单晶高温合金雀斑研究进展

为满足先进航空发动机发展需求,航空发动机涡轮叶片的结构日趋复杂,并且作为涡轮叶片首选材料的单晶高温合金中高熔点合金元素含量不断增加,由此导致单晶高温合金涡轮叶片制备过程中结晶缺陷形成倾向增大,直接影响单晶涡轮叶片的质量.本文以单晶高温合金定向凝固过程中出现的一种晶体缺陷——雀斑为讨论对象,综述了近年来雀斑形成机制、判据模型及其控制方法相关研究工作,分析了合金成分、叶片结构、定向凝固工艺和结晶取向对雀斑形成机制的影响,指出考虑不同合金体系中的合金元素与定向凝固过程的参数对雀斑形成的影响,进一步研究复杂结构单晶涡轮叶片雀斑形成规律,建立雀斑预测与控制的有效方法是未来的研究方向.     

定向凝固和单晶高温合金及涡轮叶片的发展

北京航空材料研究所对定向凝固及单晶高温合金及工艺进行了多年卓有成效的研究,建立了先进的定向凝固设备,发展了定向凝固工艺,研制了一系列高性能定向和单晶高温合金;对合金设计、热处理、合金元素的作用进行了分析研究,为确定合适的化学成分及选定最佳工艺参数提供了可靠的基础;进行了精密铸造工艺的研究,发展了无余量铸造技术和用于定向及单晶的陶瓷型壳和型芯,并用此发展了多种航空定向和单晶叶片,特别是研制和批生产了用于先进航空发动机的DZ22无余量具有复杂内冷通道的空心涡轮叶片。现在,其主要目标是研制无余量的单晶空心叶片及其他单晶课题。     

镍基单晶高温合金研究进展

单晶高温合金因具有较高的高温强度、优异的蠕变与疲劳抗力以及良好的抗氧化性、抗热腐蚀性、组织稳定性和使用可靠性,广泛应用于涡轮发动机等先进动力推进系统涡轮叶片等部件。由于采用定向凝固工艺消除了晶界,单晶高温合金明显减少了降低熔点的晶界强化元素,提高了合金的初熔温度,能够在较高温度范围进行固溶和时效处理,其高温强度比等轴晶和定向柱晶高温合金也大幅度提高。经过几十年的发展,单晶高温合金已经在合金设计方法、组织结构与力学性能关系、纯净化冶炼工艺和定向凝固工艺等方面取得了重要进展。从单晶高温合金成分特点、合金元素作用、强化机理、力学性能各向异性、凝固过程及缺陷控制、单晶制备工艺等方面,简要介绍了单晶高温合金的主要研究进展。     

第二代单晶高温合金空心涡轮叶片凝固过程数值模拟研究

为优化单晶空心涡轮叶片制造工艺及降低制造成本 ,采用 90年代ProCAST大型软件包对单晶空心涡轮叶片的凝固过程进行数值模拟 .建立了空心叶片模拟系统的实体模型 ,对其进行四面体网格剖分 ;计算并测试了单晶高温合金空心叶片定向凝固过程温度场 ,进行了单晶空心叶片定向凝固过程工艺优化 .结果表明 :计算结果和测试结果吻合良好 ,在大于 1 2 0 0℃时误差小于 2 % ;通过分析单晶高温合金空心涡轮叶片的凝固过程 ,对单晶空心叶片定向凝固过程工艺优化 ,获得良好的效果 .     

DD6单晶精铸薄壁试样定向凝固过程数值模拟

针对单晶高温合金精铸薄壁试样制备困难的问题,建立了薄壁板形试样的有限元模型,采用ProCAST数值模拟的方法模拟DD6单晶精铸薄壁板形试样的定向凝固过程,研究了几何形状和工艺参数对定向凝固过程中温度场、温度梯度场及糊状区的影响。结果表明:薄壁板形试样中间部位工作端的温度梯度在60~65℃/cm范围内,糊状区固相线较为平直,液相线的位置在近炉壁一侧较低,远炉壁一侧较高。几何形状对单晶高温合金试样定向凝固过程有重要影响,提高浇注温度或降低抽拉速率有助于薄壁板形试样固液界面前沿液相温度梯度增大、糊状区宽度减小。单晶高温合金精铸薄壁试样定向凝固过程数值模拟结果与实际浇注结果吻合,凝固过程数值模拟为单晶精铸薄壁试样的制备提供了技术支持。     

高温合金定向凝固技术研究进展

首先回顾了定向凝固的发展历史,重点分析了液态金属冷却定向凝固的技术特点。总结了高温度梯度下制备的定向凝固法单晶高温合金在组织和性能方面的研究现状,结合作者在本领域的研究,着重分析了定向凝固温度梯度、凝固速率、晶体取向、熔体超温处理、熔体对流控制对组织和性能的作用规律和机制,认为高温度梯度定向凝固是细化组织、减少缺陷、提高合金性能的重要途径。最后展望了高温合金定向凝固的发展趋势。     

单晶高温合金DD3亚结构超细化定向凝固工艺研究EI

利用ＺＭ定向凝固装置研究了镍基单晶高温合金ＤＤ３在高温度梯度（７００～１２００Ｋ／ｃｍ）定向凝固条件下的微观组织演化特征及其对工艺参数的响应函数，结果表明：该合金在高界面温度梯度条件下，柱晶生长速度范围向高速区扩展，从而使单晶亚结构细化成为可能。所得单晶棒中亚结构一次间距可比传统ＨＲＳ法定向凝固籽晶中相应尺度减小５～１０倍。本文还对其组织演化机制进行了分析。     

镍基单晶高温合金凝固缺陷研究进展

镍基单晶高温合金的凝固缺陷对其力学性能有很大的影响,减少和控制凝固缺陷对提高合金性能和降低成本具有重要意义。综述了镍基单晶高温合金定向凝固过程中可能出现的几个重要缺陷,包括缩松、雀斑、晶体取向的偏离和杂晶,重点讨论了这些缺陷的特点和产生的机理,并从合金成分、工艺参数、铸件结构等方面分析了凝固缺陷的影响因素,指出了减少单晶高温合金凝固缺陷的措施。     

镍基单晶高温合金定向凝固的数值模拟

概述了目前国内外镍基单晶高温合金定向凝固数值模拟的研究进展,定向凝固过程的数值模拟由宏观向微观转变,详细介绍了微观组织数值模拟的几种主要方法：决定论方法、随机论方法和相场方法,评述了这几种方法的特点以及局限性,指出宏观和微观现象的完整耦合可以对镍基单晶高温合金凝固过程做出更加准确的模拟预测。     

单晶高温合金定向凝固过程数值模拟

实测了不同抽拉速度单晶高温定向凝固过程的初始条件,边界条件及温度场,建立了数值模拟系统的实体模型,采用ＰｒｏＣＡＳＴ有限元模拟软件包计算了不同抽拉速度单晶合金试板的定向凝固过程温度场。     

铝合金时效成形及时效成形铝合金

介绍了铝合金时效成形的方法、基本原理、工艺特点及应用情况,概括了国外研究铝合金时效成形工艺及相关可时效成形铝合金的现状,重点阐述了时效成形对铝合金微观组织结构的影响.     

A Review on Casting Magnesium Alloys:Modification of Commercial Alloys and Development of New Alloys

The research and development status of casting magnesium alloys including the commercial casting alloys and the new types casting alloys are reviewed,with more attention to microstructure and mechanical properties of modified-AZ91,AM60 and WE43 alloys with various additions,and new types of low cost casting alloys and high strength casting alloys.The modification and/or refinement of Mg2 Si phase in Mg–Al–Si based casting alloys by various additions are discussed and new purifying technologies for casting magnesium alloys are introduced to improve the performance.The modified AZ81 alloy with reduced impurities is found to have the tensile strength of 280 ± 6 MPa and elongation of 16% ± 0.7%.The fatigue strength of AZ91 D alloy could be obviously improved by addition of Ce and Nd.The Mg–16Gd–2Ag–0.3Zr alloy exhibits very high tensile and yield strengths(UTS:423 MPa and YS:328 MPa);however,its elongation still needs to be improved.     

Ordering of Glassy Alloys

The short-range ordering and acoustic properties of Fe-base glassy and ordered alloys are studied. The role of ordering in crystallization processes is examined, and structural analogs are considered. The experimental data are compared with calculations in a dynamic model.     

Fatigue of Magnesium Alloys

Magnesium alloys show a high specific strength and are therefore increasingly used for light‐weight constructions in transportation industry.^[1,2] To predict the behaviour of the material under the influence of cyclic loading it is vital to understand the fatigue behaviour of magnesium alloys. Only when understood properly, it is possible to fully apply the potential weight reduction by using magnesium alloys. A very important aspect in fatigue of magnesium alloys is the influence of a corrosive media and elevated temperatures, of which both are relevant in automotive applications. These two factors tend to have deleterious effects on magnesium alloys and therefore also have to be considered in investigations on the fatigue behaviour of magnesium alloys.     

铝锂合金研究进展

回顾了铝锂合金的发展历史,按时间顺序和性能特点将铝锂合金划分成了三代,并重点介绍了第三代铝锂合金的发展情况,其最引人瞩目的是高强可爆铝锂合金的兴起和低各向异性厚板材的生产,分析认为,第三代铝锂合金的发展趋势是有针对性地提高合金的某方面性能。     

Intermetallics in Magnesium Alloys

Intermetallic phases can be found in almost every magnesium alloy. These intermetallic compounds play a very important role in optimizing the microstructure and mechanical properties. The present paper reviews the effects of intermetallics in magnesium alloys mainly based on their stabilities: dissolvable intermetallics at low temperatures and thermal stable intermetallics at elevated temperatures. The effects of intermetallics are discussed in the age hardenable and creep resistant magnesium alloys, separately. Finally, the further investigations are remarked on the intermetallics, including their precipitation processes, crystal structures and crystallographic orientation relations with magnesium matrix. The aim is to supply useful information in developing new wrought and creep‐resistant magnesium alloys which will be used in the powertrain at elevated temperatures.     

Micromagnetism in Amorphous Alloys

Brown's micromagnetic equations are derived for the case of dipolar and "magnetocrystalline" fluctuations in amorphous ferromagnetic alloys. The influence of these fluctuations and the effects of internal stresses of so-called quasi-dislocation dipoles on the law of approach to ferromagnetic saturation is discussed in detail. It is shown that intrinsic fluctuations of magnetic properties lead to a1/sqrt{H}-term in the high-field range whereas internal stresses give rise to1/H- and1/H^{2}-power laws. A quantitative analysis of experimental results indicates that internal stresses dominate the effects of intrinsic fluctuations considerably.     

铝基非晶合金的研究进展

Al基非晶合金及纳米Al基非晶合金材料发展十分迅速,具有广阔的应用前景。综述了Al基非晶合金的制备、形成机制、玻璃形成能力、过热熔体脆性和块体Al基非晶合金及纳米Al基非晶复合材料的制备与性能等热点问题。