氩气雾化Ti6Al4V预合金粉末的制备及特性研究

采用氧气雾化法制备出Ti6Al4V预合金粉末,并对粉末的粒度分布、形貌和微观结构进行了研究.结果表明:所制备的粉末颗粒细小,粒度呈正态分布.粉末大部分为球形或近球形,粉末表面为近似六边形胞状组织,大颗粒粉末表面相对较为粗糙,并伴有少量的卫星颗粒,小颗粒粉末表面光滑,并且没有黏附卫星颗粒.粉末的内部组织呈现为胞状结构,组织细小均匀.粉末主要由α相胞晶和细针状马氏体α ′组成,这都是快速凝固所形成的;随着粉末粒度的减小,针状相数量和尺寸减小,并且部分发生球化形成细小的球化相.粉末表面存在一定的成分偏析以及碳、氧元素污染,氧化膜的厚度约为30μm.     

梯度组织FGH96合金残留枝晶区的组织特征研究

采用梯度热处理工艺制备了具有梯度组织结构的FGH96合金亚尺寸盘坯, 对盘坯存在的残留枝晶区组织进行了研究。结果表明, 残留枝晶区实质上是一种γ′相未完全再结晶的组织区, 其呈区域性不均匀的分布于盘芯部位。残留枝晶区的形成与粉末颗粒冷凝组织的遗传性及未充分变形再结晶密切相关, 通过采用合适的热加工和固溶热处理工艺可以消除这种组织不均匀性。     

W对第三代单晶高温合金抗氧化性能的影响

采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)等方法研究了不同W含量的3种试验单晶高温合金在1100℃的恒温氧化行为。结果表明:8%W合金氧化增重最大,6%与7%W的增重量相当,3种合金氧化动力学曲线近似遵从抛物线规律。试验合金氧化100 h后氧化膜剥落严重,8%W含量试验合金表面氧化膜剥落较6%和7%W合金严重,氧化膜由3层构成:最外层主要为(Ni,Co)O;中间层主要为氧化物和尖晶石相;最内层是连续的A1_2O_3层。在合金基体形成了γ'贫化层。在本合金体系下,随W元素含量变化,改变了试验合金1100℃氧化机制,在合金设计时,兼顾合金高温强度与抗氧化性能,应选择W含量不超过7%为宜。     

先进单晶高温合金均匀化-固溶热处理的研究与设计

为设计更适用于先进单晶高温合金的均匀化-固溶热处理制度,研究了不同热处理温度和时间对一种先进单晶高温合金组织的影响。使用金相显微镜和场发射电子显微镜观察合金组织,使用电子探针测试合金元素分布,并分析试验结果。试验发现,当温度直接升至γ′相溶解的实际起始温度1338℃时,合金不会发生初熔;当温度直接升至γ′相溶解的外推初始温度1350℃时,合金中出现了明显初熔,但初熔组织随着保温时间的延长逐渐减少;当温度直接升至较低的1328℃时,合金中虽然没有发生初熔,但均匀化效率明显降低。结合先进单晶高温合金高熔点元素含量较高的特点对试验结果进行热力学和动力学计算与分析,结果表明,单晶高温合金的均匀化-固溶热处理窗口是一个动态的窗口,γ′相完全溶解温度和初熔温度均随着合金均匀化程度的提高而提高;高代单晶高温合金在均匀化-固溶热处理中,不须要将温度始终保持在铸态合金的初熔温度以下,只要保证温度低于合金所在均匀化状态对应的初熔温度即可;均匀化-固溶热处理中,提高每一台阶的温度可以得到的均匀化-固溶效果远优于延长热处理时间可达到的效果。根据试验及分析结果提出了一种适用于先进单晶高温合金的均匀化-固溶热处理制度设计方法,使试验合金在较短时间内得到了理想的合金组织和均匀化效果。     

一种单晶高温合金的组织和持久性能

研究了一种第二代单晶高温合金的显微组织和不同条件下的持久性能.研究结果表明合金铸态组织由γ相、γ′相和共晶相组成.完全热处理后,无共晶和初熔,γ′相立方化较好.合金不同条件下持久性能良好.在760 ℃/800 MPa条件下持久断裂为类解理断裂,而合金980 ℃/250 MPa、1 100 ℃/140 MPa的高温持久断裂显示出韧窝断裂特征.持久断裂组织分析表明,在760 ℃/800 MPa条件下,γ′相仍保持立方状.在980 ℃/250 MPa条件下,γ′相发生筏排化.在1 100 ℃/140 MPa条件下,γ′相筏排化更严重.      

试样尺寸对一种单晶高温合金组织的影响

 通过制备两种不同尺寸单晶试样的凝固试验,研究了试样尺寸对DD3单晶高温合金组织的影响。结果表明,在相同的凝固工艺条件下,试样尺寸增大,合金的一次枝晶间距和二次枝晶间距变大,合金元素的偏析程度稍有增加,枝晶干和枝晶间的铸态γ′相尺寸稍有增大,显微疏松无明显改变,共晶的尺寸和含量增加;经相同的热处理工艺处理后,试样尺寸增大,合金枝晶干和枝晶间的γ′相尺寸稍有增大。     

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.     

单晶高温合金DD6再结晶晶界析出相特征及其形成机制

对单晶高温合金DD6进行表面吹砂处理,然后进行固溶与时效真空热处理,采用SEM,TEM,EPMA和Thermo-Calc的方法研究了单晶合金DD6再结晶晶界析出相的特征及其形成机制.结果表明,经过吹砂处理的DD6合金在固溶与时效热处理过程中发生再结晶.再结晶晶界出现析出相,分析表明析出相为M_6C碳化物,该碳化物呈粒状析出,尺寸约为0.5μm,数量极少,富含W,Re和Mo,且Cr,Nb和Co的含量与合金名义成分差别不大,而Al,Ta和Ni含量较低.由于再结晶晶界上C元素的聚集效应,C原子在晶界上达到一定浓度后即与一定数量的W,Mo等μ相形成元素发生相变反应,抑制了合金析出μ相的倾向.又因为DD6合金W含量较高,而Cr含量较低,抑制了M_(23)C_6碳化物,有利于析出M_6C碳化物.     

一种常温间接测量液态高温合金表面张力的方法

由于液态合金与铸型界面间的相互作用,液态的自由表面与铸型表面接触处形成弯月形的空间曲面.基于此,提出了一种测量液相线温度下表面张力的方法.对于具有一定宽度结晶范围的高温合金,对定向凝固过程分析发现,凝固后的自由表面弯月形曲面在能够较为精确反映液相线温度下液态合金的弯月形曲面.在常温下测量弯月形曲面,根据Young-Laplace关系计算,就可以得到该合金液相线温度下的表面张力.通过对单晶高温合金DD6进行实验,得到液相线温度下DD6的表面张力约为1.34J·m~(-2).     

喷射成形工艺中限制型喷嘴雾化气流场的数值模拟

利用CFD技术对在粉末冶金和喷射成形工艺中广泛使用的限制型雾化喷嘴的气体流场进行了计算。结果表明在限制型喷嘴中气流的会聚角度对金属液导流管前端的压力场和气体流场有很大的影响。平行气流可以在负压的作用下会聚到轴线上。随会聚角度增加,导液管前端的压力提高,金属导液管前端的压力场由负压向正压转变,气流沿导液管轴线方向速度的最大值也随会聚角的增加而增大,气流在会聚点处的动能也随之增加。限制型喷嘴的气体流场还受到金属导液管位置的影响,随导液管的伸出可以促进负压区的形成,提高抽吸力,保证金属液的顺利流出。