DD6单晶高温合金氧化物夹杂形成的热力学计算及分析EI北大核心CSCD

采用Thermo-calc热力学计算软件以及JMatPro分析软件对DD6镍基单晶高温合金真空感应熔炼过程中氧化物夹杂形成的热力学条件进行了计算分析。结果表明:DD6单晶高温合金熔化和凝固过程中形成的氧化物夹杂主要为Al2O3。热力学平衡状态下,熔化阶段和凝固阶段合金液中氧的活度分别在(3.21～14.0)×10-7,(1.63～4.89)×10-8范围内。在真空度为0.1Pa时,采用CaO坩埚熔炼DD6合金将会造成熔体增氧和Al2O3夹杂的产生。为了使Al2O3夹杂含量降低至10×10-6以下,合金化开始前应将氧的含量控制在4.709×10-6以内。     

加Re新型单晶高温合金熔体与Al2O3型壳界面关况研究

对加入Re的新型单晶高温合金与Al2O3型壳之间的界面状况进行了研究,结果表明,在1550度下,熔融的合金液体不会与Al2O3型壳产发生反应,Al2O3型壳是与DD3＋2Re(wt%)新一代单晶配合良好的材料。     

加Re新型单晶高温合金熔体与Al2O3型壳界面状况研究

对加入Re的新型单晶高温合金与Al2O3型壳之间的界面状况进行了研究。结果表明，在1550℃下，熔融的合金液体不会与Al2O3型壳产生反应，Al2O3型壳是与DD3+2Re(wt%)新一代单晶配合良好的材料。，The boundary condition between Al2O3 mould shell and a new type single crystal superalloy has been investigated. The results show that the melted superalloy does not react with Al2O3 mould shell,and the Al2O3 mould shell is a good kind of material to match the DD3+Re(2%wt) superally.     

DD6单晶高温合金导向叶片定向凝固过程数值模拟

建立涡轮导向叶片三维实体模型,采用有限元软件ProCAST对DD6单晶高温合金导向叶片凝固过程温度场进行数值模拟;测试DD6单晶高温合金导向叶片不同位置凝固过程的温度变化.结果表明:数值模拟结果与实测结果偏差小于5％,吻合良好;导向叶片叶身的温度梯度大部分保持在25～45℃/cm范围内,缘板处温度梯度约为35℃/cm,...     

真空感应熔炼CuCr25合金氧含量的影响因素

研究了坩埚材料、真空度和合金元素Al对真空感应熔炼CuCr2 5合金氧含量的影响。结果表明 :使用碱性氧化物MgO坩埚制得的CuCr2 5合金的氧含量非常高 ,达到千分之几 ,同时可以引起Cr的偏析。而使用中性氧化物Al2 O3 坩埚后可以完全避免这些问题 ,合金的组织和性能大大改善 ,氧含量降低到 70 0× 10 -6左右 ,如果在此基础上添加适量的脱氧剂Al,则可以制备出性能优异的CuCr2 5触头材料 ,其性能完全达到常规CuCr5 0触头材料的水平。     

SiO_2-ZrO_2陶瓷型芯与DZ125,DD5和DD6三种铸造高温合金的界面反应

采用热压注工艺制备以钙稳定氧化锆为矿化剂的SiO2-ZrO2陶瓷型芯试板,继而通过定向凝固分别在1510℃和1530℃制备SiO2-ZrO2型芯与DZ125,DD5和DD6三种高温合金的界面反应空心试板,将空心试板于相同高度处横向剖开,对获得的合金/型芯界面反应试样的微观形貌进行SEM和EDS分析。结果表明,SiO2-ZrO2陶瓷型芯在1500℃以上的高温化学稳定性差,与DZ125,DD5和DD6合金均发生不同程度的界面化学反应,反应产物类型与合金成分密切相关。对于Hf含量较高的DZ125合金来说,合金中Hf与SiO2-ZrO2型芯中的SiO2反应生成HfO2,并在合金表面富集,阻止了合金中Al与型芯的反应。对于Hf含量较低的DD5,DD6合金来说,合金与SiO2-ZrO2型芯界面反应的产物是Al2O3,其由合金中Al与SiO2反应生成,而矿化剂钙稳定氧化锆对这一界面反应有促进作用。     

电热还原法制备V-Ti-Cr-Fe储氢合金

采用电热还原热法制备了V-Ti-Cr-Fe合金,考察了CaO加入量、Al-Ca还原剂用量及精炼剂成分对制备效果的影响。结果表明,CaO和Al-Ca合金用量对Ti的收得率和合金中杂质含量影响显著,m(CaO)/m(Al)为0.9、m(Al-Ca)/m(Al)为0.5时的熔炼效果较好,Ti的收得率可达66%,Al、O杂质含量可分别达到3.66%和0.75%(质量分数)。以90%(3CaF_2-CaO)-10%V_2O_5(质量分数)渣体为精炼剂,采用喷吹造渣的精炼方法,可较有效地去除合金中的Al杂质,并能起到一定的预脱O作用,精炼后Al和O含量可分别降到1.23%和0.59%(质量分数)。SEM分析表明,未精炼的合金除了含有固溶体主相外,还含有很多氧化物夹杂相,而通过喷吹造渣精炼,夹杂相明显减少。     

高Cr铸造镍基高温合金K4648的母合金净度研究

对两炉冲击韧性存在明显差异的高Cr铸造镍基高温合金K4648进行了对比研究,通过分析两炉母合金的主量元素和气体含量,采用电子束纽扣锭(EB锭)实验观察合金内夹杂物和对母合金用原材料金属Cr的显微组织分析等方法研究了K4648母合金净度。结果表明:1#与2#炉批母合金主量元素无明显差别。1#母合金由于气体元素O含量高达(20.5±7.5)×10-6,远高于2#合金的6×10-6,造成其室温冲击韧性(aku)不及2#合金的一半,低于技术条件要求的19.6J/cm2。电子束纽扣锭(EB锭)实验可有效地将K4648中的夹杂物汇聚,经分析主要是富Y,Ce的氧化物和富Al氧化物。证明高Cr铸造镍基高温合金K4648中添加稀土元素Y,Ce可有效攫取合金中自由态的O和S,生成稳定的稀土氧化物或硫化物,起到净化合金的作用。K4648母合金原材料中金属Cr基体中固溶有15%(质量分数)的元素O,还分布有富Cr氧化物和Cr,Al,Si的复合氧化物。此外,还存在含N、贫O区域,该区域的维氏显微硬度可达8.2GPa,是Cr基体1.3GPa的6倍,证明N使金属Cr的硬度明显升高。     

浇注温度对DD6单晶高温合金凝固组织的影响

研究了浇注温度对第二代单晶高温合金DD6凝固组织的影响.结果表明,随着浇注温度的降低,DD6合金的一次枝晶间距稍有增加,枝晶干与枝晶间γ′相尺寸略有增大,γ-γ′共晶相尺寸增加,共晶含量略有减少,合金中主要元素偏析明显减轻.     

电子束精炼GH4068高温合金的除杂工艺及机制研究

目的 探究电子束精炼法对GH4068合金中夹杂物去除行为的影响。方法 用电子束熔炼设备对常规冶炼法制备的GH4068高温合金进行了精炼，使用扫描电子显微镜(SEM)及其配备的能谱(EDS)功能探究了合金中夹杂物的形貌、成分、数量及尺寸，并用AZtec软件进行了统计分析。结果 在GH4068合金中，含量最多的夹杂物为Al2O3-TiN复合型夹杂物，其次为氧化物、氮化物以及少量的碳氮化物。经电子束精炼后，合金中的O含量、N含量、夹杂物的数量密度和面积密度以及最大夹杂物尺寸均有所降低;当精炼参数为12 kW-30 min时，精炼效果最佳，合金中的氧的质量分数降低到6.50×10⁻⁶(下降了80.06%)，氮的质量分数降低到0.13×10⁻⁶(下降了95.00%)，夹杂物的数量密度和面积密度分别降低到21.99个/mm²和34.08 μm²/mm²(分别降低了45.62%和52.40%)，最大夹杂物面积降低到12.59 μm²(母材面积为50.23 μm²)，GH4068的纯净度得到了显著提高。结论 电子束精炼法有良好的除杂效果，且除杂效果随功率的升高呈现出先增强后减弱的趋势，GH4068合金的最佳精炼工艺参数为12 kW-30 min。     

Al2O3型壳与定向凝固合金IC10的界面反应

采用扫描电子显微镜、能谱分析等研究定向凝固合金IC10与Al2O3陶瓷型壳的界面反应.结果表明:Al2O3型壳与IC10合金发生界面反应,合金表面粘砂严重;IC10合金中由于含有1.5％(质量分数,下同)Hf,使其活泼程度明显增加.界面反应层厚度约5～8μm,反应区分成内、外两层,外层为HfO2,内层为富(Al,Ta,Nb)氧化物层,Al含量占80％.Hf和Al是界面反应的主导元素.     

Cr2O3对Al2O3基渣系黏度的影响

铝热还原制备铜铬合金时,合金中会存在气孔以及Al2O3、Cr2O3等夹杂物,采用电渣重熔工艺可有效去除气孔及夹杂物等缺陷。采用内柱体旋转法测量了不同组成的CaO-Al2O3-Cr2O3、CaO-Al2O3-CaF2-Cr2O3渣系的黏度,采用XRD技术分析了高温熔炼渣的物相,并计算了各渣样的黏流活化能。研究结果表明,当碱度不变时,随着CaO-Al2O3中Cr2O3含量的增加,渣样的黏度逐渐降低。当Cr2O3含量为4%时,下降的趋势很大,当Cr2O3含量为2%时黏度下降趋势平缓,当渣系中Cr2O3含量较高时会出现Ca3Al2O6等高熔点相,造成渣黏度增大。CaO-Al2O3-CaF2-Cr2O3渣的高温黏度较低,1500℃时渣样的粘度均小于0.1Pa.s。渣系的黏流活化能变化趋势与渣样的黏度值变化趋势一致。     

700 ℃超超临界锅炉材料GH4700镍基合金Al2O3+TiN复合析出行为研究

运用金相、扫描、热力学与动力学计算的方法,对真空感应冶炼GH4700镍基高温合金中Al2O3+TiN复合析出行为进行研究,结果表明:Ti、N、O的偏析因子对冷速不敏感;合金中以Al2O3+TiN复合夹杂为主;纯TiN只能在固相分数大于95%的两相区开始生成,尺寸约为4.5～5μm,与实际观察的尺寸基本吻合,而对于Al2O3+TiN复合夹杂物,尺寸及分布范围较纯TiN析出物要宽.     

抽拉速率对DD6单晶高温合金凝固组织的影响

研究了不同的抽拉速率对第二代单晶高温合金DD6凝固组织的影响.结果表明,随抽拉速率的增加,DD6合金凝固界面由粗枝状组织向细枝状组织演变,枝晶干和枝晶间的γ'相尺寸减小,且枝晶间γ'相的形状越来越趋向于规则的立方体形状,γ-γ'共晶含量增加,粗大的初生γ'相减少.     

电渣重熔连续定向凝固FGH96合金非金属夹杂物研究

本文通过真空感应熔炼+惰性气氛保护电渣重熔连续定向凝固制备FGH96合金,对FGH96合金中的非金属夹杂物进行对比研究。结果表明,活泼元素Al、Ti、Zr、Ce、B等有轻微的烧损,主要元素含量都在合金要求的范围之内,氧含量略有降低,达到了真空熔炼的水平,氮含量有较大幅度的降低,主要存在两种类型的夹杂物,呈球形的夹杂物是Al、Ti、Mg的复合氧化物和TiN。图像统计分析结果表明,和传统电渣重熔相比,电渣重熔连续定向凝固工艺重熔后FGH96合金中的非金属夹杂物面积百分比、100个视场中的夹杂物个数降低了50%以上,夹杂物的最大尺寸由16μm降低到5.5μm,这主要是与熔池的形状、深度和结晶方式有较大关系,传统电渣重熔过程中金属熔池的形状是V字形,深度约占铸锭直径的50%左右,而电渣重熔连续定向凝固过程中形成的熔池呈扁平状,深度占直径10-20%。     

用工业V2O5直接制备钒基固溶体贮氢合金

研究了五氧化二钒直接制备钒基固溶体贮氢合金的方法.分析测试了合金的化学成分、组织结构和贮氢性能.结果表明,用工业五氧化二钒可以合成钒基固溶体贮氢合金V3TiN0.56Al0.2;PCT曲线表明该合金已具备平衡吸放氢的性能,吸放氢容量为1.8×10-4m3/g;合金中含有少量的氧化物夹杂,但通过真空感应精炼,可使夹杂含量降低.     

钒合金真空精炼过程杂质元素去除研究

核能用钒合金要求纯净度极高,一般都要进行真空熔炼去杂质,但目前对钒合金真空熔炼去杂质的条件和机制还不很清楚。为此,本文对钒合金真空熔炼过程杂质元素的去除机制和热力学条件进行了较全面的理论计算和实验数据对比分析,结果表明:钒合金真空熔炼过程中,Al、Fe、Cr、Cu、Ni、Si、Ca、Ti等金属杂质元素都能以金属蒸汽的形式挥发去除;合金中的氧能够以碳氧化物或低价金属氧化物VO(g)、AlO(g)、Al_2O(g)、TiO(g)、SiO(g))形式除去;合金中氢的除去效果也比较好,但合金中的氮则基本不能通过真空熔炼除去。     

DD421单晶高温合金在无SOx气氛下的低温热腐蚀硫化行为

采用涂盐法研究表面涂覆有90％(质量分数,下同)Na2 SO4+10％NaCl混合盐(750℃熔融态)和纯Na2 SO4盐(750℃固态)的第二代镍基单晶高温合金DD421在750℃大气环境下(无SOx气氛)的热腐蚀行为.结果表明:在熔融混合盐腐蚀介质中,硫化反应主要由液相熔融盐侵蚀所导致.热腐蚀100 h后合金腐蚀产物主要为典型的简单氧化物(Al2 O3,Cr2 O3,TiO2)以及Ni/Cr/Ti的硫化物.而在纯Na2 SO4固态盐热腐蚀实验中,热腐蚀100 h后合金腐蚀产物与混合盐实验中的产物基本相同,但其腐蚀层厚度相对更薄,硫化物尺寸相对更大.结合热力学和微观组织分析,本研究明确了在无SOx气氛的腐蚀环境下合金元素能够与固态Na2 SO4盐发生硫化反应.     

定向铸造镍基高温合金Hf夹杂的特征及成因

采用扫描电镜、透射电镜和能谱技术，详细分析DZ125和DZ22镍基高温合金中富Hf夹杂物的形貌、结构及成分，开展不同Hf添加量的镍基合金凝固组织特征的模拟实验探究，阐明Hf夹杂物的形成机理。结果表明：DZ125和DZ22合金铸件的边缘均存在不规则形态的夹杂物，其中白亮夹杂物为HfO₂,与之伴生的灰色夹杂物中含有Al₂O₃。镍基高温合金中的Hf元素聚集倾向强，Hf含量较高时可形成百微米以上的大尺寸富Hf相，随着Hf含量降低，富Hf相减小且分布更为均匀。高温下Hf与熔体中的氧、陶瓷型壳/型芯氧化物具有高的自发反应驱动力，当Hf分散不充分时，Hf倾向于向氧化物陶瓷相/熔体的界面聚集，在高温下与陶瓷中的Al₂O₃和硅溶胶黏结剂中的SiO₂发生反应，从而导致铸件表层HfO₂夹杂物的形成。     

基于冶金热力学的定氧探头测定钢液氧浓度单位的确定

固体氧化物定氧探头作为一种控制生产中钢液内脱氧剂加入量和夹杂物数量的强有力分析工具已被广泛应用于冶金生产和研究中。根据固体电解质两侧产生的氧势差或电势差,钢液定氧探头只能实测出钢液中的氧活度,而不能测量出其中的氧含量。许多定氧探头生产商至今还没有明确说明用定氧探头实测的氧活度在基于1%溶液为标准态,到底是以百万分之一氧(10-6O)为浓度单位还是以百分含量氧[%O]为浓度单位。文章以上海贺利氏电测骑士有限公司生产的Celox定氧探头为例,对比了Celox定氧探头测量的氧活度和文献中报导的氧活度,LF精炼过程中基于[Al]-[O]平衡计算的铝镇定钢液的氧活度以及顶底复吹转炉冶炼终点基于[C]-[O]平衡计算出的氧活度。结果表明,作为典型商用定氧探头的Celox定氧探头测量的氧活度是以1%溶液为标准态,百万分之一氧(10-6O)为浓度单位,而不是冶金热力学原理中以氧的质量百分含量[%O]为浓度单位定义的氧活度。因此,当选用氧的质量百分含量[%O]时,Celox定氧探头测量的氧活度的量纲应为10-4,而不是Celox定氧探头仪表现实的10-6。