液态金属冷却工艺对NiAl-Cr(Mo)-Hf(Ho)定向合金组织的影响

用液态金属冷却技术(LMC)和传统的定向凝固技术(HRS)制备了名义成分为Ni-33Al-31Cr-2.9Mo-0.1Hf-0.05Ho(%,原子分数)的定向合金,研究了制备工艺对其组织的影响.结果表明,合金由初生NiAl枝晶、NiAl/Cr(Mo)共晶胞和少量Hf同溶体组成.与HRS工艺相比,LMC工艺能提高同液前沿温度梯度和冷却速度.较高的固液前沿温度梯度扩大了NiAl/Cr(Mo)共晶共生区成分范围,减少初生NiAl枝晶的体积分数.而较高的冷却速度抑制固溶元素扩散,细化定向合金的组织,增加合金中固溶元素总量.另外,LMC工艺能避免HRS工艺中产生的生长缺陷,包括斑点,NiAl一次枝晶的偏转和NiAl一次枝晶的不连续.     

HRS和LMC工艺对第三代镍基单晶高温合金DD33中显微孔洞的影响

采用高分辨透射X射线三维成像技术研究了传统高速凝固法(HRS)和液态金属冷却法(LMC)两种工艺制备的镍基单晶高温合金DD33中显微孔洞的三维尺寸信息,结果表明:与HRS相比,LMC工艺降低一次枝晶间距,增加共晶体积分数,使最后凝固阶段枝晶间的空隙尺寸变大,压降降低,最终降低了铸态孔的尺寸及体积分数。固溶处理后用两种工艺制备的合金中显微孔洞的体积分数都有所增加,但是用LMC工艺制备的合金中较细的枝晶和较低的偏析程度,使合金中固溶孔的体积分数显著低于用HRS工艺制备的合金。     

单晶铸件凝固过程工艺优化的数值模拟

采用ProCAST软件系统研究了LMC(Liquid Metal Cooling)以及HRS(High Rate Solidification)工艺下,不同工艺参数对单晶铸件凝固过程中纵向温度梯度、温度梯度角、凝固界面位置的影响。结果表明:HRS工艺受型壳厚度影响很小,型壳表面的辐射散热是HRS工艺的主要影响因素,型壳的导热或者型壳和合金之间的换热是LMC工艺的主要影响因素;提高保温炉温度有利于提高纵向温度梯度;拉速是影响定向凝固最重要的参数,随拉速的增加,单晶铸件的纵向温度梯度先增大后减小,因此,制备不同合金铸件时应当采用不同的拉速;不同浇注温度时,经过10min的静置时间后,单晶铸件的初始温度分布趋于一致,对后续凝固过程影响很小。提出了以纵向温度梯度G∥、温度梯度角θ以及凝固界面位置Rp考察定向凝固工艺参数优劣的标准,纵向温度梯度、温度梯度角、凝固界面位置是评价定向凝固参数优劣的有效手段。     

冷却过程对AZ61镁合金凝固组织的影响

将AZ61镁合金液态凝固过程分为高温熔体和凝固两个阶段,研究各阶段冷却速率对铸态组织的影响,不同冷速下铸态合金枝晶间距的变化及其对显微硬度的影响。结果表明:在高温熔体阶段随着冷却速率从0.65℃/s增加到15.9℃/s,枝晶组织不断细化且尺寸更均匀,一次枝晶间距从230μm逐渐减小到80μm,二次枝晶间距从12.8μm逐渐减小到9.2μm;凝固阶段在7.8℃/s至23.0℃/s不同冷却速率下,一次枝晶间距从105μm逐渐减小到73μm,二次枝晶间距从10.6μm逐渐减小到8.8μm。两个阶段显微硬度值随冷却速率增大都呈增高趋势。相对于凝固阶段,高温熔体阶段的冷却速率变化对铸态凝固组织的影响更显著。     

高梯度定向凝固共晶高温合金的组织与性能

制备共晶自生复合材料的生产效率低、增强相体积分数调节范围小等因素极大地制约了共晶自生复合材料的发展和商业应用。采用 LMC 和电子束区熔两种高温度梯度定向凝固装置,不但提高了自生复合材料的生产效率,而且还扩大了增强相体积分数的调节范围。在 LMC 高温度梯度定向凝固条件下,凝固速率在7.14μm/s 范围内,偏离共晶成分2.9wt%Ni-Nb 亚共晶合金都可制备出片层状共晶自生复合材料。生长速率平方根的倒数与共晶片层间距具有线性对应关系,该系统有λ~2R=83.14μm~3/s 的关系式。Ni-TaC 系共晶自生复合材料中 TaC 纤维体积分数在一定范围内随凝固速率而改变。其中,Ni—TaC16复合材料中 TaC 纤维间距和凝固速率的函数关系为λ=13.18R~(-0.4972),横向面积与凝固速率的函数关系为 S=-0.6597R+5.14。Ni-TaC 系复合材料中 TaC 和基体相的界面结构一般为规则的折线状。同时,还发现了不规则的折线界面形貌、波浪线形界面形貌和鱼骨状界面形貌。纤维状的共晶 TaC 以金字塔方式定向生长,形成规则排列的 TaC 纤维。共晶 TaC 横向边缘不稳定性和生长速率的各向异性决定了共晶 TaC 横向截面的多样性。Ni-TaC16共晶自生复合材料拉伸性能,随着纤维体积分数的增大而显著提高。室温和高温的形变强化特征决定了复合材料常温和高温的拉仲断裂模式。     

具有合理硬度梯度和组织分布的渗碳钢23CrNi3Mo的热处理冷却行为

利用Gleeble-1500热模拟机、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)以及透射电镜(TEM)对渗碳钢23CrNi3Mo的连续冷却相变规律以及等温转变规律进行了研究,并基于此,设计了一种新的热处理冷却工艺。研究结果表明,渗碳后试样以0.05℃/s和0.1℃/s的冷速连续冷却时,表面渗碳层为高碳马氏体组织,过渡区为高碳马氏体+下贝氏体的混合组织,基体为下贝氏体组织;渗碳试样外表面在高温段以较低的冷速(0.05~3℃/s)连续冷却时,碳化物沿晶界析出形成网状碳化物;无渗碳的实验钢的贝氏体等温转变温度范围为375~450℃。新的热处理冷却工艺为:试样在880℃保温完成后,采用快速冷却工艺,以冷速大于等于5℃/s进入贝氏体转变温度区,直接入450℃的盐浴炉,入炉后均温5~10min,在低温转变区即贝氏体转变温度区间,采用慢速冷却工艺,冷速小于等于0.1℃/s。获得的试样渗碳层深度为1.4mm,国外的阿特拉斯钎头渗碳层深度为1.2mm,两者基本相同,但前者硬度分布更加平缓;两者表面显微组织均为高碳马氏体组织,过渡区均为马氏体加下贝氏体组织,基体均为贝氏体组织。通过设计新的热处理冷却工艺,获得了与国外钎头相同水平的试样。     

多晶硅锭定向凝固过程的温度场模拟

采用数值模拟方法研究了不同的工艺条件对多晶硅锭定向凝固过程中固液界面形状和温度梯度的影响,为优化多晶硅凝固过程的参数和有效控制定向凝固过程提供了参考依据。模拟结果表明,降埚速率越大,晶体生长速率越快,硅锭内温度梯度也随之增加,当降埚速率小于60mm/h时,固液界面始终保持凹界面;保持一定的降埚速率和冷源温度不变,改变多晶硅锭的冷却速率,坩埚内固液界面的形状基本保持不变,但冷却速率对晶锭内温度梯度的影响较明显,冷却速率越大晶锭内温度梯度越大。     

凝固速率对IN718合金定向凝固组织和偏析行为的影响

采用LMC高梯度定向凝固和微观分析方法,研究了不同凝固速率下IN718合金的凝固组织和偏析行为。结果表明,随着凝固速率的提高,凝固界面由胞晶转为枝晶;一次胞/枝晶间距在凝固速率为20μm/s时提高到最大值257μm,随后逐渐降低,二次枝晶间距明显细化,溶质分配比也随凝固速率的增加而减小。同时,凝固速率增加使糊状区枝晶骨架的渗透性减小,增大了对液体流动的阻碍作用。     

Ti-Mo吸气材料注射成形脱脂工艺的研究

采用粉末注射成形技术制备Ti-Mo合金吸气材料。研究了脱脂工艺对坯体质量、微观结构及其元件性能的影响。讨论了化学脱脂中的溶剂、温度、时间对坯体脱脂率的影响,较优的脱脂溶剂为三氯乙烯,在脱脂温度为50℃、脱脂时间为6h条件下,脱脂率达71.55%;通过DTA/TG曲线对热脱脂工艺进行了优化,确定了热脱脂工艺参数为室温-120℃,升温速率10℃/min;120~230℃,升温速率5℃/min;230~500℃,升温速率2℃/min,保温60 min;再经过800℃烧结工艺,制备出性能优异的Ti-Mo吸气剂元件,吸气性能特征为S10=738.5 mL/s,Q120=995.6Pa·mL。     

冷却速度对10CrNi5MoV钢焊缝金属相变的影响

采用Gleeble-3500热模拟试验机测量了10CrNi5MoV钢焊缝金属在不同冷却速率下奥氏体连续冷却过程中的温度-膨胀曲线,利用杠杆定律,得到了不同冷却速率下相变动力学曲线,分析了冷却速率对焊缝金属相变的影响。结果表明,不同冷却速率下焊缝金属的奥氏体转变动力学曲线均呈S型,冷却速率为60 ℃/s、30 ℃/s、15 ℃/s时,奥氏体转变速率与温度的曲线呈单峰状,冷却速率为6 ℃/s,奥氏体转变速率与温度的曲线表现为贝氏体、粒状贝氏体相变的双峰转变。     

Improvement of grain structure and mechanical properties of a land based gas turbine blade directionally solidified with liquid metal cooling process

Abstract

The manufacturing process of a directionally solidified (DS) IN738LC turbine blade, produced with the liquid metal cooling (LMC) process was improved based on process modelling. The improvement involved varying the system dimensions in the baffle area and optimising the mould thickness, design and the withdrawal parameters. The grain structure of the DS blades produced exhibits a well defined <001>. texture with a few stray grains near the blade top compared to the previous design. Some blades were given to a two stage heat treatment followed by tension tests at 25 and 650°C as well as creep tests at 152 MPa/982°C and 340 MPa/850°C. The yield and tensile strength of improved DS blades were comparable to conventionally cast (CC) IN738LC blades, while the creep properties and the tensile elongation of the DS blades were significantly improved using the optimised LMC process. The LMC system is under more modifications to produce defect free single crystal turbine blades.     

炭/炭复合材料高温抗氧化MoSi2/SiC复合涂层及其抗氧化特性

采用两段式包埋法和封闭处理的复合新工艺制得抗氧化性优良的MoSi₂/SiC复合梯度C/C复合材料高温抗氧化涂层。涂层由内至外结构为:SiC过渡层→SiC致密层→MoSi₂/SiC双相层→以MoSi₂为主的外层。对未封闭处理的涂层,制备过程中高温保温时间长的氧化失重少,1200℃、1300℃空气中氧化失重比1400℃、1500℃氧化失重大。用正硅酸四乙酯对涂层表面进行封闭处理,凝胶形成的SiO₂可充填涂层表面裂纹并覆盖在涂层表面。在1500℃空气中氧化一定时间后,未封闭处理的涂层试样表现为氧化失重;封闭处理后的试样为氧化增重,氧化52h仍然只有1.28%的增重,封闭处理使涂层的抗氧化性能明显改善。      

热处理工艺对AFA耐热钢组织和力学性能的影响

为考察热处理工艺对AFA耐热钢组织和力学性能的影响,本文利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射等技术,研究了新型含铝奥氏体耐热钢(AFA)在不同保温温度和冷却方式下的组织演变规律及力学性能的变化.结果表明:加热温度和冷却方式对试样的显微组织均产生影响.随着保温温度的升高,晶粒的平均尺寸逐渐增大.在1 150和1 200℃...     

Multi-scale modeling of liquid-metal cooling directional solidification and solidification behavior of nickel-based superalloy casting

Liquid-metal cooling(LMC)process can offer refinement of microstructure and reduce defects due to the increased cooling rate from enhanced heat extraction,and thus an understanding of solidification behavior in nickel-based superalloy casting during LMC process is essential for improving mechanical performance of single crystal(SC)castings.In this effort,an integrated heat transfer model coupling meso grain structure and micro dendrite is developed to predict the temperature distribution and microstructure evolution in LMC process.An interpolation algorithm is used to deal with the macro-micro grids coupling issues.The algorithm of cells capture is also modified,and a deterministic cellular automaton(DCA)model is proposed to describe neighborhood cell tracking.In addition,solute distribution is also considered to describe the dendrite growth.Temperature measuring,EBSD,OM and SEM experiments are implemented to verify the proposed model,and the experiment results agree well with the simulation results.Several simulations are performed with a range of withdrawal rates,and the results indicate that 12 mm·min^-1is suitable for LMC process in this work,which can result in a fairly narrow and flat mushy zone and correspondingly exhibited fairly straight grains.The mushy zone length is about 4.8 mm in the steady state and the average deviation angle of grains is about 13.9°at the height 90 mm from the casting base under 12 mm·min^-1withdrawal process.The competitive phenomenon of dendrites at different withdrawal rates is also observed,which has a great relevant to the temperature fluctuation.     

纳米Ti(C,N)增强Ti(C,N)基金属陶瓷的制备研究

采用Ti(C,N)纳米粉末制备Ti(C,N)基金属陶瓷.研究了烧结温度、保温时间和升温速度等工艺参数对含10wt％纳米粉末的Ti(C,N)基金属陶瓷性能的影响,得到优化烧结工艺为1450℃,保温75min,升温速度3℃/min.用优化工艺制备的Ti(C,N)基金属陶瓷抗弯强度提高了约36.7％,增强机理主要表现为细晶强化、弥散强化和固溶强化.     

同步加速器装置中多丝束流剖面探测结构材料出气率测量

简要阐述了基于小孔流导法的SPP方法测量实验样品材料出气率的实验方法及装置,测量了同步加速器中多丝结构材料在常温及100、150、200℃的烘烤温度下保温48 h的出气速率,并测量了不同烘烤温度下保温结束降至室温48 h后多丝结构的出气速率,确定了该多丝结构材料的适宜烘烤温度为150℃,为多丝结构材料在真空系统中的使用提供了设计依据。     

高硅铁尾矿合成SiC粉体技术研究

以高硅铁尾矿为主要原料,利用碳热还原法合成了SiC粉体。分析了合成过程的反应机理,探讨了配碳量和合成温度对合成过程的影响。结果表明,最终产物中β-SiC为主晶相,FexSiy为次晶相;影响合成SiC粉体最主要的因素是配碳量,其次是反应温度;在保证配碳过量的情况下,保温时间和氩气流量对合成产物的影响不是很明显;产物晶粒存在多种几何形状,其中SiC晶粒多以片状、柱状、球状形式存在,并且晶粒表面比较光滑,晶粒的尺寸分布不均匀。合成SiC的最佳工艺参数为:n(C):n(SiO2)=5,合成温度1500℃,恒温时间8h,氩气流量0.6L/min。     

基于有限元法模拟微晶玻璃的微晶化加热过程

以CaO-Al_2O_3-SiO_2系基础玻璃为研究对象,基于ANSYS有限元分析对基础玻璃微晶化过程进行了数值模拟,得到了基础玻璃内部中心点和端点温度场随时间的变化曲线方程。结果显示,在从室温加热到核化温度阶段(25~780℃)和从核化温度加热到晶化温度阶段(780~1 080℃),基础玻璃内部的中心点温度和端点温度值随时间变化与指数方程拟合度较高。为防止在加热过程中温度场中有较大的温度梯度分布和热应力的产生,在25~780℃阶段的升温速率应控制在2~4℃/min;在780~1 080℃阶段的升温速率应控制在0~2℃/min。通过差热分析和X射线衍射等分析手段对以3℃/min的升温速率升至核化温度(780℃)后又以1℃/min的升温速率升至晶化温度(1 080℃)后制得的CaO-Al_2O_3-SiO_2系微晶玻璃进行了实验验证,得到了主晶相为硅灰石(CaSiO_3)和含铁硅灰石类固溶体((Ca,Fe)SiO_3)且性能优异的微晶玻璃。