双区加热定向凝固液相温度梯度研究

在分析双区加热定向凝固热流的基础上推导出了液相中温度梯度（ＧＬ）的关系式，提出了提高ＧＬ的途径。结果表明：在双区加热时采用液体金属冷却在结晶生长速度较大时仍可获得很高的ＧＬ；当辐射挡板的厚度为３０ｍｍ，双区加热上下区的功率比为１：２时，定向凝固温度较高，并可以进一步提高ＧＬ。     

CMSX-2单晶高温合金高梯度定向凝固下过渡区的组织演化特征

用高温度梯度定向凝固装置研究了CMSX－2单晶高温合金初始过渡区的组织演化特征，获得了不同条件下过渡区单晶高温合金的平－胞－枝组织结构，以及相应的一次胞枝晶间距大小，发现初始过渡区的凝固过程影响到最终获得的凝固组织。采用的匀加速抽拉方式有利于提高单晶的引晶率和单晶凝固组织的完整性。     

多晶硅的真空感应熔炼及定向凝固研究

以工业硅为原料进行了多晶硅的真空感应熔炼及定向凝固研究，用自行设计的真空定向凝固设备制备了多晶硅铸锭。金相显微镜观察显示铸锭的显微组织为粗大的柱状晶，经电感耦合等离子体发射光谱仪分析，其纯度由99．50％提高到99．86％，各种杂质含量都有所减少。     

电子束冷床熔炼TC4钛合金铸锭凝固过程有限元模拟

利用ProCAST有限元软件对电子束冷床熔炼TC4钛合金铸模凝固过程进行数值模拟,研究了不同浇注速度下温度场的分布规律、预测组织缺陷分布以及晶粒尺寸大小。结果表明,相同浇注温度下,随着浇注速度的增大,铸锭凝固过程中达到稳态所需的时间明显缩短,且无冷隔及浇不足等缺陷出现;缩孔缩松量逐渐增大,且主要分布于铸锭的侧表面及冒口位置;初生枝晶半径和二次枝晶臂间距逐渐增加,凝固组织变得粗大,细晶区域明显减小。在本试验条件下,浇注温度为1 760℃时,选择100 kg/h作为最佳浇注速度,在保证生产效率的同时,可以获得组织细小、冶金质量优良的钛合金铸锭。     

凝固速率对铌基共晶自生复合材料定向凝固组织的影响

铌基共晶自生复合材料（NBISC）经真空自耗电弧熔炼成母合金锭，采用高温度梯度的电子束区熔装置制备定向凝固的试样，分析其组织特征。结果表明：Nb基固溶体（Nbss）相、（Nb，Ti）3Si相和（Nb，Ti）5Si3相为NBISC材料的主要组成相；在电了束区熔条件下，随着电子枪移动速率的提高，NBISC材料共晶组织变细，组织中片层状的共晶团增多，块状或板条状的（Nb，Ti）3Si／（Nb，Ti）5Si3相尺度减小、数量增多，组织趋于规则、分布更均匀，组织的定向性增强，定向效果显著。     

抽拉速率对DD5单晶高温合金定向凝固组织及偏析的影响

研究了高速凝固条件下抽拉速率对DD5单晶高温合金定向凝固组织的影响。结果表明：随着抽拉速率的增大,DD5合金枝晶组织逐渐细化,一次枝晶间距减小;偏析程度加重;γ′相尺寸减小且趋于规则的立方状,枝晶干γ′相的尺寸小于枝晶间;γ/γ′共晶含量、碳化物含量和显微疏松随抽拉速率增大而增加,而γ/γ′共晶和碳化物的尺寸减小。     

真空熔炼氩气保护下连续定向凝固铜管的制备技术

采用自行研制的真空熔炼、氩气保护连续定向凝固设备制备出具有连续柱状品组织的铜管铸坯,分析了铜管铸坯生产中熔体温度、连铸速度、冷却水量,结晶器等对其的影响.分析了在连续定向凝固过程中组织的淘汰机制.实验结果显示,合理参数范围分别为熔体温度1 130～1 170℃、牵引速度20.8～70.0mm/min、冷却水量800～1 000L/h、真空度6.6～20Pa.     

定向凝固对AZ31镁合金凝固组织的影响

通过对AZ31镁合金的定向凝固组织的观察,发现拉速对组织的影响规律:随着拉速的降低,晶粒数明显减少,当拉速≤10μm/s时可以获得稳定的定向凝固组织.     

定向凝固ZMLMC法温度梯度的测定及其对凝固组织的影响

对定向凝固区域熔化液态金属冷却法的固液界面前沿温度梯度进行了测定。在3mm/min的凝固速率下得到的温度梯度高达813K/cm,并且发现温度梯度随着凝固速率的增加而呈减小趋势。得出这种工艺下一次枝晶间距λ1与工艺参数即温度梯度GL和凝固速率V的对应关系,在此工艺参数下获得良好的定向组织。对试验数据λ1与GL-0.5、V-0.25值进行线性回归,其线性回归关系式为:λ1=-0.0032 0.0655G-0.5V-0.25。     

高温度梯度下Al-In偏晶合金定向凝固组织的演化规律

应用高温度梯度的方法，研究了在定向凝固条件下温度梯度与凝固速率的比值G／R对Al-17．5％In(质量分数)合金凝固组织的影响．结果表明，偏晶合金的定向凝固与共晶合金定向凝固的生长规律类似．在高温度梯度下，仅在很低的生长速度时才能形成二相有序排列的共生．在偏晶合金定向凝固进入稳态生长以后，在各自的相凝固前沿富集了另一相的溶质，由于两相的层间距不大，长大过程中的横向扩散占主导地位．随着生长速度的增大或温度梯度的降低，Al-17．5％In合金定向凝固组织从纤维结构到周期性或规则排列的串状结构再到弥散分布结构转变．这种转变与固一’液界面形状的转变有密切关系．     

电子束选区熔化成形纯钨的显微组织与晶体取向研究

采用增材制造技术中的电子束选区熔化成形方法制备了高致密度纯钨试件,分析了电子束选区熔化成形纯钨的传热过程和显微组织特点,重点研究了在几种热传导的共同作用下,纯钨的显微组织特点和晶体的取向分布。结果表明,电子束选区熔化纯钨的显微组织为以外延生长的方式形成的柱状晶。在样品内部,沿成形方向向下为最主要的热传导方向,温度梯度最大,柱状晶生长方向与热流方向相反,形成完全竖直生长的柱状晶;在样品外侧面,沿成形方向向下的热传导和向侧面粉床的热传导共同作用,使得热传导的方向与成形方向出现一定偏差,因此柱状晶组织与成形方向呈30-45_⁰夹角。同时,电子束选区熔化成形纯钨沿着成形方向,形成[111]和[100]方向的择优取向。     

电子束选区熔化成形高强钽的组织与性能

采用粉末床电子束选区熔化技术制备了高密度（99.93%）且无明显缺陷的块状钽样品,并对其微观结构、力学性能进行了研究。结果表明,沉积态的钽金属具有平行于生长方向的柱状晶结构。由于成形过程中的高冷却速率,在块状样品中观察到（001）织构和大量的小角度晶界。由于间隙元素氧和氮的固溶强化,电子束选区熔化成形的钽试样表现出了优异的室温屈服强度（613.55±2.57 MPa）和延伸率（30.55%±4.23%）。     

基于有限元法的钒合金电子束熔炼过程数值模拟研究

基于ANSYS有限元软件建立了钒合金电子束熔炼过程的数理模型,对V-4Cr-4Ti合金电子束熔炼过程进行了数值模拟,研究了不同熔炼工艺参数下的熔炼过程温度场分布规律以及熔池形状。结果表明:熔炼过程温度场分布及熔池形状受到熔炼功率及扫描半径的影响。随着熔炼功率的增大,熔池最高温度将会线性增大,熔池宽度和深度将会逐渐增大。随着扫描半径的增大,熔池最高温度将会先增大后减小,通过分析获得了V-4Cr-4Ti合金电子束熔炼的最佳工艺参数。实验结果表明,在优化后的工艺条件下,钒合金电子束熔炼铸锭质量得到一定提升。     

电子束选区熔化成形Nb521合金微观组织与性能分析

采用电子束选区熔化技术制备Nb521合金,研究其致密化成形工艺。通过对成形试样的组织、物相、显微硬度、室温拉伸性能的检测与分析,探讨了电子束选区熔化成形Nb521合金的机理。结果表明,电子束选区熔化成形过程中,电子束熔化电流及速度的合理匹配,是得到表面质量及内部质量优异的成形样品的基础;电子束能量密度为340 J/mm3时,样品的密度达到8.78~8.79 g/cm3;Nb521合金显微组织沿沉积方向呈柱状晶,晶粒沿（200）晶面有较强的择优生长取向;成形样品中除Nb基体相外,还存在少量的Nb2C与ZrC碳化物析出;样品室温抗拉强度达到384 MPa,屈服强度为307 MPa,断后延伸率为16.5%;显微硬度处于1 500~1 700 MPa之间,无各向异性。     

电子束表面熔凝处理对镍基高温合金熔凝层组织及其抗高温氧化性能的影响

采用电子束表面熔凝处理方法研究了电子束表面熔凝处理M38G高温合金熔凝层组织和熔凝层组织对高温氧化的影响。结果表明 :试样经电子束表面熔凝处理后 ,根据扫描电镜观察可见 ,在扫描速率不变的情况下 ,随着电子束作用能量的降低 ,其熔凝层组织明显细化 ,在试验条件下可达 2 μm左右。采用箱式电阻炉进行 10 0 0℃× 10 0h空气静态氧化试验 ,结果表明 :试样在 10 0 0℃氧化 10 0h后 ,所形成的氧化膜组织仍然比较细小 ,EDS分析结果显示氧化膜以氧化铬为主 ,氧化过程中形成的氧化膜未破裂 ,起到了对基体的保护作用。     

区熔速率对电子束悬浮区熔钼单晶体质量的影响

钼单晶是一种广泛应用的重要的难熔金属材料。利用籽晶法电子束悬浮区熔技术成功制备了晶体取向为（111）的钼单晶体,采用多种分析测试手段,研究了区熔速率对钼单晶体质量的影响。研究表明：电子束悬浮区熔钼单晶体内存在大量的亚结构,位错在结束的地方表现为山峰状的三角形突起,而亚晶界是由这些山峰状突起连接而成;区熔速率对单晶体质量有着显著的影响。区熔速率越高,单晶（111）晶向偏离角越小,但晶体中的缺陷越多。     

工艺参数对钼-铌合金单晶制备的影响

主要讨论了熔炼室真空度,钼-铌合金原料棒化学成分和尺寸规格,熔炼速度,搅拌速度等对单晶制备的影响。试验结果表明,熔炼室残余压力值低于3.0×10-2Pa时,区熔过程能稳定制备出钼-铌合金单晶。高温真空烧结钼-铌合金烧结条由于C、O等杂质含量过高,区域熔炼时放气严重,极大地破坏了熔炼室高真空而未能直接生长制备出单晶,但经两次电子束熔炼获得的Ф12mm￣Ф17mm原料棒C含量降为63×10-6,O含量仅为14×10-6,区熔时熔炼室真空度较高,能稳定地生长制备出Ф31mm×735mm的大尺寸钼-铌合金单晶,而直径超过Ф18mm或小于Ф11mm原料棒则未能获得钼-铌合金单晶。此外,熔炼速度和搅拌速度也是非常关键的工艺参数。本试验得出,原料棒在熔炼速度为0.4￣4.0mm/min,搅拌速度为1.0～20r/min的条件下能稳定制备出高质量钼-铌合金单晶。     

定向凝固 Al7(CoCrFeMnNi)93 高熵合金微观组织演化及单晶生长

采用定向凝固技术研究了Al7(CoCrFeMnNi)93高熵合金微观组织的演化规律,以自然竞争生长法制备出胞状和树枝状亚结构单晶体,并研究了亚结构和取向对高熵合金单晶体纳米力学性能的影响。结果表明,Al7(CoCrFeMnNi)93高熵合金在定向凝固过程中界面更容易失稳,其平-胞界面转变速率小于1 μm/s,胞-枝界面转变速率范围约为2 ~ 5 μm/s。合金的一次、二次枝晶间距均随着定向凝固速率增加而逐渐减小,并分别与抽拉速率满足指数关系。定向凝固后,该合金枝晶干区域富集Co、Cr和Fe元素,而熔点较低的Mn、Ni和Al元素倾向于富集枝晶间区域。以自然竞争法获得的胞状、树枝状亚结构单晶的取向分别为[2 1 4]和[2 1 3]。纳米力学性能数据表明偏析行为造成的亚结构对单晶体的弹性模量和硬度影响较小,而晶体取向对单晶体的弹性模量影响较大,对硬度值影响较小。     

电子束熔炼制备钼-钛梯度材料的研究

通过对Mo、Ti元素基本性质及Mo-Ti二元合金相图的分析，设计了Mo-Ti复合层，在钛合金基体上制备了Mo-Ti梯度材料。结果表明，Mo-Ti梯度材料成形良好，复合层中Mo元素沿厚度方向连续均匀变化。