低频电磁场对半连续铸造Al-Mg-Si-Cu合金显微组织的影响

采用低频电磁场半连续铸造工艺制备Al-Mg-Si-Cu铝合金铸锭,研究了低频电磁场对Al-Mg-Si-Cu铝合金铸锭组织的影响。结果表明,施加低频电磁场可以细化Al-Mg-Si-Cu铝合金铸锭的晶粒组织,减轻晶内元素的偏析程度。与常规半连续铸造相比,施加频率为20 Hz、电流为120 A的交变电磁场后,铸锭中的等轴晶组织增多,枝晶状组织减少,晶粒尺寸变得更加细小,铸锭边部和中心平均晶粒尺寸由常规半连续铸造的170和259μm分别降至133和187μm,同时有利于提高溶质元素在晶内的分布,很大程度上减轻了溶质元素的偏析。此外,低频电磁场的电磁振荡使得液穴内部温度场和流动场更趋均匀,溶质元素分配系数增大,结晶区间变小,抑制了树枝晶的生长,促进了Al-Mg-Si-Cu合金半连续铸锭中非枝晶组织的形成和溶质元素的强制固溶,并且抑制了溶质元素的偏析。     

电渣重熔连续定向凝固Rene88DT合金组织与偏析行为（英文）

利用电渣重熔连续定向凝固技术(ESR-CDS)成功制备了Rene88DT高温合金铸锭。借助于金相显微镜,带有能谱的扫描电镜以及透射电镜,对电渣重熔连续定向合金Rene88DT铸锭进行分析,并与传统电渣铸锭进行了对比。研究结果显示,电渣重熔连续定向凝固合金Rene88DT铸锭消除了最为严重的中心偏析,中心偏析在传统电渣铸锭中是普遍存在的,这种偏析存在于柱状晶与等轴晶交界处或者柱状晶之间相互交界面处。此外,电渣重熔连续定向凝固合金二次枝晶间距较传统电渣铸锭小,析出相尺寸也较小。由于微观偏析程度的降低,使得合金在经过1200℃,24 h后的热处理即可达到均匀化效果。夹杂物统计结果显示,电渣重熔连续定向凝固合金夹杂物最大尺寸为5.89μm,与传统电渣合金和粉末合金相比夹杂物数量降低60%。电渣重熔连续定向凝固合金宏观偏析和夹杂物水平的降低可提高热加工塑性,为铸和锻工艺实施提供基础。     

钛合金VAR铸锭中的偏析

钛合金铸锭通常都是将海绵钛与合金添加料配合,压制电极块,焊接一次电极,然后二次真空电弧熔炼(简称VAR)而成.该工艺方法本身就存在来自合金元素添加方法引起的偏析和凝固偏析两大弊病.前者一是由于合金元素在电极块中分布不均匀,熔炼中来不及消除就凝固了;二是合金元素中有高熔点和高密度元素,在两次VAR中不能完全熔化和混合均匀.后者是由于电磁力、浮力和重力等因素引起的合金元素集聚而产生的宏观偏析与微观偏析.     

三联熔炼GH4169合金大规格铸锭与棒材元素偏析行为

采用真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔+真空自耗重熔三联熔炼方法制备大规格GH4169合金铸锭,利用SEM、TEM、EPMA和EDS分析了大规格GH4169高温合金自耗锭(直径508 mm)与棒材(直径240 mm)不同部位的典型元素含量和析出相特征。结果表明:大规格铸锭中Al元素偏析程度较轻,而Nb、Ti和Mo元素偏析较重,枝晶间凝固时析出较多的MC相、Laves相和δ相等。经过两阶段高温均匀化处理和开坯锻造后,GH4169棒材内无"黑斑"、"白斑"等宏观偏析,元素微观偏析也被基本消除。结合计算仿真,进一步对比分析了三联熔炼GH4169与Inconel 718合金棒材的化学成分均匀性,发现国产GH4169存在元素的区域偏析,其棒材的典型元素样本方差值(能够体现区域元素偏析程度)与Inconel 718棒材相比存在差距。这种区域元素偏析对国产三联熔炼GH4169棒材的力学性能(如硬度等)波动性造成一定程度的影响。通过精细控制熔炼过程参数,优化均匀化热处理和锻造工艺,有助于进一步降低GH4169合金大规格棒材的区域元素偏析。     

双联法制备100 kg级匀质TiNi合金铸锭

目前国内工业生产的等原子比TiNi合金铸锭约20 kg。为提高铸锭单重及其相转变温度的均匀性,采用真空感应熔炼(VIM)与真空自耗重熔(VAR)相结合的方法生产100 kg级TiNi合金铸锭。对双联法制备φ160 mm-120 kg的Ti-50.9Ni合金铸锭进行化学成分与相转变温度的检测。结果表明:Ti-50.9Ni合金降温时马氏体开始转变温度Ms=-53℃,后续升温过程中奥氏体终了转变温度A_f=-18℃,属于低温TiNi二元合金。VIM+VAR二次铸锭的化学成分均匀,C、O元素含量降低。VIM+VAR二次铸锭中C含量显著降低,约为VIM一次铸锭的1/8,提高了相转变温度A_f的均匀性,偏差达到±5℃的水平。分析不同熔炼方法对TiNi合金相转变温度均匀性的影响,总结出双联法的优势互补性。VIM制备的TiNi合金铸锭成分均匀,VAR进一步精炼、提纯、增大锭型,提出了制备大型匀质TiNi合金铸锭的新思路。     

VAR熔炼中搅拌磁场对元素宏观偏析的影响

在利用真空自耗电弧炉(VAR)熔炼钛及钛合金铸锭时,因VAR熔炼本身特点,铸锭规格大型化后会出现合金元素控制困难、宏观偏析等问题,对产品质量造成严重影响。通过对成品直径为1040 mm的TA2铸锭中Fe元素、TA10铸锭中Ni元素成分进行分析,设计实验探究搅拌磁场对元素宏观偏析的影响。实验通过改变熔炼时的电磁搅拌方式,探究搅拌磁场对Fe、Ni元素宏观偏析的影响。结果表明两次熔炼都使用交流搅拌磁场的铸锭其偏析程度远远小于一次直流搅拌、二次交流搅拌的铸锭,头底Fe元素偏析率降低到6.25%。头底Ni元素偏析率降低到6.41%。经过分析,主要原因是因为搅拌磁场会影响熔池深度及金属凝固时的结晶,减弱Fe、Ni元素在钛熔液里凝固时因溶质再分配造成的结晶浓度偏差。     

Cu-Cr-Zr-Mg合金真空熔铸工艺研究

研究了Cu-Cr-Zr-Mg合金的真空熔铸工艺对合金成分、铸锭的组织和性能的影响，并优化了Cu-Cr-Zr-Mg合金的真空熔炼工艺（如熔铸工艺参数和铸模预处理工艺等）。试验证明：熔炼温度不能超过1480℃，否则熔体可能与坩埚材料发生反应，从而将坩埚中的元素带人合金中，真空熔炼可以大大降低合金元素的烧损，合金成分能够得到精确的控制，浇注温度不高于1400℃，否则容易导致铸锭致密度下降、气孔增多、晶粒粗大、枝晶偏析、冒口缩孔过深等缺陷。     

重力铸造Cu-15Ni-8Sn合金圆柱形铸锭的宏观偏析研究

采用光谱、金相显微镜和扫描电子显微镜研究了冒口补浇的Cu-15Ni-8Sn合金金属型和砂型重力铸造工艺,重点研究了直径150 mm高度330 mm的铸锭中Sn元素的宏观偏析。结果表明:1335℃浇注后,金属型铸锭的二次枝晶间距平均值为67.9μm,远小于砂型铸锭的171.9μm;在采用冒口补浇工艺下,金属型铸锭在底部和中部的Sn元素宏观偏析程度比砂型铸件低,而上部反之;无论金属型还是砂型铸锭,Sn含量最低的位置均位于凝固最慢的铸锭中心部位。     

电渣重熔连续定向凝固Rene88DT合金组织与偏析行为

利用电渣重熔连续定向凝固技术(ESR-CDS)成功制备了Rene88DT高温合金铸锭。借助于金相显微镜,带有能谱的扫描电镜以及透射电镜,对电渣重熔连续定向合金Rene88DT铸锭进行分析,并与传统电渣铸锭进行了对比。研究结果显示,电渣重熔连续定向凝固合金Rene88DT铸锭消除了最为严重的中心偏析,中心偏析在传统电渣铸锭中是普遍存在的,这种偏析存在于柱状晶与等轴晶交界处或者柱状晶之间相互交界面处。此外,电渣重熔连续定向凝固合金二次枝晶间距较传统电渣铸锭小,析出相尺寸也较小。由于微观偏析程度的降低,使得合金在经过1200℃/24h后的热处理即可达到均匀化效果。夹杂物统计结果显示,电渣重熔连续定向凝固合金夹杂物最大尺寸为5.89微米,与传统电渣合金和粉末合金相比夹杂物数量降低60%。电渣重熔连续定向凝固合金宏观偏析和夹杂物水平的降低可提高热加工塑性,为铸&锻工艺实施提供基础。     

Ni-Cr-Al基合金电渣重熔定向凝固铸锭的偏析行为及均匀化处理

采用电渣重熔(ESR)定向凝固(CDS)技术制备了Ni-Cr-Al基高温合金铸锭，对其元素偏析进行了观察分析，并对均匀化工艺进行了研究。结果表明，Ni-Cr-Al基合金铸锭组织均匀，一次和二次枝晶间距差别不大，平均二次枝晶间距及主要合金元素Al、Cr、Fe的偏析系数均小于传统ESR铸锭。Ni-Cr-Al基合金铸锭的最佳均匀化工艺为1150℃×15 h,经该工艺处理后，主要合金元素Al、Cr、Fe的偏析系数均趋于1.0,组织已无树枝晶形貌，γ′相更加细小且均匀分布，晶界碳化物呈分散颗粒状，有利于开坯锻造中的热加工塑性。     

16Cr3NiWMoVNbE齿轮钢的疲劳性能与裂纹萌生

采用真空感应熔炼+真空自耗重熔(VIM+VAR)工艺制备16Cr3NiWMoVNbE齿轮钢。测定了试验钢的疲劳极限和S-N曲线。通过观察断口,分析疲劳萌生类型和影响因素。结果表明:疲劳极限强度达到773 MPa,疲劳裂纹萌生于表面驻留滑移带、表面缺陷、近表面夹杂物和次表面夹杂物。表面驻留滑移带萌生疲劳裂纹占13%,表面缺陷萌生裂纹占33.3%,近表面夹杂物萌生占40%,次表面夹杂物萌生占13%。当疲劳裂纹萌生于内部夹杂物时,疲劳寿命随应力的增大而减小;在一定实际应力作用下,疲劳寿命随夹杂物尺寸的增大而减小。随着实际应力增加,疲劳裂纹萌生的夹杂物临界尺寸减小。     

不同熔炼方式对纯镍铸锭中夹杂物的影响

通过对比大气感应熔炼与真空感应熔炼两种制备方法下所制备纯镍铸锭所含夹杂物的异同,采用XRD、SEM+EDS与电解萃取法对其所含夹杂物进行了分析。实验结果表明:铸锭中含有大量的非金属夹杂物且呈现不均匀分布,夹杂物大多聚集在晶粒内部;夹杂物主要含有C、O、Fe、Si、Al等元素,它们的存在形式为氧化物、碳化物以及复杂的铝酸盐或硅酸盐;夹杂物中杂质元素的主要来源是添加辅料,其中杂质元素Fe主要来源于洗炉,大气对其影响比较小;相比大气感应熔炼,真空感应熔炼优势并不明显。     

FGH95合金铸锭均匀化处理工艺研究

采用热处理和等温压缩两种工艺对FGH95合金铸锭的均匀化处理进行了研究,分析了FGH95合金铸锭均匀化处理前后的枝晶组织变化及微区成分变化。结果表明:FGH95合金铸锭存在严重的枝晶偏析,经1170℃×20h均匀化处理或在1150℃等温压缩70%后,合金铸锭的组织和成分达到均匀化,铸锭内的枝晶偏析得以消除,并且1150℃等温压缩70%工艺比1170℃×20h工艺所得的组织更加细小,晶粒平均尺寸约为85.28μm。     

无机材料吸热棒对钢铸锭凝固组织及宏观偏析的影响

针对铸锭在凝固过程中的元素偏析及组织缺陷等问题,制备了一种可均匀铸锭凝固过程温度场的无机材料吸热棒。将该吸热棒置于铸模中,浇注时吸收钢液热量,加速钢液冷却,使铸锭内外同时凝固,缩短铸锭的完全凝固时间。结果表明:(1)施加吸热棒后,铸锭的完全凝固时间从340 s缩短为300 s;(2)铸锭心部形成了大量细小的等轴晶,其比例由20%提高至73%;(3)铸锭1/2半径处二次枝晶间距从490μm减小至176μm,心部二次枝晶间距从528μm减小至163μm;(4)铸锭碳偏析指数范围从0. 94～1. 1变为0. 97～1. 05,硫偏析指数范围从0. 72～1. 45变为0. 76～1. 21;(5)铸锭心部的夹杂物指数从1. 757%降至0. 458%。     

GH742铸锭偏析及均匀化过程中元素分布规律

为了揭示高合金化难变形GH742高温合金铸锭偏析规律及随后均匀化处理过程中元素分布规律，采用微观组织分析手段分析研究了该合金铸态和均匀化态的显微组织和元素的偏析情况：根据实验中偏析元素Nb，Ti的分布，讨论了偏析指数与工艺参数和材料参数的关系。研究结果认为：偏析指数的变化量舶在枝晶间距为80μm～120μm时减小量最大，并且在枝晶间距为120μm的条件下，合金在1160℃退火8h和16h的Nb元素的占计算值与实验值较符合。     

2024高强度硬铝合金铸态组织及性能研究

采用金相显微镜、扫描电镜、维氏硬度计、力学拉伸试验机和涡流电导仪测试了铸锭不同位置的组织、硬度、力学性能及电导率。结果表明:2024高强度硬铝铸锭无疏松、夹杂、裂纹等铸造缺陷,铸锭偏析层厚度≤8 mm,合金的过烧温度为499.1℃,铸锭边部和心部位置成分偏析≤0.01%。铸锭径向截面中心、R/2和R位置的晶粒度依次为2、2和2.5级,晶粒平均尺寸依次为172、161和143μm。合金组织出现大量发达枝晶,连续枝晶网格显著,甚至出现了二次枝晶。铸锭中心、R/2和R位置的电导率变化不大,但硬度和拉伸力学性能均呈现出铸锭R位置较大、中心位置较小的趋势。     

FGH95合金铸锭均匀化处理工艺研究

采用热处理和等温压缩两种工艺对FGH95合金铸锭的均匀化处理进行了研究,分析了FGH95合金铸锭均匀化处理前后的枝晶组织变化及微区成分变化.结果表明FGH95合金铸锭存在严重的枝晶偏析,经1 170℃×20h均匀化处理或在1 150℃等温压缩70%后,合金铸锭的组织和成分达到均匀化,铸锭内的枝晶偏析得以消除,并且1 150℃等温压缩70%工艺比1170℃×20h工艺所得的组织更加细小,晶粒平均尺寸约为85.28μm.     

Ni-Cr-Mo-Cu合金的固溶处理及其对耐蚀性的影响

基于扩散理论运用和具体分析,本工作对于所研制的Ni-Cr-Mo-Cu铸态合金的固溶处理工艺及其对成分、组织和腐蚀抗力的影响进行了试验研究.结果表明:手工电弧熔炼、真窄感应熔炼和真空自耗电极熔炼的铸态组织有明显区别,分别为较细的胞状或网络状结构(其胞尺寸约20μm)、粗大的树枝晶(其枝晶间距80～100μm)和发达的方向性树枝晶组织(间距为60～80μm).经1140～1170 ℃、2.5h的固溶处理后,上述胞状或枝晶组织消失、偏析组织达到均匀化.与铸态合金相比,固溶状态的合金在4种介质(50%HNO3、30%HCl、15?Cl3和混合酸)中的耐蚀性都获得提高(15%～25%以上).     

VAR过程中Ti-1023合金凝固组织和偏析行为的研究

采用SEM、XRD及化学成分分析等方法,分析了真空自耗电弧熔炼(VAR)过程中Ti-1023铸锭的凝固组织及相组成,研究了搅拌磁场对铸锭宏微观偏析行为的影响。结果表明,等轴晶区主要为针状和片层状的α相结构,而柱状晶区中等轴颗粒状的α相结构较多;在铸锭柱状晶和等轴晶内,Fe含量沿晶粒生长方向逐渐增加,且等轴晶内Fe的偏析程度要大于柱状晶内的;施加搅拌磁场后,Fe在柱状晶和等轴晶内的偏析程度都有所减小,同时Fe在Ti-1023铸锭中的宏观偏析程度降低,这对该合金中β斑的形成具有重要的影响。     

改型617合金的铸态组织特征及均匀化工艺

利用扫描电镜分析、模拟热处理等方法,研究了700℃超超临界电站汽轮机转子用改型617合金双真空冶炼(VIM+ESR)后的铸态组织特征和均匀化热处理后的微观组织变化。结果表明,铸态组织存在明显的偏析,主要偏析元素为Mo和Ti,偏聚于枝晶间;枝晶间和晶界上分布有块状和连续的碳化物;均匀化热处理后枝晶明显消除,块状碳化物部分溶解,晶界连续碳化物充分溶解;该合金成分均匀化主要受Mo原子扩散控制。提出改型617合金均匀化热处理工艺应为1180~1200℃保温24 h以上。