Al-4％Cu合金定向凝固枝晶／胞晶转变速率的研究

通过实验和理论对比研究Al-4%(质量分数)Cu合金定向凝固胞晶/枝晶转变过程,得到胞晶/枝晶转变发生在尖端半径变化的拐点处。采用KGT模型与非平衡效应研究与胞晶/枝晶转变过程相对应的高速枝晶/胞晶转变特征。结果表明:尖端半径和界面温度均随抽拉速率的增加而减小,到达临界值后又急速增大。枝晶/胞晶转变发生在尖端半径和界面温度的拐点处,即在尖端半径和界面温度最小时发生转变;溶质截留在枝晶/胞晶转变过程中作用明显,大大减小了微观偏析。     

凝固速率对IN718合金定向凝固组织和偏析行为的影响

采用LMC高梯度定向凝固和微观分析方法,研究了不同凝固速率下IN718合金的凝固组织和偏析行为。结果表明,随着凝固速率的提高,凝固界面由胞晶转为枝晶;一次胞/枝晶间距在凝固速率为20μm/s时提高到最大值257μm,随后逐渐降低,二次枝晶间距明显细化,溶质分配比也随凝固速率的增加而减小。同时,凝固速率增加使糊状区枝晶骨架的渗透性减小,增大了对液体流动的阻碍作用。     

喷射成形H13钢的微观组织及形成特点

采用常规铸造和喷射成形工艺分别制备了H13钢,应用OM、SEM、XRD等方法研究了铸态、喷射沉积态及过喷粉的组织。采用LMS-30粒度仪对过喷粉进行了粒度分析。结果表明:铸态H13钢为粗大的枝晶组织,合金元素与碳化物偏析严重,而喷射成形H13钢为细小的等轴晶组织,几乎没有碳化物,含有较多的残余奥氏体。过喷粉是枝晶组织,随粉末尺寸的减小,一次枝晶变小,二次枝晶臂已不明显,是欠发达枝晶组织。雾化压力的增加对小颗粒过喷粉的尺寸和数量影响甚微,但会明显减小大颗粒过喷粉末的尺寸,并增加其数量。喷射成形等轴晶的形成机制在气液比偏小时以未破碎枝晶的均质化与碎断枝晶的连接长大为主,而在气液比偏高时以大量破碎枝晶作为异质形核核心为主。     

Fe-C二元合金凝固过程枝晶偏析的数值模拟研究

利用元胞自动机法对Fe-C二元合金过冷熔体中枝晶的生长过程进行了模拟,其中明确地将液相溶质浓度与固相溶质浓度区分开,并探讨了冷却速率、液相溶质扩散系数以及固相溶质扩散系数对枝晶偏析的影响规律。模拟结果表明:随着冷却速率的增大,固相中溶质浓度波动不断加剧,且枝晶偏析程度增大,但偏析程度的增大趋势逐渐减缓;当液相扩散系数变化时,液相溶质扩散系数越小,其微观偏析越严重,此外,固相中溶质的波动随液相扩散系数的增大而减小;当固相溶质扩散系数变化时,在枝晶中心附近,微观偏析程度基本保持一致,而在远离中心点的外围区域,微观偏析程度的波动十分明显。     

氩气雾化Ti6Al4V预合金粉末的制备及特性研究

采用氧气雾化法制备出Ti6Al4V预合金粉末,并对粉末的粒度分布、形貌和微观结构进行了研究.结果表明:所制备的粉末颗粒细小,粒度呈正态分布.粉末大部分为球形或近球形,粉末表面为近似六边形胞状组织,大颗粒粉末表面相对较为粗糙,并伴有少量的卫星颗粒,小颗粒粉末表面光滑,并且没有黏附卫星颗粒.粉末的内部组织呈现为胞状结构,组织细小均匀.粉末主要由α相胞晶和细针状马氏体α ′组成,这都是快速凝固所形成的;随着粉末粒度的减小,针状相数量和尺寸减小,并且部分发生球化形成细小的球化相.粉末表面存在一定的成分偏析以及碳、氧元素污染,氧化膜的厚度约为30μm.     

重力对镍基单晶高温合金枝晶生长和微观偏析的影响

使用长50 m的落管研究Ni-Cr-Al-W-Ta镍基单晶高温合金在重力(1g)和微重力(μg)条件下的凝固行为。用金相显微镜(OM)观察合金的凝固组织并用图像分析软件测量和统计一次和二次枝晶间距,使用扫描电镜能谱(SEM-EDS)测定不同位置枝晶干与枝晶间的化学成分并计算微观偏析系数。结果表明,在重力和微重力条件下这种合金的枝晶特征和合金元素的微观偏析明显不同。重力样品一次和二次枝晶间距比微重力样品的大,随着凝固距离的增大一次枝晶间距的差异变大,而二次枝晶间距的差距变化不大。随着凝固的进行,微重力样品枝晶间Ta、Cr和Al元素的含量呈现先明显升高后略微降低的趋势,W元素含量呈现逐渐下降的趋势,枝晶间液相的密度呈现略微降低的趋势。重力样品枝晶间Ta、Cr和Al元素含量的分布趋势与微重力样品基本相似,W元素含量的分布则与微重力样品明显不同,大部分凝固阶段呈上升趋势,使枝晶间液相的密度沿逆重力方向提高。上述结果表明,在重力条件下凝固前沿溶质密度差导致的对流作用微弱,不是造成枝晶间距增加的主要原因,主要原因应该与凝固前沿热对流造成的温度梯度的降低有关。     

Ti-6Al-4V三元合金焊接熔池凝固组织模拟

将二元合金元胞自动机模型与热力学相平衡求解软件相结合,提出了一种三元合金元胞自动机模型.对模型的稳定性进行了验证,模拟了Ti-6Al-4V三元合金焊接熔池凝固过程中枝晶的生长形貌、溶质浓度的分布以及扰动振幅对枝晶生长的影响,并进行了金相实验验证.结果表明,模型稳定性良好,能够实现三元合金焊接熔池凝固过程的数值模拟;熔池中枝晶择优生长显著,且存在晶界偏析现象;Al元素与V元素在液相中的浓度分布规律大致相同;随着扰动振幅的增大,熔池中的枝晶数量逐渐增加,枝晶臂间距减小,竞争生长进一步加强;模拟结果与实验结果基本吻合.     

Si对K40S合金显微组织及力学性能的影响

研究了Ｓｉ对Ｋ４０Ｓ合金显微组织及８１５℃,２０５ＭＰａ条件下的力学性能的影响。结果表明,随着Ｓｉ含量的升高,Ｋ４０Ｓ合金凝固时界面生长由枝晶生长转向明显的内生生长;虽然Ｓｉ元素主要在枝晶间或晶界偏析,但当Ｓｉ含量升高到一定程度后,枝晶内的浓度逐渐升高而达到显著水平;持久拉伸断口呈现明显的枝晶间断裂特征,持久寿命下降。     

强磁场对Al-7%Si合金凝固过程中初生α-Al枝晶分布的影响

采用超导强磁场装置研究了磁场强度对有、无细化剂颗粒Al-7%Si(质量分数)合金凝固组织的作用效果。研究发现,施加强磁场使无细化剂颗粒合金中的初生α-Al枝晶转变为发达枝晶形貌,二次枝晶生长充分,三次枝晶分支明显,枝晶尖端清晰可见;晶粒细化,且枝晶主轴与磁场方向呈30°规则排列。施加强磁场后初生α-Al枝晶数量和Si在α-Al中的溶解度都有少量增加。强磁场抑制添加细化剂合金熔体中的对流,加剧了Ti的重力偏析,使初生α-Al相出现明显枝晶化趋势,方向性增强,枝晶臂粗化明显。     

两种定向凝固方法DZ22合金的力学性能和组织

比较了超高梯度定向凝固法（ＺＭＬＭＣ法）和普通定向凝固法（ＨＲＳ法）对ＤＺ２２合金的高温力学性能和组织的影响。结果表明：ＺＭＬＭＣ法大幅度地提高了合金的高温力学性能，９８０℃，２２０ＭＰａ条件下的高温持久寿命由７２ｈ提高到１６８ｈ；一次、二次枝晶臂间距λ１和λ２分别由１５０ｕｍ和５０ｕｍ左右到减小到６８ｕｍ和１６ｕｍ左右；元素的枝晶偏析得到抑制；合金显微组织的组成相ｒ’，（ｒ＋ｒ’）共晶，ＭＣ型碳     

Influence of Processing Parameters on Granularity Distribution of Superalloy Powders during PREP

In order to investigate the influence of processing parameters on the granularity distribution of superalloy powders during the atomization of plasma rotating electrode processing (PREP), in this paper FGH95 superalloy powders is prepared under different processing conditions by PREP and the influence of PREP processing parameters on the granularity distribution of FGH95 superalloy powders is discussed based on fractal geometry theory. The results show that with the increase of rotating velocity of the self-consuming electrode, the fractal dimension of the granularity distribution increases linearly, which results in the increase of the proportion of smaller powders. The change of interval between plasma gun and the self-consuming electrode has a little effect on the granularity distribution, also the fractal dimension of the granularity distribution changed a little correspondingly.     

热等静压FGH95粉末涡轮盘

采用氩气雾化和等离子旋转电极雾化两种制粉工艺制备的ＦＧＨ９５粉末和双韧化（颗粒界面韧化＋热处理强韧化）热等静压近尺寸成形盘件制备工艺,制备了ＦＧＨ９５粉末涡轮盘。性能达到国外同类合金的Ａ级水平并装机通过了发动机的盘件结构试验与试车。     

等离子旋转电极雾化法制备高品质Ti-6.5Al-1.4Si-2Zr-0.5Mo-2Sn合金粉末

旨在制备高品质Ti-6.5Al-1.4Si-2Zr-0.5Mo-2Sn粉末,为后续粉末高温钛合金构件的制备奠定基础。首先采用真空自耗电弧熔炼(VAR)技术制备Ti-6.5Al-1.4Si-2Zr-0.5Mo-2Sn合金铸锭,对铸锭进行化学成分检测,并分析其合金元素损耗、成分均匀性以及显微组织和物相组成。利用制得棒料,采用等离子旋转电极雾化法(PREP),选取不同转速制备得到钛合金粉末,将粉末筛分成不同粒度范围。研究了棒料转速与粉末理化性能间的关系。采用X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、金相显微镜(OM)分别分析了粉末的物相组成、形貌和微观组织。研究表明:通过独特的压制电极设计,可制得成分均匀、元素损耗小的钛合金铸锭,且各合金元素含量满足国标的要求。铸锭微观组织为层片状结构,基体中存在少量大小不均的Ti5Si3硅化物相。PREP法制得的钛合金粉末呈正态分布,且球形度好,无空心球和卫星球。随着转速增加,小颗粒粉末占比增加,大颗粒粉末占比大幅度降低。粉末颗粒以胞状组织为主,存在少量的枝晶。合金粉末主要由α′马氏体相组成。相比合金铸锭,粉末中各合金元素略有损耗,O元素质量分数小于0.1%,有利于制得高性能的粉末钛合金。     

Characteristics and atomization behavior of Ti-6Al-4V powder produced by plasma rotating electrode process

In the present research, the characteristics and atomization behavior of Ti-6Al-4V powders produced by plasma rotating electrode process (PREP) with different rotation speeds were investigated. Three kinds of particles in the as-PREPed powders are observed: spherical particles, satellite particles and irregular particles. The mean particle size of the PREP powder decreases and its distribution becomes narrower gradually with increasing rotation speed. PREP powder at higher rotation speed demonstrates lower fractions of both satellite particles and irregular particles. By observing the residual electrode tip, it is considered that the irregular particles with corner or flat shape are possibly caused by the tearing of liquid film under the action of centrifugal force and shear force during the atomization process.     

SiO2在FGH96高温合金中的遗传特征

研究了SiO2颗粒在FGH96高温合金各不同工艺状态中的行为特征,结果表明:经热等静压处理后,SiO2尖角分明的特征消失,在界面处有反应过渡区生成,变成了一种"复合"非金属夹杂物.反应的驱动力为粉末和SiO2颗粒的表面能及在热等静压过程中球形粉末变形产生的应变能.在随后的各工艺状态中,SiO2在形貌、尺寸和元素分布等方面表现出了一定的行为特征.     

粉末高温合金中夹杂物特性及与不同成型工艺的关系

全面研究了FGH95粉末高温合金原始粉末和粉末处理过程中夹杂物的性质(成分、分类和形貌),分析了其数量和来源,研究了夹杂物在不同成型工艺下的变形特征,讨论了解决夹杂物问题的方法.     

直接HIP成形FGH95合金组织和性能的研究

研究了直接热等静压形工艺ＰＧＨ９５合金的组织和性能，确定了低成本的ＨＩＰ工艺可以获得组织均匀，综合性能良好的ＦＧＨ９５合金制件，在保证粉末质量的前提下可以成为ＦＧＨ９５合金大型涡轮盘环的制造工艺。     

Microstructure and properties of hot isostatically pressed powder and extruded Ti25V15Cr2Al0·2C

Abstract

The influence of process route on the microstructure and tensile behaviour of specimens prepared from hot isostatically pressed powders and extruded ingot of the burn resistant alloy, Ti–25V–15Cr–2Al–0·2C (wt-%), has been investigated. Samples based on gas atomised (GA) and plasma rotating electrode process (PREP) powders have been studied. Microstructural examination shows that many PREP powder particles are single crystals, whereas GA particles are polycrystalline. The mechanical properties of hot isostatically pressed specimens have been assessed using tensile testing monitored by acoustic emission, while microstructures have been characterised by synchrotron X-ray microtomography and optical and analytical scanning electron microscopy. Tomographic examination revealed a small fraction (<0·002 vol.-%) of pores in samples made from hot isostatically pressed GA powders, but no porosity was detected in samples made from hot isostatically pressed PREP powder. In view of their similar tensile behaviour, it is concluded therefore that the porosity does not contribute to the scatter and poor ductility in these hot isostatically pressed samples. These pores increased in size and volume fraction after heat treatment above the hot isostatic press temperature. The large scatter in tensile properties of both hot isostatically pressed GA and PREP samples was correlated with the presence of large (100–400 μm) circular crack initiation sites on the fracture surfaces, but the origin of these initiation sites has not been identified.     

大型粉末高温合金锻件热处理过程的数值模拟

测量并推算了盘件用FGH95合金的比热容等物理性能，用反推法计算了得到了热交换系数的函数计算公式，模拟计算了FGH95粉末高温合金锻件的温度和淬火应力场，并与实测值进行了对比，结果相符。计算并实测了不同冷速下FGH95合金的力学性能。本研究结果对实际热处理工艺具有实际意义。     

缓冷处理对FCH95合金显微组织的影响

研究了缓冷处理过程中ＦＧＨ９５合金显微组织的变化规律，解释了双冷速缓冷处理后合金的高温流变应力降低的原因，为ＦＧＨ９５合金锻前预热处理工艺提供了依据。