铸造工艺参数和细化剂对K4169高温合金铸态组织的影响Ⅰ.晶粒组织及晶粒细化机理

研究了K4169高温合金在各种工艺条件下及向熔体中加入复合细化剂时的晶粒组织。结果表明，降低浇注温度和加入复合细化剂可以明显细化冷凝后基体的晶粒和提高铸件断面等轴晶的比例。在通常的浇注温度1400℃下加入复合细化剂。对合金熔体进行或不进行过热处理时，可使圆柱锭的晶粒分别细化至ASTM1.7级和ASTM3.2级；断面等轴晶的比例分别达96％和99％以上。当浇注温度为1420℃、加入复合细化剂并对合金熔体进行过热处理时。可使圆柱锭晶粒细化至ASTM M10.5级，断面等轴晶的比例达90％以上。提出了晶粒细化的机理并对晶粒细化后断面等轴晶比例增大的现象进行了分析。     

K4169铸件凝固温度场及晶粒组织计算机模拟

研究了在PRO/E和ANSYS软件环境下对复杂铸造系统进行联合建模的方法,采用PRO/E构建K4169高温合金壳体铸件,导入ANSYS软件构建铸造系统并对其凝固过程中的温度场进行模拟,得到铸件各点温度随时间的变化规律及其温度场的分布特征。根据铸件中各特征点的冷却曲线,采用非连续形核模型获得晶粒组织特征值,基于元胞自动机的方法实现镍基高温合金铸件关键部位凝固组织演变过程的可视化仿真。模拟结果与实测晶粒组织符合较好。     

NixAlyTiz添加剂对K4169高温合金铸态晶粒组织的影响

选用Ｋ４１６９Ｆｅ－Ｎｉ基高温合金,研究了向熔体中加入ＮｉｘＡｌｙＴｉｚ金属间化合物合金冷凝后的晶粒尺寸,枝晶组织等凝固组织特征的影响。结果表明,加入微量ＮｉｘＡｌｙＴｉｚ细化剂并控制合金液的均匀化处理过程可显著细化晶粒,将铸件整体晶粒细化至０．１－０．２ｍｍ,达到ＡＳＴＭ１－３级。同时,枝晶组织出现了由枝枝晶向胞状晶的转变,并且ＮｉｘＡｌｙＴｉｚ细化剂的加入对合金的结晶特性及凝固组织无不良影响。     

不同铸造工艺下K4169高温合金涡轮机匣凝固组织模拟

采用凝固组织模拟与试验分析方法,对不同铸造工艺下的K4169合金凝固枝晶溶质扩散、晶粒耦合共晶生长过程进行数值模拟分析,模拟结果与试验结果相符。结果表明,当冷却速率增大时,枝晶生长速率将大于溶质扩散速率,导致枝晶生长末期其周围的剩余液相溶质浓度仍将保持在较低水平。在细化剂作用下,铸件凝固过程大量形核,排到液相中的溶质较少,导致在晶粒生长后期剩余的液相溶质浓度仍较低,凝固后的固相溶质浓度也较低,且发生共晶反应的区域较少,抑制了凝固后期析出相数量。     

大厚度K4169高温合金电子束焊接工艺

通过对大厚度K4169合金真空电子束焊接工艺试验研究,优化了工艺参数,分析了焊缝表面成形及焊接接头组织、力学性能。结果表明:K4169合金具有良好的电子束焊接性能,焊缝区形成层状组织,时效处理后焊缝抗拉强度远远高于母材的抗拉强度。     

Co对K4169合金铸态组织和性能的影响

采用手工电弧炉熔炼制备了不同Co含量的K4169高温合金,显微组织和力学性能的研究表明:Co强烈促进Laves相的形成,缩小合金枝晶间偏析区;随着Co含量从0.5%增加到0.8%,Laves相由小块状变为筛网状且数量明显增多;合金中强化相γ′相的数量也随Co含量的增加而增多。Co元素的加入使K4169铸态合金的室温压缩强度有所提高,合金的硬度稍有降低,但总体来说Co元素的增加对铸态合金的室温压缩强度和硬度的影响较小。     

合金元素对K4169高温合金析出相影响研究现状

综述分析了沉淀强化元素、固溶强化元素、微合金化元素及杂质元素对K4169高温合金中析出相的影响,特别是对MX型碳化物、Laves相和δ相形状、大小和分布的影响,并总结了K4169合金的最新研究进展。     

Zr在K4169合金凝固过程中作用的研究

利用手工电弧炉熔炼制备了Zr质量分数为0.00%～0.07%的K4169合金,采用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪以及差热分析对合金的凝固组织、元素偏析及熔点进行了研究。结果表明,Zr的加入促进了合金中Nb、Mo、Ti等元素的偏析,使铸态合金晶界析出的Laves相和碳化物数量增多,但随着Zr含量的增加Laves相又有所减少。Zr的加入提高了Laves相初熔温度,降低了合金的熔点。另外,微量Zr对K4169合金的凝固组织不利。     

铸造工艺参数和细化剂对K4169高温合金铸态组织的影响Ⅱ.枝晶组织及晶粒球化机理

铸造工艺参数和细化剂对K4169合金枝晶组织，元素偏析、夹杂及缩松有明显的影响。浇注温度越低，一次枝晶主轴长度和二次枝晶臂距就越小。在同一浇注温度下，化学法细晶试样的一次枝晶主轴长度较普通铸试样的短．但二者的二次枝晶臂距没有明显差别。晶粒细化后，合金中主要元素Fe,Cr,Nb,Mo和Ti的偏析减轻，晶粒的形态由树枝晶向细晶组织中的粒状晶转变。对晶粒球化现象做了合理解释。微量细化剂的加入不会在铸件中形成夹杂。不会改变合金的相组成。在高的浇注温度下，细化剂使晶粒细化的同时，也使铸件中的缩松大大减少。     

氮对K4169合金微观组织和力学性能的影响

采用Thermo-Calc模拟计算、差热分析和等温凝固淬火试验(ISQ)相结合的方法,借助OM、SEM、EPMA及TEM等表征设备,系统研究了氮含量对K4169合金凝固组织演变行为、元素偏析行为以及力学性能的影响规律。结果表明,氮含量从17μg/g增大到100μg/g,合金中碳化物、氮化物的体积分数增大,氮化物析出温度升高。氮含量会影响碳化物的数量和形貌:在氮含量50μg/g的合金中,MC型碳化物数量较多,尺寸较大且呈条状形貌;在氮含量为70μg/g和100μg/g的合金中大尺寸MC型碳化物数量显著减少,条型MC碳化物转变为块状。氮含量对K4169合金室温拉伸性能无明显影响,对高温持久性能影响很大。氮含量由17μg/g增大到100μg/g时,合金的高温持久寿命和延伸率分别从300 h和3%下降到2.26 h和2.34%。当氮含量超过30μg/g时,合金的持久性能发生显著下降,因此,K4169合金的氮含量应控制在30μg/g以内比较合理。     

K418高温合金细晶叶片铸造工艺的研究

研究了Ｋ４１８高温合金细晶叶片铸造工艺。研究结果表明，在合适的型壳材料和合理的浇注系统条件下，当型壳温度控制在１０００℃，浇注时金属液过热温度控制在２８～３８℃，精炼温度不过高，则可获得健全的等轴细晶叶片。其晶粒度等级达到ＡＳＴＭ３０～６．０。     

硼对K4169高温合金流动性及缩松的影响

研究了微量硼对K4169高温合金相变温度、比热、表面张力、流动性及缩松的影响。采用自主设计的两种表征高温合金流动性的模型,研究了微量元素硼对K4169高温合金流动性的影响,测定了铸件缩松的面积百分含量。结果显示,当合金中硼含量由26 mg/kg增至59 mg/kg,合金的流动性明显提高。而合金中缩松含量随硼含量的增加先减后增,在硼含量由59 mg/kg时缩松最少。运用差热扫描分析仪(DSC)对合金的凝固特征参数进行了测定,结果显示,随着硼含量增加,凝固温度区间逐渐变窄,当硼含量超过59 mg/kg时,凝固温度区间增加。用JMat Pro软件计算结果显示,随着硼含量的增加,合金的表面张力逐渐降低。经过EDS分析,当硼含量为70 mg/kg时,合金中会析出硼化物。     

高温合金K4202热控法细晶铸造过程模拟

采用有限元软件模拟了高温合金K4202复杂薄壁件在低过热度浇注条件下的流场、温度场和凝固组织。结果表明,K4202高温合金复杂薄壁件在低过热度浇注时可以获得充型完整的铸件;高温合金K4202复杂薄壁铸件的厚大部位和变截面部分易出现缩松缺陷;当高温合金在低过热度浇注时,铸件整体获得了等轴晶均匀分布的细晶组织,晶粒度达ASTM2-3。     

大体积K4169高温合金深过冷及其组织均匀性的研究

本文在传统深过冷工艺的基础上,通过对传统工艺中B2O3玻璃净化法和循环过热方法的改进,可使较大体积K4169高温合金稳定地获得200K以上过冷度,其中100g合金熔体的最大过冷度达281K。采用ANSYS软件模拟了100gK4169高温合金冷却过程中熔体温度场的分布,熔体形核前最大温差仅为14K。在此基础上观察合金不同部位的凝固组织,发现组织随着形核温度的升高而增大。总体来看组织只有微小差别,其平均晶粒尺寸为12?2μm,与模拟结果相吻合。     

K4169合金离心铸管工艺模拟及试制研究

采用ProCAST软件对K4169合金的离心铸造工艺进行了模拟研究。通过分析浇注速度、铸型转速、浇注温度及铸型温度对离心铸管充型及凝固行为的影响,获得了外径56 mm/内径38 mm的K4169合金离心铸管最佳制备工艺参数。在此工艺参数条件下,K4169合金离心铸管可实现连续稳定充型,离心铸管壁厚差为0.2 mm,内表面疏松比例小于3%,且柱状晶平均宽度为1.7 mm。结合模拟结果对K4169合金离心铸管进行试制,所制备的离心铸管显微组织中柱状晶占比80%,且晶粒组织细小,因而离心铸管具有优异的高温塑性。     

SiC陶瓷/K4169合金复合铸件铸造过程的数值模拟研究

铸造一体化成形技术有助于制备大尺寸、复杂结构的陶瓷/金属复合构件,具有重要的理论意义和应用价值。本文基于有限元方法,针对SiC陶瓷/K4169合金复合铸件,探究铸造充型过程的流场,陶瓷-金属的热交互作用以及凝固过程中复合铸件热应力、残余应力的产生与分布特性。结果表明,金属液充型过程在内浇口处出现不稳定流动;陶瓷在接触金属液后,表面温度陡升,且在陶瓷内部形成20-30℃/mm的温度梯度;铸造热应力呈现出先降低后升高的趋势;残余应力集中在陶瓷和金属界面,且较大应力在陶瓷一侧,陶瓷端残余应力峰值在距离界面2-3mm处。     

脉冲电变质处理纯Al凝固晶粒组织形成计算机可视化模拟

研究了电变质处理形成的纯Al凝固晶粒组织。试验过程中对不同电脉冲冲击能量下的过冷度数值进行实测,在此基础上利用连续形核模型和枝晶尖端生长的动力学模型即KGT模型模拟了纯Al凝固晶粒组织的形成过程。计算了该组织的凝固晶粒组织特征值,包括晶粒密度和平均晶粒尺寸,并与实测数据进行了对比。试验结果显示电脉冲冲击能量从0J增加到270J时,过冷度随脉冲能量的增加而从6℃增大到14．1℃,最大形核密度从1．99×10^4个／m2增大到1．99187×10^8个／m2,最大晶粒形核密度提高四个数量级。经过对比模拟结果与试验结果符合较好。     

Effect of Zr addition on precipitates in K4169 superalloy

In order to investigate the effect of Zr addition on the precipitations of K4169 superalloy,a manual electric arc furnace was used to prepare the superalloy with different Zr addition from 0.03wt.% to 0.07wt%.After standard heat treatment and long-time aging,the microstructures of the alloys were observed using XRD,SEM and TEM.The results show that Zr not only inhibits the precipitation of Laves phase at the grain boundary,but also significantly promotes the precipitation of earlobe-like γ’ and γ″ phases.After long time aging at 680℃ for 500 h,the γ″ phase grows up obviously and forms a γ’/γ’’ clad microstructure when the Zr addition is 0.03 wt.%.A large number of fine orbed γ’ particles precipitate in the grains and some γ″ phase transforms to disk-like δ phase when the Zr addition increases to 0.05wt.%.The nano-polycrystalline γ’ phase precipitates in the grains and there is a little δ phase when the Zr addition is 0.07wt.%.As the Zr addition increases,the amount of Laves phase at the grain boundary decreases at first,and then increases and forms flaky morphology.     

低压铸造充型过程水模拟速度场可视化技术

以物理模拟技术、图像处理技术和计算机技术为基础,采用水模拟计算机可视化技术,观察和记录液体充型过程的图像信息。运用数字视频处理中的运动补偿技术对获取的流动状态图像进行分析,对低压铸造水模拟充型过程的二维速度场进行了计算,建立了量化的流动场。实现了铸造充型过程水模拟技术的量化分析。