸锭质量。     

A relook at the preferred growth direction of the solid–liquid interface during solidification of pure metals

A simple model for the prediction of the principal growth direction of a solid–liquid interface during solidification of pure metals of different crystal structures is developed. The existing interface controlled growth model for the growth of a solid in a liquid is suitably modified with the incorporation of density change during solidification. The idea of conjugate planes is introduced to construct virtually a unit cell of a solid and, finally, the growth of the conjugate planes is presented with respect to the plane normal. A very good match is shown between the calculated directions of highest growth rate and the experimentally found directions of the primary dendrites of a number of crystal structures. It is also shown that the differential growth of a solid in a liquid along different crystallographic directions is inherently associated with the density change and spatial distribution of atoms on the facing liquid and solid planes on solidification.     

镍基高温合金γ′相析出的经典动态模型及应用

基于经典形核理论,考虑温度和保温时间对沉淀相析出的影响,建立了镍基高温合金中γ′沉淀相析出模型.同时结合GH738合金在等温时效实验条件下获得的γ′相析出特征值数据,验证模拟计算结果的相对正确性.结果表明,沉淀相析出过程经典动态模型可较好预测多元复杂镍基合金体系γ′相以均匀形核为主的析出过程.进一步利用该模型对GH80A,GH738,U720Li和DD407共计4种典型高温合金计算分析了Al和Ti含量及其比值变化对γ′相析出行为的影响.结果表明,对于γ′相平衡态含量,Al的作用程度比Ti大;而在Al+Ti总量不变的前提下,Ti含量增加将对提高γ′相的析出驱动力,从而减少完全析出时间有较大的贡献;Ti含量的增加也将使得沉淀相在析出初期的数量增加,而尺寸减小.     

IN718高温合金水平定向凝固和真空电弧重熔过程中“黑斑”形成的多组元数值模拟

建立了多组元两相模型来描述IN718高温合金凝固过程中的宏观/微观传输和“黑斑”形成,并应用动态网格算法模拟真空电弧重熔（VAR）过程中的填充过程。首先,使用热力学计算方法求解液相成分随固相分数的变化,并获得多组元合金的枝晶间液相密度。之后模拟了水平定向凝固工艺下形成的“黑斑”,并与实验结果进行对比,研究其形成机理和影响因素。最后,利用所开发的模型来研究工艺参数对工业规模VAR铸锭中“黑斑”的影响。结果表明,元素组成对凝固过程中液相的密度变化有显著影响,“黑斑”的形成伴随着高热溶质对流强度。“黑斑”的生长方向由液相密度差和凝固界面相对重力方向的角度决定。在VAR过程中,熔池形状受电极熔化速率和冷却速率影响。     

Thermophysical property measurements on low alloy high strength carbon steels

The solidus/liquidus temperatures, heat of fusion, specific heat capacity, and thermal expansion for AISI 43 10 and 4320 steels were measured in this study. Both steels have similar heat of fusion values and solidification temperature ranges but differ in the absolute solidus/liquidus temperatures. The specific heat capacity vs. temperature curves for both steels show similar trends with difference in the peak value at austenite phase transformation temperatures.

Both steels demonstrate similar thermal expansion trends and absolute values. The thermal expansion vs. temperature curve shows considerable difference between the heating part and the subsequent cooling part which reflects the different solid state phase changes experienced during the heating and cooling of these two heat-treatable steels. This phenomenon should be taken into account during the modeling of welding, casting and other processing of these steels. The relative density as a function of temperature for these steels can be estimated based on the thermal expansion values.