凝固模式对定向凝固TiAl-Nb合金组织和力学性能影响

目的 研究凝固模式对TiAl-Nb合金定向凝固组织和力学性能的影响。方法 利用Bridgman定向凝固方法制备了单一β、亚包晶、过包晶以及单一α相4种凝固模式的TiAl-Nb合金,对显微组织进行观察,并进行室、高温拉伸性能测试及断口形貌分析。结果 单一β凝固模式柱状晶明显倾斜,其他凝固模式合金的柱状晶挺直且宽度较均匀,除单一α凝固合金中片层方向近似与定向凝固方向平行外,其他模式凝固合金中大部分片层方向与定向凝固方向呈近45°夹角;拉伸性能结果显示,亚包晶合金室温和高温抗拉强度最高,分别为429和483 MPa,单一α相合金室温和高温抗拉强度最小,分别为281和204 MPa。结论 亚包晶合金其室温和高温拉伸性能均高于其他凝固模式的合金性能,但定向凝固试样制备过程中产生Y2O3颗粒夹杂,导致拉伸试验过程容易形成应力集中,致使定向凝固TiAl-Nb合金较早发生断裂。     

TiAl基合金冷坩埚定向凝固研究现状与发展趋势

冷坩埚定向凝固技术基于材料电磁加工原理,将合金连续熔化、电磁约束成形和连续凝固过程统一,避免模壳法定向凝固造成的合金熔体污染,是TiAl等高活性合金高纯净定向凝固的重要方法之一。报告了TiAl基合金冷坩埚定向凝固技术的研究结果,建立了电磁场、温度场与电磁冷坩埚系统主要参数之间的规律性关系。通过改变冷坩埚的横截面形状,初步制备出具有定向凝固组织的TiAl基合金圆、方和扁锭,研究结果表明该方法不但适合于Ti-Al二元合金,而且施与多元多相TiAl基合金也是可行的。通过对成分和组织的控制,所研究的TiAl基合金定向凝固试样的室温拉伸塑性最高达到1.5%左右。最后指出将该方法应用于耐高温的轻质高Nb含量的γ-TiAlNb合金的定向凝固是未来的发展趋势。     

高温合金定向凝固技术研究进展

首先回顾了定向凝固的发展历史,重点分析了液态金属冷却定向凝固的技术特点。总结了高温度梯度下制备的定向凝固法单晶高温合金在组织和性能方面的研究现状,结合作者在本领域的研究,着重分析了定向凝固温度梯度、凝固速率、晶体取向、熔体超温处理、熔体对流控制对组织和性能的作用规律和机制,认为高温度梯度定向凝固是细化组织、减少缺陷、提高合金性能的重要途径。最后展望了高温合金定向凝固的发展趋势。     

脉冲电流对冷坩埚定向凝固TiAl基合金微观组织和性能的影响

施加脉冲电流进行Ti-45.5Al-4Cr-2.5Nb(原子分数,%)合金的定向凝固并结合仿真实验,研究了脉冲电流对其凝固组织和性能的影响。结果表明：随着频率为200 Hz的脉冲电流密度的增大电流集肤效应增强、熔体内电流集肤效应加重。在集肤层电流焦耳热效应的作用下糊状区侧向散热的热流密度降低,使枝晶的平均偏离角减小,从而使合金的断后延伸率增大。脉冲电流密度较小时,在焦耳热效应和电磁搅拌的作用下熔体中枝晶的重熔和破碎使柱状晶晶粒的径向尺寸减小。但是,过量的焦耳热使熔区的长度增大、温度梯度减小,反而使晶粒的径向尺寸增大。因此随着电流密度的增大TiAl合金的抗拉强度先提高后降低,施加频率为200 Hz、电流密度为35.3 m A/mm的脉冲电流Ti Al合金的抗拉强度最大,比母合金铸锭的抗拉强度提高了70.7%。电流密度为52.9 m A/mm时延伸率达到最大值,比母合金锭的延伸率提高了129.5%。     

TiAl合金精密铸造及定向凝固用耐火材料的研究现状

TiAl金属间化合物具有低密度、高弹性模量、高比强度、良好的抗高温蠕变和抗高温氧化性能,被认为是极具潜力的高温结构材料,在航空航天及汽车发动机领域具有广阔的应用前景,特别是经定向凝固得到的TiAl合金在综合力学性能方面可得到良好的配合。然而,TiAl合金熔体由于具有高的化学活性,会与所有已知的耐火材料发生不同程度的化学反应,限制了其定向凝固铸件的生产和应用。首先回顾了TiAl合金的熔炼技术,然后对TiAl合金精密铸造及定向凝固用耐火材料的研究现状进行了总结,在此基础上提出了一种新型的TiAl合金定向凝固用BaZrO3耐火材料,并展望了其今后的发展。     

Al-Pb合金快速定向凝固的数值模拟

在考虑凝固界面前沿第二相液滴形核、长大以及迁移综合作用的基础上 ,提出了描述偏晶合金在快速定向凝固条件下微观组织形成过程的数学模型 ,并对Al-Pb轴承合金在垂直Bridgeman定向凝固条件下的凝固组织进化过程进行了计算分析 .结果表明 :在大的凝固速度条件下 ,凝固界面前沿存在成分过冷区 ,液 -液相分解在此区域内进行 ;在恒定的温度梯度条件下 ,凝固速度越快 ,第二相液滴的形核速率越大 ,液滴的数量密度越高 ,平均半径越小 ;凝固界面前沿液滴的平均半径 (R)与凝固速度 (v)之间存在如下指数关系 :R(z =0 ) =C2 v-0 .3 9± 0 .0 1     

γ-TiA1基合金定向凝固特性研究

用定向凝固方法在不同的生长速度下成功地制备了一批γ-TiA1定向凝固试样。通过对不同生长速率下形成的γ-TiA1金相组织观察和分析后发现：随着生长速率的增加，原先的初生稳定相B相的数量逐渐减少，亚稳相Ⅱ相的数量逐渐增加；最后形成的由α2和γ组成的片层组织的片层间距入与生长速率的V^1-3近似成反比关系。     

γ-TiAl基合金定向凝固特性研究

用定向凝固方法在不同的生长速度下成功地制备了一批γ-TiAl定向凝固试样.通过对不同生长速率下形成的γ-TiAl金相组织观察和分析后发现:随着生长速率的增加,原先的初生稳定相β相的数量逐渐减少,亚稳相α相的数量逐渐增加;最后形成的由α2和γ组成的片层组织的片层间距λ与生长速率的V1/3近似成反比关系.     

定向凝固共晶多相复合陶瓷的研究现状

本文评述了定向凝固共晶多相复合陶瓷的制备方法, 并介绍了定向凝固 Ａｌ_２ Ｏ_３/ Ｙ Ａ Ｇ 共晶复合材料优异的高温强度、热稳定性以及抗蠕变性断裂强度达３５０ ～４００ Ｍ Ｐａ , 且从室温到２０７３ Ｋ 基本不变; 在１９２３ Ｋ 以上拉伸试验, 显示出由位错运动引发的塑性形变; 且观察到类似于金属的屈服现象这种复合材料经１９７３ Ｋ/１０００ｈ 空气中热处理后的显微结构也十分稳定有望成为２１ 世纪新的耐热结构材料     

Nd-Fe-B包晶合金定向凝固组织的研究

利用亚快速定向凝固设备制备Nd-Fe-B合金,并研究了其定向凝固组织.设计合金成分为:亚包晶成分(Nd10.8Fe83.8B5.4)、包晶成分(Nd11.76Fe82.36B5.88)和过包晶成分(Nd13.5Fe79.75B6.75).对抽拉速率在5～500μm/s范围内合金的定向凝固及微观组织的研究表明:三种成分Nd-Fe-B合金的最终凝固组织均由α-Fe枝晶相、包晶Nd2Fe14B相和富Nd相组成;随着抽拉速率的提高,α-Fe相的一次枝晶间距呈减小的趋势;三种成分凝固组织中的α-Fe相的体积分数随着抽拉速率的提高都表现出了先减后增的趋势,而Nd2Fe14B相的体积分数都表现出了先增后减的趋势.     

定向凝固Ti-(43-48)Al-2Cr-2Nb合金的显微组织和性能

研究了Al含量对冷坩埚定向凝固Ti-(43-48)Al-2Cr-2Nb合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明,Ti-(43-48)Al-2Cr-2Nb合金的定向凝固组织主要由α₂相和γ相组成,随着Al含量的提高α₂相逐渐减少而γ相含量提高,且其显微组织片层由以平行片层和45°片层为主的混合片层向垂直混合片层转变;Al含量(48%,原子分数)较高的Ti-(43-48)Al-2Cr-2Nb合金其片层取向与应力方向垂直,具有较高的抗压强度和较低的塑性;Al含量(45%,原子分数)适中的合金其片层取向与应力方向平行,具有较高的强度、室温延伸率和综合性能。     

TiAl合金片层取向控制研究进展

TiAl合金因具有低密度、良好的高温强度以及抗氧化性,成为在航空航天及汽车行业具有重要应用价值的新型高温结构材料。对于全片层TiAl合金,通过控制α相沿非择优取向生长,获得平行于生长方向的片层组织,可显著提高其综合力学性能。TiAl合金的片层组织控制方法主要包括改变凝固路径法和籽晶法。综述了TiAl合金片层取向控制的现状及存在的主要问题,指出自引晶法和β相籽晶法是片层取向控制的新方法,将促进TiAl合金片层组织控制的工程化应用。最后,对TiAl合金片层取向控制的发展前景进行了展望。     

深过冷熔体激发快速定向凝固

阐述了深过冷的方法，深过冷的遗传性，深过冷度的理论极限以及深过冷熔体激发发快速定向凝固的试验方法及其凝固过程，给出了深过冷熔体（Ｃｕ－５ｗｔ％）激发快速定向凝固与铸态试验激发快速定向凝固的初步试验结果。     

定向凝固包晶合金低速共生生长与带状组织

包晶合金定向凝固过程中的相和组织选择是一个复杂的过程.综述了包晶合金定向凝固中的低速带状与共生生长组织的实验和理论研究情况及其进展.讨论了低速带状与共生生长组织的关系,说明两者并非孤立存在,带状向耦合生长组织的转变可能源于某一临界成分.     

抽拉速率对铝合金定向凝固热裂形成的影响

在半连续真空定向凝固设备上进行了Ａｌ－０．６ｗｔ％Ｃｕ和Ａｌ－２．０ｗｔ％Ｃｕ两种铝合金的热裂试验，结果表明，两种成分铝合金试样的热裂程度随抽拉速率的提高而增大，理论分析认为，抽拉速率的提高，增加了合金凝固后期的收缩速率，因而造成热裂程度的增加。     

Bridgman-Stockbarger法定向凝固温度场的数学模型

本文提出了描述Bridgman-Stockbarger法定向凝固温度场的数学模型。它为如何设计最佳性能的装置以及如何定量地控制和确定实验的工艺条件提供了理论依据。本模型的计算结界与实验值之间得到了很好的吻合。     

定向凝固技术的研究进展与应用

定向凝固技术是制备具有单一取向要求的凝固组织和高性能材料的重要方法,是研究凝固理论和新型材料的重要手段。在介绍定向凝固技术原理的基础上,评述了传统定向凝固技术的发展及存在的弊端,简述了几种新型定向凝固技术,以及它们在制备新材料中的应用。     

铌-硅基超高温合金定向凝固及相组成的热力学研究进展

铌-硅基超高温合金作为有望在1200℃以上温度使用的结构材料而受到广泛研究。综述了铌-硅基超高温合金中合金化元素的作用以及熔体过热处理技术在该合金定向凝固中的应用,并评述了对铌-硅基多元合金相组成等的热力学研究进展。