单晶空心叶片榫头再结晶行为研究

为了更好的研究温度和载荷对镍基单晶空心叶片榫头位置的再结晶行为的影响,本实验首先对单晶试样施加不同载荷,然后在不同的温度下进行固溶处理,处理后的试样在光学显微镜和扫描电子显微镜进行组织分析。结果表明：不同载荷下的DD5单晶试样经1230℃/4h,ac热处理后,随着载荷增加,受载荷影响区域深度增加,该区域枝晶间空间增大,未溶解的共晶组织周围弥散分布大量与γ相共格的γ′相颗粒物,γ′相粒子以胞状形式重新析出,尺寸和深度随载荷的增大而增加;经1315℃/4h,ac.热处理后发生再结晶现象,随着载荷增加再结晶区域增大,受载荷影响区域的枝晶干发生钝化,枝晶干与枝晶间界限消失,再结晶晶粒间存在γ/γ′共晶组织。     

几种单晶高温合金的形核过冷度测量及相应凝固组织研究

采用悬垂小球法在工业条件下对DD5、DD6以及 WZ30三种镍基高温合金进行熔体过冷试验,测得这三种合金的临界形核过冷度△TN分别是33、36和42K。合金DD5和DD6试样凝固时由于过冷度相对较小,形成细枝状单晶组织。合金WZ30的临界形核过冷度相对较大,试样凝固时主要形成由晶向一致的树枝状单晶基体框架和晶向散乱的碎粒状杂晶组成的的混合体组织,其中大部分碎粒状杂晶的形态和尺寸特征像是从液体中直接形核长大的等轴晶粒团簇,而不是来源于枝晶臂的熔断。     

一种第三代单晶高温合金固溶热处理组织研究

本工作对一种第三代单晶高温合金的试棒铸件进行了固溶热处理实验,研究了热处理气氛对试棒表面层组织的影响,探讨了解决贫Cr层问题的新方法。在真空状态下进行热处理时,发现试棒表面出现了深度约为70μm的 Cr、Co和Re等元素的贫化层。在高纯度的氩气气氛中热处理时,样品出现严重的表面氧化层和熔融层,深度达到约1mm。其原因是高温下充入保护气体时会大大增强炉内气氛的宏观对流,加速铸件表面的氧化反应和合金元素挥发。为尽量减小炉内气氛对流的影响,将实验样品装入陶瓷管进行保护,形成相对相对密闭的空间,消除大范围对流的可能性。结果表明,该措施不但避免了合金表面的氧化反应,也使高温下各种合金元素的挥发很快达到饱和,避免了表面层中合金元素的蒸发,有效防止了铸件表面贫化层的形成。     

Effect of Gravity on Directionally Solidified Structure of SuperalloysEI北大核心CSCD

分别利用常规下抽拉法与新型上提拉法进行不同方向的高温合金定向凝固实验,对比研究重力对单晶铸件凝固组织的影响。结果表明,在常规下抽拉法实验的向上凝固过程中,容易出现雀斑、γ/γ’共晶上聚和籽晶回熔紊乱等问题。原因是糊状区内液体由于元素偏析引起密度减小,在重力作用下形成了上重下轻的失稳状态并引起对流。而通过新型上提拉法实现的顺重力凝固过程中,密度减小的液体处于糊状区上端,形成上轻下重的稳定状态,使重力的作用由失稳因素转化为维持稳定的因素,抑制了液体对流的产生与发展。采用新型上提拉法制备的单晶铸件中彻底消除了雀斑缺陷,抑制了γ/γ’共晶组织的向上聚集,也保证了低密度籽晶稳定的回熔和外延生长。顺重力定向凝固技术从根本上消除了重力对高温合金定向凝固的不良影响,有希望发展成为新一代的先进单晶叶片成型技术。     

第三代新型镍基单晶高温合金再结晶行为研究

对第三代新型镍基单晶高温合金试样表面施加载荷处理,并在1 100~1 330℃保温4 h,研究合金铸态和热处理温度及载荷对再结晶行为影响。结果表明,DD9-X合金在1 100℃和1 200℃处理下加载区域附近并未发生明显的再结晶现象;1 300℃处理加载区域形成了枝晶状的再结晶晶粒;1 330℃处理试样的加载区域形成了等轴状再结晶晶粒,证实了γ′相粒子的溶解是再结晶产生的必要条件。由于铸态合金含有粗大γ′相以及γ+γ′共晶相组织,同等条件下,合金铸态试样的表面再结晶深度和区域面积均小于热处理态。随着载荷大小的增加,DD9-X合金试样的再结晶深度和区域面积都明显增加。     

一种新型高温合金在900和1 100 ℃下200 h的氧化行为

涡轮叶片工作温度的不断提高，使得制备叶片的镍基单晶高温合金的合金化程度越来越高，而涡轮叶片在高温下的氧化行为影响着叶片的工作寿命.为此，本文以一种新型镍基高温合金为研究对象，利用氧化动力学曲线、X射线衍射分析，扫描电镜和能谱仪研究其在900和1 100 ℃下200 h的高温氧化行，并探究新型合金的氧化机理.研究发现：新型合金在900 ℃氧化时，表面氧化膜未发生剥落，动力学曲线遵循抛物线规律；在1 100 ℃氧化时，合金增重迅速且表面氧化膜剥落严重，新型合金内部出现了多层不连续的Al₂O₃内氧化层.研究结果表明：900 ℃时，新型合金中Cr含量降低的同时没有增加Re和Ta等活性元素，导致新型合金不能在氧化初期通过选择性氧化迅速形成保护性Cr₂O₃氧化膜，因此，增重迅速；1 100 ℃时，由于外氧化层的碎裂剥落，合金内部氧通量再次升高，已生成的Al₂O₃保护性氧化膜被消耗突破，合金进一步氧化，直到氧通量随着氧化的进行再次降低至适合Al₂O₃保护性氧化膜生成为止.     

容器箔用3003铝合金板带材退火工艺研究

对不同退火制度下3003铝合金板带材的金相显微组织、力学性能进行了分析和检测, 结果表明: 3003容器箔的均匀化退火制度为560～580 ℃/24 h、成品退火制度为300 ℃/3 h时其组织结构和力学性能最佳, 0.07 mm厚度的箔材抗拉强度150 MPa, 延伸率为7%, 能够满足3003容器箔成型的要求。     

单晶高温合金DD419籽晶引晶过程中杂晶形成机制研究

采用不同程度加工处理过的籽晶进行了高温合金DD419单晶铸件的制备实验,对宏观腐蚀后的铸件籽晶进行表面观察,并检测了相应部位的金相组织和晶体取向,对杂晶的起源进行了研究分析。结果发现,轻度加工的籽晶表面仅出现轻微再结晶,未对引晶造成影响,而中度和重度加工的籽晶有不同程度的再结晶。这些籽晶表面的再结晶产生于浇注前的预热和保温阶段,与铸件经标准固溶热处理后产生的再结晶形貌非常相似。在预热与浇注过程中,这些再结晶得到部分熔化,在随后的凝固过程中,回熔界面附近未熔的残余再结晶晶粒外延生长,从而形成杂晶缺陷。本工作证明了籽晶回熔区内杂晶的起源是籽晶表面的再结晶,而不是通常认为的液相中新晶粒形核。     

高温合金单晶铸件中条纹晶的形成机制

对高温合金单晶叶片铸件中条纹晶起源处的微观组织进行了观察分析,提出了这种晶粒缺陷的产生机理。通过微观检测确认了条纹晶的出现是由于铸件表面单个枝晶主干在糊状区内被撕断,但又被残余液体焊合,呈现出明显的起点。导致这种撕裂的主要原因是型壳粘连引起的枝晶收缩严重受阻或是由夹杂切割引起的枝晶强度严重受损,从而形成了条纹晶缺陷产生的2种主要机制。撕裂后的枝晶会发生一定程度的整体偏转,在基体组织上形成一个由小角度晶界封闭而成的狭长晶粒。比较了条纹晶与其它晶粒缺陷的相似和不同之处,并讨论了减少条纹晶缺陷应该采取的工艺措施。     

一种第三代单晶高温合金铸件表面层组织研究

采用一种第3代单晶高温合金制备了某型号的涡轮叶片铸件，经真空固溶热处理后，发现在叶片铸件表面形成了大量形状不规则的亮白色组织。经对叶片进行解剖和金相观察，发现铸件内部组织为均匀的γ相，但外部存在一个明显的表面层。表面层中基体为连续分布的亮白色γ′相，主要组成元素为Ni、Al和Ta，表面层γ′相基体上析出了许多片状的tcp相。对铸件表面附近的成分分布进行了测量分析，显示铸件表面层为典型的贫Cr层。正是Cr元素的贫化，导致了表面层中γ相向γ′相的转变和γ′相与tcp相的共轭生长。贫Cr层的出现还导致在表面层与内部组织之间出现了较多的残存γ/γ′共晶。