K4169高温合金凝固晶粒组织的计算机模拟

采用热熔法处理结晶清热的二维不稳定热导方程模拟凝固温度场，利用连续形核模型和技晶尖端生长的动力学模型，即KGT模型模拟K4169高温合金晶粒组织的形成，将凝固温度场的模拟和晶粒组织形成的模拟相耦合，计算了该合金的凝固晶粒组织特征值，包括晶粒密度和平均晶粒尺寸，并在计算机上实现了凝固晶粒组织的可视化。与试验结果进行比较后表明，模拟结果与试验结果符合较好。     

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。     

K4169合金循环加载过程中的微观组织演变

通过熔模精密铸造、循环加载和微观组织表征等方法研究了K4169合金循环加载过程中的微观组织演变特征,重点分析了不同循环周次后Laves相和δ-Ni_3Nb相的变形和断裂特征。结果表明,在室温380 MPa应力幅值循环加载实验中,循环寿命主要取决于显微疏松体积分数,裂纹优先萌生于试样表面的显微疏松位置。Laves相的断裂不受循环周次的影响,在循环加载初期,显微疏松附近的长带状Laves脆性相容易开裂,其内部还产生平行排列的二次裂纹,成为裂纹扩展的敏感区域。δ-Ni_3Nb层片呈现2种变形和断裂特征:沿长度方向的开裂;层片表面滑移和断裂。循环加载初期,显微疏松附近的δ-Ni_3Nb层片容易产生沿长度方向的开裂,而随着循环周次的增加,远离显微疏松的δ-Ni_3Nb层片表面滑移迹线逐渐增多直至滑移断裂。γ-Ni基体在循环加载过程中产生孪生变形特征,导致应变局部化程度加剧,进而使Laves相和δ-Ni_3Nb层片周围产生应力集中。     

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。     

GH4169合金均匀化过程中相变动态原位研究

为揭示GH4169合金在均匀化处理过程中成分和组织的演变规律,利用高温金相显微镜实时原位观察热处理过程中合金的显微组织,定量分析了冷却后合金中Laves相的粒度分布,用电子探针EPMA探讨了合金中Nb元素在热处理前后的分布规律.结果 表明,GH4169合金升温到1151℃时,邻近Laves相周围区域开始初熔.1180℃...     

GH4169合金均匀化过程中的相变动态原位研究

为揭示GH4169合金在均匀化处理过程中成分和组织的演变规律,利用高温金相显微镜实时原位观察热处理过程中合金的显微组织,定量分析了冷却后合金中Laves相的粒度分布,探讨了合金中Nb元素在热处理前后的分布规律。GH4169合金升温到1151℃左右时,邻近Laves相周围区域开始初熔。热处理后GH4169合金中Laves相颗粒数增加,但Laves相最大颗粒尺寸显著减小,小颗粒Laves相比例略有增加。在1180℃保温时,GH4169合金中已有液相存在,但NbC未溶解。热处理后合金中原枝晶间黑色区域的Nb元素偏析仍存在,但Nb元素的在枝晶轴γ相中分布更加均匀。     

K4169合金的高速磨削与形貌特征研究

以磨削速度为150 m/s的金刚石单颗粒对K4169合金进行了高速磨削试验,探讨了K4169合金的显微组织和磨削形貌特征。结果表明,经过固溶和时效处理的K4169合金晶界处有少量碳化物,碳化物附近无其它针状脆性相;K4169合金基体组织中存在与基体保持良好共格或半共格关系的纳米级γ"析出相;K4169合金在高速金刚石磨粒作用下的磨痕入口和出口处形成了毛刺,磨痕表面光滑平整,局部区域存在少量黏着物;由于受到剪切滑移作用,K4169合金磨屑呈现出锯齿状特征。     

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。     

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。     

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。     

K4169高温合金壳体热控凝固工艺的数值模拟及优化

通过对K4169高温合金壳体铸件铸造工艺参数的数值模拟和工艺验证,确定了壳体铸件细晶铸造工艺参数,浇注的铸件内部疏松、气孔、夹杂等内部质量达到了ASTM E192 B级要求,细晶铸造附铸试棒的抗拉强度和屈服强度优于普通铸造,塑性稍低。     

熔体过热时间对K4169高温合金凝固组织的影响

在1 680℃对K4169镍基铸造高温合金熔体进行超温处理,研究了不同过热时间对元素烧损、宏观晶粒度、凝固微观组织及元素偏析的影响。结果表明:熔体过热时间在10 min以内,熔体超温处理后合金成分仍在允许的范围之内,但是熔体过热时间到15 min时,Cr有严重烧损;熔体过热时间由5 min延长到10 min时,宏观平均晶粒度增大,二次枝晶间距细化,元素偏析减轻;延长到15 min时,枝晶粗化,元素偏析加剧;在熔体过热时间为10 min时,宏观平均晶粒度最高为M-7,二次枝晶间距细化到34.95μm,元素偏析最轻。     

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。     

电源频率对GH4169合金电渣重熔凝固过程参数的影响

使用MeltFlow软件模拟了GH4169合金电渣重熔凝固过程参数的变化,分析了电源频率变化对凝固过程参数的影响。模拟结果表明,凝固过程参数随频率的增大逐渐减小,且频率小于40Hz时,变化剧烈,大于40Hz后趋于平缓;凝固过程参数沿重熔锭中心至边缘随冷却速度增大逐渐减小;局部凝固时间、二次枝晶间距、Rayleigh数变化趋势一致,在判断凝固组织优劣方面是等同的;频率增大到一定程度后,凝固组织优劣与其无关;工频条件下可以获得比低频更好的凝固组织。计算模拟结果与硫印试验结果符合,能够预测不同工艺条件下缺陷的产生及程度,能够设计和优化现有的工艺并改进铸锭质量。     

高温合金GH4169的电火花加工工艺性研究

高温合金GH4169是制造航空发动机的重要材料。用电火花加工镍基高温合金GH4169时,峰值电流、脉宽、脉间、间隙电压等电参数是重要控制因素,而表面粗糙度和材料去除率是衡量工艺效果的性能指标。利用单一工艺参数试验考察了各电参数对表面粗糙度和材料去除率的影响。通过对多工艺参数正交试验结果进行极差分析,得出了各电参数对表面粗糙度和材料去除率影响的主次顺序。最后,在正交试验的基础上,利用灰关联分析法,得到了最优的加工参数组合,并进行了试验验证。     

TiN细化剂对K4169高温合金组织的影响

研究了TiN细化剂的组织形貌,细化剂与K4169合金基体的点阵匹配关系以及合金细化后的显微组织.结果表明:TiN细化剂与K4169合金基体的点阵常数分别为0.418 7nm和0.3849nm,两者的错配度为8.78%.在一定工艺参数条件下,K4169合金添加细化剂后,宏观晶粒尺寸显著减小,枝晶间距减小,Laves相和碳化物尺寸变小,且分布更均匀.     

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.     

超声辅助磨削GH4169高温合金工艺研究

针对GH4169高温合金的难加工性、砂轮磨损严重导致的加工表面质量差、效率低等问题,引入超声辅助磨削加工技术,分析了主轴转速、进给速度、磨削深度、超声振幅对磨削力、砂轮磨损及表面形貌的影响.结果表明:超声辅助磨削能有效降低磨削力并有助于延长砂轮使用寿命;获得了超声对材料去除方式、砂轮磨损行为的影响机制,对指导GH416...     

Effects of Adding Process on Yield of Zr Element and Solidification Structure

Zr元素在超高强铝合金中的应用可以追溯到B96铝合金,Zr元素已成为超高强铝合金中不可缺少的微量元素。本实验分别采用Al-Zr中间合金、氟锆酸钾和复合锆盐3种工艺加入Zr元素,研究了熔炼温度对Zr元素收得率和凝固组织的影响,熔炼温度及加入工艺对Zr元素存在形式的影响。结果表明：采用复合锆盐加入法,Zr元素的收得率最高,细化效果最好。在750 ℃采用Al-Zr中间合金加入法,试样中含Zr相较为粗大,组织细化效果不好