钛合金铸件精密成形理论与技术研究进展

由于航空、航天用零部件对材料比强度有很高的要求,因此钛合金作为一种高比强合金在航空、航天领域的应用越来越多,而且这类零部件常采用薄壁复杂结构。若采用水冷坩埚方式熔炼钛合金,会导致钛合金熔体流动性差,因此,离心铸造方法已成为钛合金薄壁复杂铸件精密成形的主要方法。介绍了离心场下钛合金铸件精密铸造成形理论及技术的发展过程,在此基础上总结了离心场下钛合金熔体的充型、凝固行为及铸件缺陷形成规律,提出了立式离心铸造技术改进方案,并对未来离心场下成型理论与技术的发展提出了展望。     

浇注温度和细化剂对K4169高温合金铸态组织的影响

研究了K4169高温合金在不同浇注温度下向熔体中加入和不加入细化剂的晶粒尺寸和组织特征。结果表明:降低浇注温度或者添加细化剂都能减小晶粒尺寸和提高等轴晶比例。在浇注温度1520℃时,向熔体中加入细化剂,可使圆柱锭的晶粒尺寸由原来的10.56 mm细化至2.84 mm,断面等轴晶比例由原来的10%提高到81%。     

合金化元素Ti对Laves相Cr_2Nb力学性能及耐蚀性的影响

采用真空非自耗电弧熔炼工艺制备了Cr2Nb-XTi(X=5,10,15,at%)合金,利用光学显微镜(OM),X射线衍射(XRD)仪,扫描电镜(SEM)对电弧熔炼态铸锭的组织进行了研究,探讨了合金化元素Ti的含量对Laves相Cr2Nb力学性能及耐蚀性的影响。结果表明:3种成分的电弧熔炼态合金凝固组织主要由C15-Cr2(Nb,Ti)相和六方的β-(Ti,Nb)以及体心立方结构的β-(Nb,Ti)相组成。在5Ti和10Ti合金冷速较小的铸锭上部凝固组织中出现了亚稳相C14-Cr2(Nb,Ti)。通过对合金力学性能研究表明,随合金化元素Ti含量的增加,Laves相Cr2Nb合金的显微硬度逐渐降低,断裂韧性增大,当Ti含量达到15at%时,合金的断裂韧性达到了3.1 MPa·m1/2,比单相Laves相Cr2Nb提高1倍。另外,对腐蚀性能的测试表明,Ti含量增加材料腐蚀性能下降,但15Ti合金仍表现出良好的耐蚀性。     

微尺度下液态Zn-4Al合金停止流动机理研究

液态金属在微尺度空间内的停止流动机理决定了微铸件的充型能力,对完善微精密铸造工艺有重要的指导意义。观察不同管径微管道内的合金凝固组织,研究了微尺度下液态Zn-4Al合金的停止流动机理,结果表明:停止流动机理由宏观尺度时的端部堵塞机理,变为微尺度时端部堵塞与后续流体的半固态堵塞两者复合的停止流动机理,临界值约在管径为0.5 mm,微尺度条件下的特有充型凝固过程是停止流动机理改变的根本原因。     

TiAl基合金定向凝固中领先相的确定及影响因素

TiAl基合金因其优异的高温性能及较低的密度成为近年的研究热点,室温塑性是其走向工程化应用最主要的障碍。通过定向凝固技术控制TiAl基合金片层取向与生长方向平行时,可有效提高其综合力学性能,领先相的选择及生长取向的控制是TiAl基合金片层取向控制的关键因素。本文综述了定向凝固TiAl合金领先相的类型及生长取向的几种确定方法,及其生长取向的影响因素,最后总结了领先相生长取向控制的研究方向,对制备定向凝固TiAl基合金叶片具有重要的指导意义。     

钛合金冷坩埚连续熔铸过程定向凝固

水冷铜坩埚存在很强的侧向散热,而定向凝固则必须保证单向热流,分别从电磁力、温度场及传热3方面来分析冷坩埚定向凝固的可行性.结果表明:在三相点焦耳热最大,感应焦耳热弥补了侧向散热,保证在下驼峰与坩埚接触点Z0附近区域等温线近乎平直,能够利用冷坩埚实现钛合金的定向生长.增大电磁压力,提高熔体过热度,可以减小坩埚壁的侧向散热,有利于冷坩埚实现定向凝固.     

小平面相的定向凝固与生长

小平面相是合金凝固中常见的组织之一,而目前合金凝固理论和实验研究的对象还只是非小平面相,结果小平面相凝固中许多现象还难以解释。但随着新材料(如新型金属间化合物材料)的研究和开发的需要,小平面相的组织受到越来越多的重视和关注。本文评述了小平面相的凝固与生长,给出了小平面相凝固中存在的条件、生长机制和分析方法,并简要提出小平面相凝固中尚需研究的问题和发展的方向。     

湿法腐蚀制备Si-TaSi_2场发射阴极阵列的工艺研究

阴极阵列形貌是影响场致发射材料发光性能的关键因素。以Czochralski(Cz)法制备的Si-TaSi2共晶复合材料为场发射阴极材料,采用湿法腐蚀制备Si基TaSi2尖锥型场发射阴极阵列。通过调整腐蚀液配比、腐蚀时间和腐蚀液温度,研究了不同腐蚀条件对Si基TaSi2尖锥形貌及阴极阵列制备的影响,获得了Si基TaSi2尖锥阴极阵列的最佳制备工艺,并对其场发射性能进行了测试。结果表明:在室温17℃,腐蚀液配比v(HF)∶v(HNO3)=1∶4,腐蚀时间15 min下得到了高长径比的TaSi2尖锥,阵列具有较好的场发射性能,开启场强为3.84 V/μm。     

定向凝固Al2O3/YAG共晶自生复合材料的组织形态及非规则共晶生长

采用激光区熔定向凝固技术制备了Al2O3/Y3Al5O12(YAG)共晶自生复合材料.利用SEM,XRD,EDS及TEM对共晶形貌特征、相组成、界面结构.组织演化及相析出规律进行了研究;利用分形维数对非规则微观组织形态进行了定量表征.在此基础上,分析讨论了氧化物共晶的非规则共晶生长机制.结果表明: Al2O3/YAG共晶自生复合材料由无规则均匀分布的Al2O3和YAG两相组成,两相之间相互交错,耦合生长,呈象形文字结构;凝固过程中,YAG相作为领先相析出;随扫描速率增大,共晶间距高度细化,最小层间距为0.2 靘;在低扫描速率下,共晶组织属典型的层片状非规则共晶组织,具有明显的分形特征,当扫描速率达到2000 靘/s时,出现胞状和树枝状组织,组织分形特征减弱;共晶两相高的熔化熵及激光快速凝固大的动力学过冷导致的小平面/小平面共晶生长是形成复杂非规则共晶组织的主要原因.     

B元素对Ti-46Al和Ti-46Al-5Nb合金柱状晶组织的影响

B元素对Ti-46Al和Ti-46A1-5Nb(原子分数,%)合金的柱状晶组织均有明显的细化作用,且对后者的细化效果更显著.这一现象可归结为:B元素在Ti-46Al-5Nb合金中的溶解度较低,硼化物析出量增加,柱状晶组织进一步细化.