镍基单晶高温合金一次枝晶间距的统计研究

采用籽晶法制备了3种[001]取向的镍基单晶高温合金。通过正方形估算法和直接测量法统计了合金不同凝固高度的一次枝晶间距。该方案消除了晶界和晶体学取向对一次枝晶间距的影响。随着凝固高度升高,3种合金的一次枝晶平均间距逐渐增大。两种统计方法的一次枝晶平均间距相近,说明两种方法的精度均较高。此外,3种合金的一次枝晶间距在较大的范围内变化,且呈正态分布。3种合金的一次枝晶间距上限是下限的5.4~8.5倍。     

定向凝固法制备单晶高温合金一次枝晶间距研究

利用定向凝固技术和籽晶法相结合的方式制备了DD5单晶高温合金。通过正方形估算法和直接测量法研究了DD5单晶高温合金的不同凝固距离(50、150和250 mm)横截面样品的一次枝晶间距。结果表明,随着凝固距离的增大,DD5单晶高温合金的一次枝晶间距逐渐增大;正方形估算法和直接测量法统计的DD5单晶高温合金的平均一次枝晶间距差距不明显,说明正方形估算法的精确度较高,为了提高效率可以采用正方形估算法统计单晶高温合金的一次枝晶间距;不同凝固距离横截面的一次枝晶间距上限约为下限的6倍。     

Effect of Section Size on the Microstructure of Thin-walled Specimen of DD6 Single Crystal Superalloy

制备不同截面尺寸的单晶高温合金精铸薄壁试样,研究了截面尺寸对DD6单晶高温合金精铸薄壁试样组织的影响规律。结果表明：随着截面尺寸的减小,铸态单晶高温合金精铸薄壁试样一次枝晶间距和共晶含量出现先减小后增大的现象,热处理态单晶高温合金精铸薄壁试样枝晶干γ’相平均尺寸逐渐减小。截面尺寸的适当减小有利于减轻枝晶元素偏析程度,但当截面尺寸减小到0.5 mm时,枝晶元素偏析程度反而增大     

截面尺寸对DD6单晶高温合金精铸薄壁试样组织的影响（英文）

制备不同截面尺寸的单晶高温合金精铸薄壁试样,研究了截面尺寸对DD6单晶高温合金精铸薄壁试样组织的影响规律。结果表明:随着截面尺寸的减小,铸态单晶高温合金精铸薄壁试样一次枝晶间距和共晶含量出现先减小后增大的现象,热处理态单晶高温合金精铸薄壁试样枝晶干γ’相平均尺寸逐渐减小。截面尺寸的适当减小有利于减轻枝晶元素偏析程度,但当截面尺寸减小到0.5 mm时,枝晶元素偏析程度反而增大。     

抽拉速率对Co-Al-W基单晶高温合金凝固行为的影响EI北大核心CSCD

系统地研究抽拉速率(50~300μm/s)对Co-7Al-8W-1Ta-4Ti单晶高温合金枝晶间距、显微组织、显微偏析行为与凝固特征温度等凝固行为的影响规律;同时,基于Kurz-Fisher方程计算了单晶高温合金的平均液相扩散系数。结果表明,随着抽拉速率的提高,合金的一次和二次枝晶间距均显著细化。Co-7Al-8W-1Ta-4Ti合金的平均液相扩散系数与一代镍基单晶高温合金接近,低于高x(Al)/x(W)的CoNi基单晶高温合金,但高于含Re的二代镍基单晶高温合金。合金中Al、W、Ta和Ti元素的显微偏析倾向以及枝晶间析出相的面积分数均随着抽拉速率的提高总体呈现先增大(50~200μm/s)后降低(200~300μm/s)的趋势。随着抽拉速率的提高,合金的液相线温度基本不变,但固相线温度呈现先降低(50~100μm/s)后保持不变(100~300μm/s)的趋势。此外,抽拉速率未改变实验合金的凝固路径。     

拉晶速率对Ni3Al基单晶合金IC6SX凝固组织和高温持久性能的影响

采用螺旋选晶法制备Ni3Al基单晶合金IC6SX试棒,研究了不同拉晶速率对凝固组织和高温持久性能的影响.结果表明,Ni3Al基单晶合金IC6SX凝固组织为树枝状,随着拉晶速率从1.5 mm/min增加到6 mm/min,一次枝晶间距逐渐减小.与普通镍基高温合金不同,位于枝晶干处的次生γ'相尺寸比枝晶间处的大.随着拉晶速率的增加,枝晶干和枝晶间处的γ'相尺寸都逐渐减小,由不规则形状逐渐立方化,枝晶间处的初生γ'相的数量逐渐增多.一次枝晶间距和γ'相尺寸对高温持久性能影响显著,随着拉晶速率的增加,组织细化,铸态IC6SX单晶合金的高温持久寿命增加.     

EFFECTS OF WITHDRAWAL RATE ON MICROSTRUCTURE AND STRESS RUPTURE PROPERTIES OF A Ni3Al–BASED SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY IC6SX

采用螺旋选晶法制备Ni₃Al基单晶合金IC6SX试棒, 研究了不同拉晶速率对凝固组织和高温持久性能的影响. 结果表明, Ni₃Al基单晶合金IC6SX凝固组织为树枝状, 随着拉晶速率从1.5 mm/min增加到6 mm/min, 一次枝晶间距逐渐减小. 与普通镍基高温合金不同, 位于枝晶干处的次生γ'相尺寸比枝晶间处的大. 随着拉晶速率的增加, 枝晶干和枝晶间处的γ'相尺寸都逐渐减小, 由不规则形状逐渐立方化, 枝晶间处的初生γ'相的数量逐渐增多. 一次枝晶间距和γ'相尺寸对高温持久性能影响显著, 随着拉晶速率的增加, 组织细化, 铸态IC6SX单晶合金的高温持久寿命增加.     

定向凝固DD6单晶高温合金枝晶组织均匀性研究

采用一次枝晶间距、最小生成树(minimum spanning tree,MST)、Voronoi多边形、FFT以及RO-XRD和EBSD等方法,研究了DD6单晶高温合金枝晶分布的均匀性.结果表明:DD6单晶高温合金一次枝晶平均间距为325.7 mm,变化率7.38%.Voronoi多边形法给出的最近邻枝晶个数对应在5.87~5.93,所占比例变化率超过30%;另外,MST的枝干长度变化也比较明显,达到26.95%,不同位置处的FFT频谱也不同,说明实验中选晶法获得的DD6单晶高温合金组织均匀性有待于进一步提高.上述结果也表明,定向凝固单晶高温合金枝晶生长是一个动态调整的过程,通过测量一次枝晶间距结合Voronoi多边形和MST法可量证枝晶生长过程的变化程度,而通常采用一次枝晶平均间距来衡量凝固过程稳定性是不充分的.对选晶法获得的DD6单晶高温合金择优取向与轴向(Z轴)之间的偏离角进行了测量,发现其值在10°以内,EBSD测试的结果比ROXRD相应结果大,这是由于RO-XRD在计算偏离角时选用了强度最大值所对应的衍射峰所致.     

新型镍基单晶高温合金的显微组织与力学性能

采用高通量的合金设计方法设计一种新型镍基单晶高温合金CSU-B2,并对该合金进行了一系列的研究。结果表明:该合金在铸态下树枝晶分布均匀,枝晶间距约为500μm,没有三次枝晶出现。通过对合金进行固溶和时效处理,合金中的γ′析出相呈现方块状,平均颗粒尺寸为0.5~0.8μm。在1100和1150℃下对合金的抗氧化性能进行研究发现,试样单位面积质量随时间的变化遵循类抛物线的规律,在氧化层的下面都存在着γ′相消失的区域。最后对合金的高温拉伸性能进行了表征,在760℃时,合金的屈服强度为706 MPa;在980℃时,合金的屈服强度为484 MPa。在两个温度下,试样的断裂为两种不同的机制。     

纵向静磁场对单晶高温合金DD483组织及蠕变性能的影响

在静磁场下进行高温合金DD483的定向凝固实验,研究了不同磁场强度对单晶镍基高温合金DD483凝固组织枝晶形貌、合金元素偏析系数、析出相和蠕变性能的影响.结果表明:纵向静磁场的施加使高温合金DD483单晶生长性受到破坏,强的磁场使得枝晶定向生长形态受到破坏,形成“雀斑组织”,对一次枝晶间距影响不大.施加磁场使得该单晶合金中合金元素的偏析降低;也使单晶高温合金DD483凝固态组织中γ’析出尺寸降低、碳化物和共晶组织尺寸和含量显著减小.同时磁场对该合金的单晶性和枝晶的定向生长行为的破坏使得合金的蠕变性能降低.     

激光立体成形镍基单晶高温合金显微组织研究

采用激光立体成形(Laser Solid Forming,LSF)技术制备了一种镍基单晶高温合金,对沉积态和热处理态试样进行了显微组织观察。结果表明,沉积态单晶高温合金试样中下部为二次枝晶不发达的微细枝晶,一次枝晶间距随试样高度的增大而略有增加;试样的顶部存在转向枝晶层。枝晶间均匀弥散分布着类圆形显微疏松和小块状MC型碳化物。透射显微镜观察可知,沉积态试样γ基体中分布着大量纳米级γ'颗粒。沉积过程中累积的残余应力在γ基体中萌生了位错,并推动了位错滑移,致使一些位错在γ基体通道中发生缠结,有些位错甚至切入γ'。进行固溶+两级时效热处理后,试样发生了完全再结晶,再结晶晶粒大小极度不均匀,有些再结晶晶粒中还存在孪晶。热处理后,LSF试样中γ'析出相的尺寸分布与传统铸造合金热处理后相似。     

抽拉速率对镍基单晶高温合金组织和偏析的影响（英文）

研究了抽拉速率对一种镍基单晶高温合金组织和成分偏析的影响。结果表明:随着抽拉速率的提高,一次枝晶间距与二次枝晶间距缩小,γ'相尺寸减小;γ/γ'共晶随着抽拉速率的提高,尺寸变小,但体积分数增加;同时,随着抽拉速率的提高,单晶成分偏析增加。     

镍基单晶高温合金微观组织的研究

采用选晶法在改进型Bridgman定向凝固炉上制备了镍基单晶高温合金DD403、DD407和Alloy A试样,研究了三种不同成分单晶合金铸态微观组织差异。结果表明,抽拉速率为6 mm/min时,DD403、DD407和Alloy A合金一次枝晶间距分别为217、221、225μm;三种合金共晶含量的体积分数分别为0.24%、4.61%和2.96%。     

Re和W对铸态镍基单晶高温合金再结晶的影响

对不同Re和W含量的铸态镍基单晶高温合金通过Brinell硬度计压痕变形,分别在1230~1330℃保温1 h,研究了难熔元素Re和W对合金再结晶行为的影响.结果表明,再结晶晶粒在压痕表面形成,并沿枝晶干向内扩展,晶界迁移受到枝晶间粗大g'相和g+g'共晶阻碍.添加Re和W提高了铸态单晶高温合金的g'相溶解温度和g+g'共晶含量,导致单晶高温合金的再结晶温度升高.热处理温度升高,各单晶高温合金的再结晶面积随着枝晶间g'相和共晶含量的减少而增大.相同热处理温度下,由于不同成分单晶高温合金枝晶间粗大g'相和g+g'共晶含量不同,不含难熔元素Re和W的单晶高温合金再结晶面积最大,含Re单晶高温合金的再结晶面积大于含W单晶高温合金,同时添加Re和W的单晶高温合金再结晶面积最小.     

抽拉速率对一种镍基单晶高温合金组织和偏析的影响

研究了抽拉速率对一种镍基单晶高温合金组织和成分偏析的影响。结果表明：随着抽拉速率的提高,一次枝晶间距与二次枝晶间距缩小,γ''相尺寸减小;γ/γ''共晶随着抽拉速率的提高,尺寸变小,但体积分数增加;同时,随着抽拉速率的提高,单晶成分偏析增加。     

低压铸造凝固条件对A357合金组织及力学性能影响

采用低压铸造的方法成形A357合金筒形铸件,研究不同凝固条件对筒形铸件组织及力学性能的影响。砂型冷却壁厚20 mm部位二次枝晶间距平均值比壁厚10 mm部位二次枝晶间距平均值大了40%以上,冷铁冷却铸件20 mm壁厚部位的二次枝晶间距比砂型凝固同壁厚铸件的二次枝晶间距小40%以上,与砂型铸造铸件壁厚10 mm部位的二次枝晶间距相当。冷铁激冷铸件的力学性能获得显著提高,相对于薄壁铸件,壁厚铸件采用冷铁对铸件的力学性能提高的幅度更大一些。凝固条件对厚壁铸件的断裂机制有一定的影响,砂型冷却20 mm壁厚铸件断裂有穿晶断裂趋势,冷铁冷却20 mm壁厚铸件断裂时有沿晶断裂趋势。     

熔体处理温度对镍基单晶高温合金熔体结构和凝固组织的影响

对一种Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-Al-Ti系镍基单晶高温合金的合金熔体进行不同温度过热处理后，观察其凝固组织，并利用液态金属X射线衍射仪测试了合金熔体结构在1450-1600℃温度范围内的变化，结果表明，随着溶体处理温度的升高，合金熔体更加均匀，一次枝晶间距减小，偏析程度减轻，γ′形貌更方整，分布弥散，枝晶干与枝晶间γ′的尺寸差别减小。     

Ta对镍基单晶合金铸态组织和偏析的影响

利用螺旋选晶法制备了不同Ta含量的镍基单晶合金,研究了Ta对镍基单晶合金铸态组织和偏析的影响.结果表明:镍基单晶铸态组织主要由枝晶组成,枝晶间的γ’较大,枝晶于的γ’较小;Ta对枝晶有较大影响,随着Ta含量的提高,枝晶间距减小,并且逐渐出现三次枝晶臂;Ta提高了Mo的偏析系数,促进了Mo在枝晶间的偏析;Ta改变了γ’的形貌,Ta含量较低时,γ’为圆形,Ta含量提高时,γ’向方形转变,同时合金的错配度增大.     

镍基单晶高温合金定向凝固组织的数学模型表征

通过改变定向凝固工艺研究了镍基单晶高温合金铸态组织的演化规律,并用数学模型对试验结果进行了拟合。结果表明,随着抽拉速率的增大,合金铸态组织的凝固界面经历了胞状-粗枝状-细枝状的转变;铸态组织一次枝晶间距试验结果介于Hunt模型和Trivedi模型之间;通过对试验数据的非线性回归分析,得到一次枝晶间距λ1和抽拉速率V之间满足的回归公式;随抽拉速率的增大,二次枝晶间距减小,但Re和Ru的添加对一次和二次枝晶间距的影响较小。     

碳对一种单晶镍基高温合金铸态组织的影响

研究了不同碳含量对一种单晶镍基高温合金的铸态组织的影响。结果表明:随着碳含量的增加,合金的初熔温度逐渐降低,合金中的共晶数量和尺寸也减少。随着碳含量的增加,合金中的碳化物数量逐渐增多,碳化物的形态从斑点状变为斑点状和骨架状相结合的网状结构。随着碳含量的增加,一次枝晶间距变化较大,但是二次枝晶间距变化不大,W和Al元素的偏析降低,Ta和Mo元素的偏析增大。