硼对Ti47Al合金固态相变的影响

以Ti47Al二元合金为研究对象,探讨了硼添加及冷却速度对合金α→γ+α2相变的影响规律。结果表明,添加0.5at%B显著细化了Ti47Al合金的片层团组织,Ti47Al合金中块状组织主要在原始α晶界上形核,还有少量的在晶内形核;添加硼可以促进块状转变的发生,这是由于硼化物有效细化了原始α晶粒,还与固溶的硼元素有关。添加硼可以提高片层组织形成的临界冷速,抑制羽毛状组织和魏氏组织的形成。     

W对γ-TiAl基合金单向凝固组织的影响

采用电弧熔炼并直接在冷坩埚中凝固得到了具有单向凝固特征的TiAl合金纽扣锭,应以此研究了合金元素W对单向凝固组织的影响。结果表明,W对TiAl合金单向凝固的枝晶组织有细化作用,当W含量为2.0%时可以将凝固组织的晶粒尺寸降低到50μm。随着W含量的增加,先凝固形成的β相晶粒内部出现网络分布的富W相,并最终转变为B2相。Ti-46Al合金中加入W元素后片层团尺寸得到降低。     

W对γ-TiAl基合金单向凝固组织的影响

采用电弧熔炼并直接在冷坩埚中凝固,得到了具有单向凝固特征的TiAl合金纽扣锭,以此研究了合金元素W对单向凝固组织的影响.结果表明,W对TiAl合金单向凝固的枝晶组织有细化作用,当W含量为2.5%时,可以将凝固组织的晶粒宽度减小到200 μm,二次枝晶间距减小到50 μm.随着W含量的增加,先凝固形成的β相晶粒内部出现网络分布的富W相,并最终转变为B2相.Ti-46Al合金中加入W元素后,片层团尺寸及片层厚度减小.     

定向凝固高Nb含量TiAl合金微观组织演化与溶质偏析规律

在Bridγman定向凝固炉中对Ti-46Al-(8,9,10)Nb合金进行定向凝固实验,研究了生长速率和Nb含量对Ti Al-Nb合金的微观组织、相变路径以及溶质偏析的影响,获得了定向凝固Ti Al-Nb合金相变过程与微观组织选择图.结果表明,生长速率的增加使得固/液界面发生了平界面-胞状界面-枝晶界面转变,并促进完全b相凝固转变为具有L+β→α包晶反应凝固过程,最终组织由α2/γ层片组织转变为具有a2/γ层片和B2相的多相组织.溶质Nb的添加对b相具有稳定作用,促进了完全b相凝固过程的发生以及α2/γ层片和B2相多相组织的形成.生长速率和Nb含量对相变过程和微观组织的影响与溶质偏析(S型偏析,β型偏析)过程密切相关.其中S型偏析程度的提高有利于促进包晶反应的发生,从而导致最终组织发生严重的溶质偏析以及大量B2相在枝晶心部的集中分布.bβ型偏析中溶质Nb在残余β相中的富集是形成B2相的主要来源,Nb的富集程度直接决定了B2相的形态和尺寸.根据关于生长速率和Nb含量的Ti-46Al合金相变过程和微观组织选择图可知,选择较高的Nb含量和较低的冷却速率能获得完全β相凝固过程,可以得到组织分布均匀、溶质偏析程度较低的定向凝固组织.     

添加硼对铸造Ti-46.5Al-8Nb合金组织和性能的影响

全片层Ti-46.5Al-8Nb合金中添加硼(≤0.7%,原子分数)的显微组织观察表明,细化组织的临界硼含量约为0.5%(原子分数).细化机制与凝固前沿硼产生了附加的成分过冷和硼化物钉扎晶界双重机制有关.由于硼减小了片层形成所需要的过冷度,片层间距随硼含量的增加而增加,片层间距λ与晶粒尺寸d-1/2符合线性关系.添加硼的Ti-46.5Al-8Nb合金的α2相体积分数越高,硬度也越高.合金的断裂强度和延伸率随硼含量增加而增加.室温断裂强度与晶粒尺寸符合Hall-Petch关系.     

铝钛硼中间合金对A356合金组织遗传效应研究

在相同条件下配制不同Ti含量的A356合金,通过对其晶粒度和二次枝晶臂间距统计,研究了不同组织状态的铝钛硼中间合金对A356合金细化效果的影响。结果表明,随着Ti含量的增加,A356合金的晶粒度逐渐增大,并逐渐趋于稳定;随着Ti含量的增加二次枝晶臂间距先减小后增大。A356合金成分相同时,使用的铝钛硼合金孕育处理的TlAl_3相尺寸越小,细化效果好,表明铝钛硼中间合金对A356合金组织存在明显的遗传性特征。     

TiAl基合金凝固过程的相选择问题分析

以Ti46Al7Nb2.5Vl.0Cr、Ti47Al7Nb2.5V1.0Cr、Ti48Al7Nb2.5Vl.0Cr、Ti48Al2Cr2Nb、Ti46Al和Ti46Al8Nb等Ti Al基合金为研究对象,进行深过冷非平衡凝固实验,对其显微组织和相组成进行了研究。结果表明,不同Al含量,以及Cr、Nb和V等β相稳定元素对Ti Al基合金具有重要影响。     

添加Fe元素改善TiAl-Nb合金的显微组织和力学性能（英文）

为了提高TiAl-Nb合金的力学性能并优化合金成分,熔炼制备不同含Fe量(0,0.3,0.5,0.7,0.9和1.1,摩尔分数,%)Ti46Al5Nb0.1B合金试样,系统研究合金的宏观/显微组织及压缩力学性能。结果表明,Fe元素能细化晶粒、加重枝晶间的铝偏析并在枝晶间形成富铁B2相。室温压缩实验结果表明,合金Ti46Al5Nb0.3Fe0.1B具有最高的极限压缩强度和断裂应变,分别为1869.5 MPa和33.53%。晶粒细化及Fe元素的固溶强化能提高合金的压缩强度,γ相晶胞四方度降低及晶粒细化能提高合金的断裂应变;然而,添加过量Fe元素导致的铝偏析会降低合金的压缩强度和断裂应变。     

铸态GH742合金的凝固特点及枝晶偏析

高合金化GH742合金存在严重的枝晶偏析,Nb、Ti大量偏聚于枝晶间,导致MC碳化物、(γ+γ′)共晶、Laves相、δ相等析出;高Mo含量及其枝晶间偏析是析出σ相的重要原因;La、Ce在枝晶间的富集促使含氧硫稀土相和Ni5Ce相的析出。与一般合金凝固特点不同,高含量Al、Ti、Nb导致GH742合金凝固过程中先后发生(γ+γ′)和(γ+Laves)两种类型的共晶反应。结合差热分析技术和凝固组织特点确定了合金的凝固温度区间为1346-1190℃,凝固顺序为γ、MC、(γ+γ′)、Laves、Ni5Ce。     

锰在高硼钢凝固中的合金化作用

铁和硼结合生成硼化物Fe_2B,使得合金具有良好的耐磨性。研究了高硼耐磨合金钢的凝固过程,还对锰对其组织及力学性能的影响进行了研究。结果表明:高硼耐磨合金由枝晶组织和共晶组织组成,凝固时前者为初生奥氏体枝晶,后者是(γ+硼化物)共晶体;在冷却过程中这些奥氏体转变为马氏体+铁素体+残余奥氏体;随着锰量的增加,枝晶组织体积分数下降,硼化物的变化不大;Mn主要富集在硼化物和枝晶的边缘,合金中有残留奥氏体,但其耐磨性可达NM500耐磨钢的10.8倍。     

BaZrO3复合型壳定向凝固Ti-46Al-8Nb合金的微观组织研究

采用BaZrO_3复合型壳定向凝固Ti-46Al-8Nb合金。通过扫描显微镜、金相显微镜和XRD等手段分析了BaZrO_3耐火材料与金属熔体之间的界面情况、熔体通过螺旋选晶器后的晶粒数目和片层变化、晶臂与枝晶干的夹角以及凝固后Ti-46Al-8Nb合金的组织形貌。结果表明,BaZrO_3复合型壳与Ti-46Al-8Nb合金之间存在约为10μm的扩散层;在抽拉速度7.7 mm/min、温度1 550℃条件下,Ti-46Al-8Nb合金的初生相为α相以及β相,经过定向凝固后的微观组织为γ＋α_2片层、γ相以及B2相;在定向凝固过程中,螺旋选晶可以明显使晶粒数目减少,但是对片层间距的大小无影响。     

Al含量对Nb-Ti-C合金组织的影响

利用真空非自耗电弧炉制备了不同Al含量的Nb-21Ti-4C(βNb-Ti)合金,研究了Al元素含量变化对Nb-21Ti-4C合金组织和晶格常数的影响。研究表明:铸态条件下合金由枝晶生长的Nb基固溶体(Nbss),碳化物((Nb,Ti)C),Nb3Al和枝晶间Nbss/MC共晶组织构成;Al元素部分固溶进入Nbss和MC中,随着Al含量增加,以Nb3Al相生长在Nbss内部。Al元素含量增加,使得Nbss枝晶先变大后变小。1100℃,24h热处理后,Nbss内部析出针状或片状碳化物和Nb3Al,导致Nbss晶格常数增大;枝晶间碳化物内部Nbss进一步长大,Nb原子的析出和Al元素固溶含量变化导致碳化物晶格常数改变。     

Sr对AZ91D镁合金枝晶生长和相析出的影响

加入微量Sr(0.01%-0.1%,质量分数)可明显细化AZ91D镁合金晶粒,随Sr含量增加,初生相α-Mg尺寸逐渐减小,而二次枝晶间距变化不大,同时β-Mg17Al12析出相增多.Sr添加量为0.1%时,针状或块状Al4Sr相依附在枝晶间的β-Mg17Al12相上析出.Sr在AZ91D合金凝固固-液界面前沿富集,并且优先在曲率较大的枝晶端面富集,从而抑制晶粒长大,细化了合金中初生相α-Mg;同时,Sr在枝晶的尖端富集降低了初生相α-Mg的尖端生长优势,改变了初生相形貌.     

Ti-Nb-Al体系相结构稳定性的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,从合金结合能角度揭示了Ti8Al8→Ti6Nb2Al8→Ti5Nb3Al8相变的能量学因素,从相变热的角度解释了γ1(Ti4Nb3Al9)新相产生的原因,并从电子态密度在费米能级上电子数的多少阐明了Ti8Al8→Ti6Nb2Al8→Ti5Nb3Al8→Ti4Nb3Al9相变的电子机制。从理论上说明了在Ti-Nb-Al体系中,随Nb含量增加,在能量与电子结构层次上产生γ1相的原因。     

硼含量及冷却速度对TiAl合金十字形铸件组织的影响

采用真空感应磁悬浮熔炼法制备Ti-47Al-2Cr-2Nb-xB(x=0,0.15,0.8,1.5)(at%)十字形不同壁厚(2、5、10、20mm)的铸件。借助体视显微镜、扫描电子显微镜(SEM)对铸件的组织进行分析,研究硼含量和冷却速度对铸件硼化物形态、晶粒细化效果的影响。结果表明:硼含量越高,冷却速度越快,细化效果越好。随着硼含量的增加,硼化物的形态从弯曲条带状逐渐转变为短棒状或片状。Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.8B铸件硼化物尺寸随冷却速度的降低而减小,Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.15B和Ti-47Al-2Cr-2Nb-1.5B铸件硼化物随冷却速度的变化规律不明显。     

B对高W镍基高温合金凝固行为的影响

研究了B对一种高W镍基高温合金凝固行为的影响。结果表明,B阻碍了枝晶的长大,增加中心等轴晶晶区,细化铸锭晶粒;同时B加剧了合金中Nb,Ti,W等元素的偏析,抑制了凝固过程中η相的析出,使MC析出形态由长条状变为块状.     

快速凝固对Al-Si-Mg合金复合变质的影响

Al-Si-Mg合金通过加入细化剂Al-1Ti-1B中间合金或细化剂Al-3Ti-3B中间合金及变质剂Al-9Sr中间合金进行复合变质后,分别在空气中、水中和液氮中冷却凝固.利用扫描电子显微镜,研究凝固速度对共晶Si相、α(Al)树枝晶形态的影响.结果表明:随着试样在空气中、水中及液氮中凝固速度的不断提高,复合变质后共晶Si相进一步细化,α(Al)树枝晶的二次枝晶间距明显减小.     

冷却速率对Zn-30Al-1Cu合金组织的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪研究了冷却速率对Zn-30Al-1Cu合金微观组织的影响.结果表明,Zn-30Al-1Cu合金初始凝固组织主要由初生相α’相、包围在初生相周围的包晶β相和共析组织(α+η)组成,共析组织由包晶β相分解而来.凝固后期共析胞向枝晶中心生长,使α相分解为层片α+η组织.随冷却速率增大,初生相由枝晶状变成等轴晶粒,尺寸也越来越小,沉积态晶粒尺寸最细小,铸态晶粒尺寸最大.冷却速率提高Cu元素在基体相中的固溶度,沉积态合金中没有发现富铜相ε,Cu元素全部固溶到基体中;普通铸造和快速凝固合金中均发现富铜相ε,它们存在于枝晶间和η相中.     

Al-Cu-Mg-Ti合金固液混合近液相线铸造及凝固组织

通过向Al-Cu-Mg合金液中加入经过预处理的快速凝固Al-7％ Ti粉进行固液混合近液相线铸造,制备了不同Ti含量的Al-Cu-Mg-Ti合金.采用扫描电镜分析了合金的铸态晶粒组织和Al3Ti相的形态、尺寸与分布,研究了Al-7％Ti粉预处理工艺对Al-Cu-Mg-Ti合金铸态显微组织的影响,提出了优化的Al-7％Ti合金粉预处理工艺和加入量.结果表明,固液混合近液相线铸造Al-Cu-Mg-Ti合金的晶粒组织明显细化;合金中的Al3Ti相颗粒基本保持在2～ 10μm,与Al-7％ Ti粉中的Al3Ti相颗粒尺寸相当,且弥散均匀分布在铸态组织中.当钛含量超过1.5％时,即当Al-7％ Ti合金粉的加入量超过21.4％时,对合金晶粒组织的细化作用降低,且粗大的针状Al3Ti相明显增多.     

急冷条件下Ni-Pb偏晶合金的相分离研究

采用单辊法实现了Ni-Pb偏晶合金的快速凝固,分别制备出直径40～400μm的合金粒子和宽约4mm、厚30～50μm的合金条带.在急冷快速凝固条件下,Ni-8%Pb亚偏晶合金由Ni和富Pb相组成.Ni以枝晶方式生长,富Pb相分布于枝晶间隙.随着冷却速率的增大,凝固组织显著细化,晶体形态经历由粗大枝晶向细小等轴晶的转变.在快速凝固过程中,Ni-60%Pb过偏晶合金的液相分离在很大程度上被抑制,合金粒子和条带均可获得均匀弥散的快速凝固组织.在冷却速率相近的条件下,合金粒子和条带的凝固组织与晶粒尺寸具有相似相近性,冷却速率是决定合金凝固组织的本征物理参量.