不同工艺下ZTC4钛合金铸件微观组织研究

目的 研究不同浇注工艺下ZTC4大型薄壁复杂结构铸件各部位组织的差异。方法 对大型复杂钛合金铸件结构进行分析,确定选取3种不同浇注工艺参数下典型铸件的厚大区、中厚区、薄壁区和厚薄转接区为研究对象,通过铸造钛合金β晶粒及α片层间距定量分析方法,对ZTC4钛合金铸件微观组织进行定量化检测,分析了铸造钛合金不同位置试样的β晶粒尺寸及α片层间距。结果 铸件各部分的β晶粒尺寸、α片层间距与铸件壁厚相关,随着试样厚度的增加,其β晶粒尺寸、α片层间距呈线性增大的趋势;对比不同工艺下1#,2#,3#铸件在相同位置处试样的β晶粒尺寸,发现2#铸件试样的β晶粒尺寸均存在明显的晶粒粗大现象。结论 通过铸造工艺可以调节改善钛合金铸件微观组织。     

Ti-6Al-4V合金铸件拉伸性能差异原因分析

目的 研究Ti-6Al-4V合金两种不同结构铸件产品之间,拉伸性能存在着较大差异的原因。方法分别对同批次母合金浇注的两种熔模精密铸件进行化学成分分析、金相组织检查和拉伸试棒宏微观断口形貌观察。方法 分析发现,肋板和支承座铸件两者化学成分没有明显差异,断口表面未见明显冶金缺陷。金相组织检查表明：肋板的原始β晶粒尺寸和晶粒内部的α片层间距均,小于支承座的原始β晶粒尺寸和晶粒内部α片层间距。结论 分析结果表明,拉伸性能数据存在差异主要与其晶粒度和晶内片层间距差异有关,该组织差异主要由铸造工艺中不同的冷却速度引起的。通过改变取样位置,试样的拉伸强度可获得明显提高。     

ZTC4钛合金铸件剖切控制方法

目的 通过比较民航飞机及发动机主要客户对航空用ZTC4钛合金铸件的首件工业化认证和批产周期性剖切的技术要求,提出对首件检测项目、周期剖切频率的建议。方法 总结了ZTC4钛合金化学成分、力学性能、显微金相剖切取样检测方法,并分析了部分铸件剖切测试结果及技术指标合理性。结果 化学成分附铸与铸件剖切测试结果接近,铸件不同取样位置成分均匀一致。力学性能从铸件本体剖切测试更具有代表性,剖切取样的位置及加工试样规格都对力学性能结果有较大影响。结论 应根据航空发动机钛合金铸件的应用及结构特点,制定明确的首件验证及周期剖切方法。化学成分、室温拉伸、沾污层、晶粒度、显微疏松等金相检查即能满足大部分铸件的剖切控制要求。     

燃气轮机隔热板GH22合金的组织和力学性能

采用真空感应熔炼的方法制备GH22母合金,然后真空感应重熔浇注成等轴晶成形试棒,测试其室温拉伸、高温拉伸和持久性能.利用熔模失蜡精密铸造技术生产了重型燃机GH22隔热板铸件,对隔热板不同部位进行了宏观晶粒度、光学金相、扫描电镜及能谱分析.从国产、进口隔热板底板分别取样加工成力学性能试样,进行了室温拉伸、高温拉伸和高温持久性能测试.结果表明:国产GH22母合金的成分和性能满足要求.国产铸件取样试样的宏观晶粒度、室温拉伸、高温拉伸性能与国外铸件相当.国产铸件具有更高的高温持久强度,这主要是由于国产GH22母合金中碳含量更高,合金组织中在枝晶间和晶界处析出更多的碳化物相.     

热等静压工艺参量对ZTC4钛合金组织的影响规律

通过定量金相方法系统研究了热等静压温度、时间、压力等工艺参量对ZTC4钛合金显微组织的影响规律.结果表明:相对于ZTC4钛合金原始铸态组织,经过热等静压处理后试样的β晶粒尺寸和α片层厚度均明显长大.随着热等静压温度的升高和保温时间的延长,β晶粒尺寸和α片层厚度分别增长了40～70μm和0.6～1μm,并且增长趋势呈近线...     

高频机械振动对ZTC4凝固组织和性能的影响

研究了高频机械振动对ZTC4铸造钛合金的组织和性能的影响。试验结果表明,通过机械振动处理,钛铸件的晶粒度和力学性能没有明显的细化和提高,但可以使铸件的缩孔大幅减少。     

超塑性TC4钛合金板晶粒的金相显示方法

超塑性TC4钛合金板中的α相晶粒,在尺寸比较细小时,采用常规的侵蚀剂不能有效显示其晶界。试验结果表明:分别采用阳极氧化镀膜法和化学沉积法,在TC4钛合金板金相试样抛光表面沉积一层透光薄膜,透过薄膜上光的干涉效应产生的组织间衬度可以真实、完整、清晰地显示α相晶粒形貌。并运用此方法得到了满足超塑性要求的TC4钛合金板晶粒尺寸金相图谱。     

钛合金的定量研究进展

钛合金因其优异的综合性能受到国内外研究者和使用者的青睐,其基础和应用技术研究的核心是针对"合金成分-工艺-组织-性能"之间关系的研究。以往钛合金的成分设计、工艺-组织-性能间关系的研究都是定性的,获得了良好的结果,并得到了实际应用。"合金成分-工艺-组织-性能"之间的定量关系研究是近几年国内外钛合金研究的一个热点,已取得一定的进展。综述了高强钛合金的成分定量设计、工艺-组织-性能间定量关系建立的研究进展,主要包含高强钛合金成分的定量设计方法、微观组织的定量表征方法、组织与性能定量关系建立、工艺与性能的定量关系建立等,并通过实际验证。     

含硼钛合金

添加微量硼将传统钛合金铸件晶粒尺寸细化一个数量级。 人们发现向传统钛合金中加入少量的硼，其显微组织及相关性能都会产生重大变化。首先，晶粒得以细化，强度和刚度都提高了，这就有可能研发出新型且经济适用的加工工艺，提升传统钛合金的性能。本文介绍了这种新合金，对通过控制显微组织而获得的独特可成形性优势进行了描述。[第一段]     

基于数值模拟的K418B高温合金精密铸件组织与性能研究

目的 探究高温合金调压铸造的充型凝固过程,研究调压铸造工艺对铸件组织缺陷和力学性能的影响规律,并验证数值模拟对实际生产指导的可靠性。方法 以某精密构件为研究对象,借助ProCAST数值模拟软件模拟了铸件的调压铸造充型凝固过程并对组织缺陷的形成进行了预测。对成形铸件的特征关键部位进行了取样,通过金相显微镜和扫描电子显微镜对铸态试样的微观组织进行了观察,借助准静态万能拉伸试验机测试了特征试样的室温和高温(750 ℃)拉伸性能,并对断口形貌进行了观察和分析。结果 数值模拟结果表明,金属液充型平稳,凝固过程基本符合自上而下的顺序凝固,铸件缺陷较少,缩孔体积分数仅为0.22%。实验结果表明,铸件的铸态组织为典型的树枝晶组织,晶粒尺寸细小均匀;二次枝晶间距较小,组织致密,缩松缩孔缺陷较少,这与数值模拟的结果吻合较好;铸件的平均抗拉强度超过900 MPa,最大伸长率为15%,该铸件具备较好的综合力学性能。结论 通过数值模拟方法指导铸造生产具有一定的可靠性,同时,通过调压铸造工艺可以生产出具有较好组织和力学性能的高温合金薄壁铸件。     

镶铸管铸造工艺铸件无损检测分析

目的 研究镶铸工艺成形钛合金铸件镶铸部位冶金缺陷形成原因及无损检测表征,为镶铸工艺铸件的无损检验判定提供依据,并为此类产品冶金质量评价提供依据,建立质量评价体系标准。方法 通过对采用镶铸钛管工艺成形铸件的镶铸部位进行X射线检测及微观形貌、成分检测,结合铸造成形工艺的数值模拟过程进行对比分析。结果 预埋钛管表面在铸造工艺过程中出现表面氧化,浇注过程中,在镶铸部位存在多股金属液充型交汇,镶铸管部位结构融合效果存在差异,存在未融合现象。结论 采用镶铸工艺制备的铸件在无损检测方面存在不同于传统的冶金评判特征,镶铸部位的未融合缺陷可以通过X射线检测发现,在X光底片显示为沿钛管界面的黑线。     

基于数值模拟的杆状钛合金铸件熔模铸造工艺研究

根据杆状钛合金铸件的结构特点,分别采用顺序凝固理论和均衡凝固理论设计浇注系统,并利用数值模拟方法对两种浇注系统进行了仿真,分析了杆状钛合金铸件的温度场、应力场情况,确定了利用均衡凝固理论的铸造方案适合生产该铸件,根据模拟结果,对铸造工艺方案进行优化模拟。采用优化后的铸造工艺方案生产铸件,获得了合格的符合客户需求的杆状钛合金铸件。      

Quantitative metallographic assessment of the electromagnetic casting influence on the microstructure of 7075 Al alloy

This study presents an attempt to obtain the better quality of an aluminum super-high strength alloy by application of electromagnetic field during the casting process. The conventional continuous casting process of aluminum alloys causes many defects, such as surface imperfections, grain boundary segregation, non-uniform grain size, and porosity. The better ingot surface along with the homogeneous fine-grained microstructure, and hence the better mechanical properties of the ingot, can be achieved by applying the electromagnetic casting process. The microstructure characterization, accompanied by quantitative metallographic assessment, reveals that it is possible to avoid or decrease many defects of as cast ingots during electromagnetic casting process. In this article, the microstructure of the samples of as cast 7075 aluminum alloy, obtained with and without electromagnetic field influence, was analyzed by optical microscope and the variation of key alloying elements content, i.e., Zn and Mg, through the ingot cross section was examined by chemical analysis. Besides, the microstructural parameters such as dendrite arm spacing, interdendritic space width, as well as eutecticum and intermetallic phases volume fraction, were measured using linear method. The electromagnetic field influence on the microstructure of the as cast 7075 Al alloy was evaluated based on measured quantitative metallographic data.     

铸造凝固组织模拟的图形显示策略研究

采用CellularAutomaon方法对Al-7%Si合金的微观组织进行了模拟计算,提出了从数字信息中提取晶粒轮廓的方法,并运用有关的图形学算法将晶粒组织在计算机上显示出来,采用黑白显示与彩色显示两种技术表达了模拟计算结果,开发了图象的放缩、编辑与晶粒度的计算等功能,使微观模拟的后处理模块能较好地满足研究的需要,并可与实际的合金相组织进行比较,以验模拟计算的准确度。     

精密铸件反重力铸造凝固组织与缺陷控制研究进展

镍基高温合金、钛合金和铝镁合金等精密铸件是航空航天重大装备中重要的热端部件,目前,更高的使用温度、更大的构效比和更高的机动性等航空航天装备建设的需求,促使精密铸件向大型化、复杂化和薄壁化方向发展。反重力铸造技术具有充型稳定、压力可控等优点,是生产优质精密铸件的理想方法。早在20世纪70年代,国外就能够利用反重力精密铸造技术制造大型精密铸件。近年来,我国一些高校和研究院所也相继在反重力铸造方面开展了大量研究,在铝镁轻合金方面积累了大量经验,也具备了小批量生产能力。目前,国内的产品技术水平与国外还有一定的差距,特别是在高温合金反重力铸造方面,国内还处于起步阶段。在精密铸造过程中,疏松、裂纹、变形和尺寸超差等各类铸造缺陷的形成严重影响了铸件的使用性能,降低了铸造产品的合格率。基于此,结合反重力铸造工艺原理及技术特点,概述了反重力铸造技术的应用现状,详细综述了精密铸件反重力铸造过程中组织、缺陷的形成规律和重要的铸造缺陷预测模型,并对反重力铸造技术的发展趋势进行展望。     

差压铸造薄壁铝硅合金铸件的位置效应

采用差压铸造工艺,研究垂直缝隙式浇注系统浇注的铝合金硅铸件不同位置的组织和力学性能变化.采用石英砂型、SiC砂型和冷铁,浇口处铸件的晶粒最细小,致密度高、力学性能最好;铸件冷端的组织和性能次之;位于两者之间的铸件的组织和性能最差.分析表明对于具有垂直缝隙式浇注系统,差压铸造凝固压力对金属的凝固作用具有位置效应,浇口处液态金属温度高,凝固时间长,凝固压力对浇口处金属的凝固作用显著;铸件冷端金属凝固时间短,凝固压力对该处金属的凝固作用不显著,铸型的冷却速度对铸件组织和性能的影响起显著作用.浇口处与冷端之间的金属液体的凝固受压力和冷却速度的影响小,铸件的晶粒尺寸最大、密度最小、性能最低.冷却速度提高,铸件的任意位置的组织和性能都相应得到提高.     

Ti321钛合金轴箱铸件石墨型铸造工艺研究

目的 研究钛合金高铁轴箱铸件采用石墨铸型工艺时,铸件尺寸、成形及内部质量控制技术。方法 通过对高铁轴箱铸件的结构特点进行分析,针对铸件结构复杂、尺寸比较大、铸件成形比较困难、容易变形的特点,开展了铸型结构设计、铸件尺寸控制技术和铸件成形工艺等方面研究。采用多活块组合的石墨铸型,设计底注开放式浇注系统,利用Procast软件对高铁轴箱铸件的浇注方案进行了模拟分析。选用Ti321合金,设定合理的浇注参数,利用真空自耗电极凝壳炉对铸件进行浇注。结果 铸件成形良好,经过热等静压和后精整后的铸件,铸件内外部冶金质量和性能指标,满足客户标准要求,验证了方案的合理性。结论 铸件的计算机模拟对铸件工艺的设计提供了技术支撑,高铁轴箱铸件采用的石墨型浇注工艺比较合理。     

Investigation of microstructures and mechanical properties of A356 aluminum alloy produced by expendable pattern shell casting process with vacuum and low pressure

In this study, microstructures and mechanical properties of A356 aluminum alloy obtained by expendable pattern shell casting process with vacuum and low pressure (EPSC-VL) were investigated. Meanwhile, microstructures and mechanical properties of A356 alloy among EPSC-VL, expendable pattern shell casting process under gravity casting (EPSC-G), lost foam casting with vacuum and low pressure (LFC-VL) and lost foam casting under gravity casting (LFC-G) were compared. The results showed that the microstructure of A356 alloy fabricated by EPSC-VL was finer and denser than the products from EPSC-G, LFC-G and LFC-VL processes, and its grain size was only 147.2 μm compared to LFC-G (327.1 μm). Moreover, its porosity defects were greatly reduced (0.16%) compared to LFC-G (1.97%). The tensile strength, elongation and hardness of castings produced by EPSC-VL were all considerably higher than the products from EPSC-G, LFC-G and LFC-VL. The A356 alloy made by EPSC-VL exhibited morphology of dimple fracture that was very deep and well-distributed. In addition, the castings produced by EPSC-VL process had better surface quality compared to LFC castings.     

电磁搅拌作用下CoCrMo合金熔模铸件凝固细晶研究

目的 研究电磁搅拌对CoCrMo合金熔模铸件晶粒尺寸的影响,解决熔模铸造CoCrMo合金铸件晶粒粗大的问题。方法 将CoCrMo合金熔化后,在其凝固过程中分别施加不同工艺参数的电磁搅拌,并对其凝固后的组织进行表征分析。同时,采用有限元法对电磁搅拌在金属熔体中的电磁场和流场进行数值模拟。结果 在不同的电磁搅拌参数下,CoCrMo合金铸件凝固组织出现了不同程度的细晶效果,浇道处的细晶效果优于铸件试棒处的。铸件试棒处的晶粒尺寸最小能控制在1 mm以下,等轴晶率最高能提升至31%。数值模拟结果表明,在电磁搅拌过程中,铸件试棒的磁场、电流和洛伦兹力都呈周期性变化,铸件试棒内部的流速随搅拌时间的延长而增大,最后趋于稳定。结论 电磁搅拌对CoCrMo合金的凝固组织产生了明显的细化效果,促进了柱状晶向等轴晶转变。电磁搅拌的时间越长,铸件凝固组织的细化效果越好,铸件厚大部位的细晶效果越显著。结合实验结果和数值模拟结果发现,在电磁搅拌过程中,熔体流动引发枝晶断裂是晶粒细化的主要原因,而电磁场促进异质形核为次要原因。