汽车增压器涡轮用铸造高温合金热裂研究进展

采用高温合金浇注汽车增压器涡轮时,叶片极易产生热裂,热裂的存在严重影响了铸造高温合金在增压涡轮上的使用。介绍了几种目前国内广泛使用的汽车增压器涡轮用铸造高温合金,对铸件热裂的形成机理进行了综述,重点探讨了铝、钛、碳、锆和铪等元素对铸造高温合金热裂倾向性的影响。综述了合金凝固方式和铸型性质、浇注条件、铸件结构、浇注系统等铸造工艺参数对热裂的影响,并提出了防止热裂产生的措施。     

消失模铸造工艺表面合金化机理研究

利用消失模铸造工艺,通过正交实验合金化工艺,重点研究了表面合金化的形成机理,建立了消失模铸件表面合金化模型,分析了合金化过程的动力。在不同真空度、金属粒度、温度为780℃的条件下进行浇注,发现在镁合金基体表面形成均匀的合金化层,通过扫描电镜(SEM)分析表层组织变化,对生成的新相进行微区成分和表层线成分分析。研究表明,在表层生成的新相主要是Mg17Al12,并且表层显微硬度明显高于基体。分析了合金化机理和影响形成均匀合金化层的主要因素,得出了合金化颗粒粒度和铸渗动力在合金化过程中起关键作用,随着合金化颗粒粒度和真空度增大,表面合金化效果明显得到了提高。     

凝壳炉的设计和应用

论述了真空凝壳炉的主要部件和熔炼程序。阐明了凝壳炉在高温合金、反应合金与高温金属等铸件生产方面的用途。这种过程没有坩埚污染,铸造速率较快以及真实精炼等优点,使真空凝壳铸造,达到了实际生产的过程。     

离心铸造高强耐热铜镍合金的组织和性能研究EI北大核心

高镍含量的Cu-Ni-Al合金由于具有优异的高温耐磨特性,可应用于航空、航天等领域中,制造具有耐腐蚀、高温耐磨、高导热性能的关键零部件。本工作采用离心铸造工艺制备了一种复杂合金化的高温耐磨铜合金。重点分析了不同铸造工艺参数对铸件组织特征和力学性能的影响。同时与常用耐磨铝青铜合金QAl10-4-4的性能进行了比较。结果表明:浇注温度显著影响铸件横截面上的等轴晶比例,为了使铸件获得全部的等轴晶,浇注温度必须控制在1250℃左右。在最佳工艺参数下,合金的室温抗拉强度为810MPa,500℃下的高温抗拉强度为435MPa,分别比QAl10-4-4合金提高了14%和110%。     

真空熔铸工艺对铜铬合金组织与性能的影响

为减少熔炼时合金元素的烧损,采用真空感应熔炼工艺制备了低铬铜铬合金.通过扫描电镜、光学显微镜和能谱分析等手段,研究了真空环境下不同浇注工艺对合金铸锭组织、缩孔及成分偏析的影响.研究结果表明:利用真空直接加铬炼制低铬铜铬合金,采用合适的熔炼和浇注工艺,可以较精确控制合金成分;在低的浇注温度和大冷却速度下可以获得几乎无宏观偏析,铸造缺陷很少的铜铬合金铸件;铸件500℃退火3 h后,硬度可达141HV,电导率提高到86%IACS.     

燃气轮机隔热板GH22合金的组织和力学性能

采用真空感应熔炼的方法制备GH22母合金,然后真空感应重熔浇注成等轴晶成形试棒,测试其室温拉伸、高温拉伸和持久性能.利用熔模失蜡精密铸造技术生产了重型燃机GH22隔热板铸件,对隔热板不同部位进行了宏观晶粒度、光学金相、扫描电镜及能谱分析.从国产、进口隔热板底板分别取样加工成力学性能试样,进行了室温拉伸、高温拉伸和高温持久性能测试.结果表明:国产GH22母合金的成分和性能满足要求.国产铸件取样试样的宏观晶粒度、室温拉伸、高温拉伸性能与国外铸件相当.国产铸件具有更高的高温持久强度,这主要是由于国产GH22母合金中碳含量更高,合金组织中在枝晶间和晶界处析出更多的碳化物相.     

HIP处理对铸造铁基高温合金组织和性能的影响

任何合金,特别是高温合金(铁基和镍基),由于加入大量合金元素,故凝固温度较宽,在合金凝固过程中不可避免地要产生疏松、特别是显微疏松。这些铸造缺陷对合金的机械性能—室温和高温机械性能,特别是高温疲劳性能影响很大,对其铸件的水密性影响也很大。用HIP(热等静压)工艺,可以使所研究的合金(K-11和208合金)在高温高压下产生高温蠕变扩散过程,使大部份显微疏松闭合,故高温持久断裂寿命提高一个数量级;水压试验(19MPa)不出汗。试验表明,HIP工艺是一种能使铸件致密化和均匀化,提高机械性能的工艺方法。     

Ni/Ni_3Al相界的研究进展

镍基单晶高温合金具有优良的高温性能,其结构主要是由具有L12-Ni3Al有序金属间化合物结构的γ′析出相共格沉淀在具有FCC-Ni固溶体结构的γ基体上构成。镍基单晶高温合金中存在大量合金元素以及杂质元素,研究这些元素在相界的占位及其对相界性能的影响和元素之间的相互作用及其对相界的影响具有非常重要的意义。介绍了γ-Ni/γ′-Ni3Al相界的研究进展,分为合金化元素、杂质元素和晶格错配3个方面。     

铸造耐热铝合金的研究进展及展望

随着资源和环境问题日益突出,世界各国均对汽车工业节能减排提出了迫切的要求.用铸造耐热铝合金替代铸铁可大幅度减轻车身质量,因此铸造耐热铝合金成为新一代汽车发动机缸体和活塞的主流材料.然而,商业铸造铝合金的高温性能并不能较好地满足当前应用需求,并且快速凝固铝合金和铝基复合材料受限于高昂成本和制备复杂性而不能被大范围推广.因此,目前学术界和产业界的研究多集中于铸造铝合金耐热性能的提升和新型高温强化机理的探索.铸造耐热铝合金可分为三个体系:Al?Si、Al?Cu和Al?Mg.其中,Al?Si合金因具备优异的铸造流动性等成型特性而被大范围研究和应用.通过添加多种元素进行合金化,在铝合金中形成各种熔点高、热稳定性好的金属间化合物阻碍晶界运动和位错滑移是目前主流的强化方式.而经过热处理和Si相变质,进一步调控合金的组织结构也是一种重要的强化手段.此外,优化熔炼和铸造工艺,减少夹杂和铸造缺陷对提高铸造铝合金的高温强度也有重要意义.值得注意的是,近年来的研究表明第二相的三维网状互联结构与合金高温性能的提升存在密切关系.在高温强度以外,国内外学者也致力于研究铸造铝合金的蠕变性能、疲劳性能和热暴露性能.本文从体系组成和国内外商用产品两方面归纳了铸造耐热铝合金的发展和应用,分析了铸造铝合金组织结构调控的基本手段,总结了铸造铝合金高温性能的最新研究成果,同时对铸造耐热铝合金的未来研究方向进行了展望.     

镍基高温合金真空感应熔炼脱氮的研究

研究了真空感应熔炼Ni基高温合金过程中的脱氮行为，实验表明在CaO坩埚精炼过程中加Al对脱氮有促进作用，加Ti则对脱氮有明显不利影响，提高熔炼真空度是促进脱氮的有力措施。     

Co-Al-W基高温合金发展概述

传统Co基高温合金的强化机制为固溶强化与碳化物强化,强化效果弱于Ni基高温合金中的有序相γ'强化,从而使得Co基高温合金的应用受到限制。直到2006年,在Co-Al-W三元相图中发现稳定的L12相——Co3(Al,W),这种新型γ'相强化的Co-Al-W基高温合金有以下特点:(1)含Ta合金熔点高于Waspaloy合金;(2)硬度与屈服强度不低于Ni基高温合金;(3)γ/γ'两相之间的晶格错配度与Ni基高温合金在数值上接近,符号上相反,而正的晶格错配度更有利于蠕变性能。综上所述,Co3(Al,W)相的发现为Co基高温合金的发展开辟了新道路。自2006年以来,针对Co-Al-W基高温合金的组织与性能进行了大量研究。Co-Al-W基高温合金的微观组织为γ/γ'两相,此外还会存在一些二次相,其中包括富集Al和Ti元素的B2-CoAl相、富集难熔元素的拓扑密堆相m-Co7W6以及易在时效过程析出的c-Co3W相。这些二次相通常在晶界析出,容易成为裂纹的发源地,同时会弱化固溶强化效果,对合金的高温性能不利。虽然Co-Al-W基高温合金得到了立方形态的γ'相共格析出,但由于γ'-Co3(Al,W)相高温稳定性差,需要对其进行合金化,因此,这种γ'相强化的Co基高温合金正在由简单的Co-Al-W三元合金发展成为复杂的多元合金。综合来看,主要添加的合金化元素有Ta、Ti、Nb、V、Mo、Ni和Cr。其中,γ'相形成元素包括Ta、Ti、Nb、V、Mo,这些元素的分配系数均大于1,且能有效提高γ'相固溶温度与体积分数; Cr、Fe、Re的分配系数小于1,是γ相形成元素,添加后均降低γ'相固溶温度,其中Cr会提高γ'相的体积分数。众多合金元素中,Cr、Mo和Ni元素的过量添加会降低γ/γ'两相间的晶格错配度,从而改变γ'相形态甚至破坏γ/γ'两相组织。合金的组织与性能密切相关,γ/γ'两相、γ'相为立方形态且γ'相高温稳定性高的合金具有优异的性能。Co-Al-W基高温合金的流变应力随温度变化分为三个阶段:首先随温度升高而降低;然后随温度升高而异常升高;最后再次随温度升高而降低。故而存在峰值温度与峰值强度,Co基高温合金多应用在峰值温度下,以便获得最高的屈服强度。此外,由于Co-Al-W基高温合金中γ/γ'两相晶格错配度为正,在蠕变过程中会出现平行于拉应力的筏化,对合金的高温性能有利。除了Ta、Ti等元素能强化合金外,少量B元素的添加有晶界强化作用,可以提高合金的力学性能。添加Cr元素的Co-Al-W基高温合金在高温氧化过程中会形成三层氧化层,分别是最外层的Al_2CoO_4、富Cr并含有Cr2O和Cr2O3的中间层以及最内层的Al_2O_3。其中Cr_2O_3和Al_2O_3氧化层均致密且具有保护作用,可显著提高合金的抗氧化能力。本文简单介绍了Co-Al-W基高温合金的发现与发展,综述了近年来Co-Al-W基高温合金的研究现状,并指明了未来Co基高温合金的发展方向。     

电子束冷床熔炼TC4合金工艺路线的优化选择

通过对电子束冷床熔炼TC4合金在转鼓进料和棒料进料两种进料工艺下熔化冷床的温度场的分布进行研究,为选择合理的熔炼工艺路线提供了理论依据。结果表明,转鼓进料熔炼的熔化冷床熔池温度波动较大,约为92~332℃,Al的烧损率为1.5%,TC4合金中Al分布不均匀,轧制板材出现局部贫、富Al现象。棒料进料熔炼的熔化冷床熔池温度较高且稳定,Al的烧损率为2%,TC4合金中Al分布均匀,轧制板材的组织成分也较为均匀。在实际的电子束冷床熔炼TC4合金生产中,应选择棒料进料熔炼工艺,且初始原料中合金化元素配比为Al占8%左右为宜。     

K417母合金900℃高温塑性的研究EI北大核心

K417镍基铸造高温合金是我国目前用量最大的合金之一,由于该合金900℃延伸率要求较高,在母合金生产中因塑性达不到要求而大量报废,对合金杂质元素以及试棒重熔工艺进行了研究,结果表明:微量杂质元素硒的含量对合金性能有明显不利影响;浇注温度和冷却速率对晶粒度和形态有显著影响,采用适中的浇注温度并缓慢冷却,控制合适的晶粒度有利于合金塑性改善。     

MGH956合金TIG焊原位合金化对其组织性能的影响

采用TIG焊对氧化物弥散强化(ODS)高温合金MGH956进行原位合金化焊接.在相同的焊接条件下,填加两种不同的填充材料:与母材化学成分相似的基体填充材料,以及在基体填充材料基础上加入了合金元素Al和Fe2O3的Al-Fe2O3填充材料.通过对比分析两组试样在焊接过程中发生的原位合金化反应机理,及其对焊缝微观组织和力学性能的影响,研究原位合金化反应对ODS合金TIG焊接头组织与性能的影响.结果表明:在填充材料中加入Al和Fe2O3合金元素时,焊缝处的气孔数量明显减少,气孔尺寸也较为减小;焊缝中原位生成了新的增强相颗粒Al2O3、TiC以及YAlO3,同时,基体中的纳米级增强相Al-Y复合氧化物团聚倾向降低.力学性能试验结果表明,填加Al-Fe2O3填充材料时焊缝显微硬度值明显提高,接头抗拉强度达到了578 MPa,为母材强度的80.3%.     

合金元素对 Nb2Mo2Si合金相平衡及Nb2 Nb 5Si 3共晶组织形态的影响

采用电弧熔炼法制备了 Nb220Si210Mo、Nb220Si210Mo23M (M = Cr , Al , Ti) (原子分数) 四种 Nb2Mo2Si基超高温合金。利用 SEM、EDS、XRD等实验技术对铸造合金的相组成与组织形态进行了观察和分析。Nb220Si210Mo 合金由铌固溶体 (Nb SS) 与βNb 5Si 3化合物两相构成 , 其铸造组织包含大量片层状共晶 (Nb SS 2βNb 5Si 3) 组织。少量合金元素 Cr (3 at %) 能够改变 Nb220Si210Mo 合金的相平衡关系 , Nb220Si210Mo23Cr 的铸造组织中不仅存在 Nb SS和βNb 5Si 3 , 而且还出现少量 Cr 2Nb相 ; 而添加合金元素 Al、Ti (3 at %) 并不改变 Nb220Si210Mo 合金的相平衡关系。添加 Cr 使 Nb SS 2 βNb 5Si 3共晶组织失去了平直片层特征 ; Al 有利于共晶组织中片层状共晶形成 ; 添加 Ti使共晶组织呈现羽毛状特征。合金化使 Nb与βNb 5Si 3的晶格常数发生变化 : Nb的晶格常数均变小; Nb220Si210Mo23Cr合金中βNb 5Si 3的 c/ a值减小 , 其它 3种合金中βNb 5Si 3的 c/ a值增大。     

微量稀土元素对Al-Li-Cu-Mg-Zr合金断裂行为的影响

一、前言 Al—Li合金与一般工业铝合金相比,具有比重轻、比强度和弹性模量高等优点,在航空航天和兵器工业等高技术领域有着广阔的应用前景,因而受到世界各国重视。但研究发现,Al—Li合金的塑韧性比2024、7075等工业铝合金低,易于断裂,因而实际应用受到限制。稀土元素化学性质活涉,将微量稀土加入到合金中,具有精炼、净化和微合金化的作用,能显著改善合金的性能。稀土元素在Al—Li合金中的作用已有了初步的研究。本文目的是研究微量稀土元素La对Al—Li—Cu—Ma—Zr合金的断裂行为和韧性的影响,并分析La的作用和机理。 二、实验方法 实验采用的合金试料全部在氩气保护下熔炼铸造。合金的化学成分见表1。     

铸造工艺对K424合金涡轮组织和性能的影响

研究了不同铸造工艺对K424合金涡轮铸件组织和性能的影响,实验结果表明:浇注温度和模壳温度越高,铸件晶粒越大,越容易在靠近浇口部位产生缩孔缺陷;反之,晶粒越小,组织越均匀,铸件成型和补缩越困难,内部显微疏松越严重,力学性能波动越大;通过采用一定的强化控制凝固冷却措施,有利于涡轮铸件轮盘部位的凝固补缩.当模壳温度为950℃、浇注温度为1470℃,并采用适当的强化控制凝固冷却措施时,K424合金涡轮铸件获得较理想的显微组织、优良的综合力学性能.     

用机械合金化合成纳米Cu-W合金

Cu-W两相合金广泛应用于电子工业,利用机械合金化形成纳米Cu-W相有利于提高合金的热性能.实验主要探讨机械合金化过程中Cu-W合金纳米非平稳相的变化机理,从而研究无互溶性元素间产生固态反应的内在规律.     

7075高强铝合金粗大夹杂相微观研究

一、前言 7075铝合金是目前航空工业中应用最为广泛的变形铝合金之一。铝合金中的粗大夹杂相(尺寸在1～5μm)对合金的断裂韧性和疲劳性能影响很大。这些夹杂相是在铸造过程中由合金元素与铁、硅杂质元素结合而成的。Mondolfo对Al—Zn—Mg等三元合金中的夹杂相类型进行了评述。Raghavan等人对Al—Zn—Mg—Cu合金夹杂相进行了研究。研究合金的粗大夹杂相,弄清合金元素在组织中分布,能有效地控制粗大夹杂相对断裂韧性的影响。本文对东北轻合金厂生产的7075高强铝合金进行了粗大夹杂相结构类型和成分的分析,得出了一些有益的试验结果。 二、材料与实验方法 材料化学成分列于表1。     

喷射成形过共晶Al-Si合金组织、性能的研究进展

过共晶Al-Si合金作为最具代表性的喷射成形材料在轻质、耐热、耐磨结构件,尤其是发动机缸套的工业化生产方面,已获得大量的应用。目前商用化的过共晶Al-Si合金在热稳定性和高温性能方面的不足已成为开发高性能发动机的限制因素,因而也成为近年来各研究机构的主要研究方向。用Fe,Mn,Cr为主的合金化代替传统的以Cu,Mg为主的合金化,使Al2Cu,Al2CuMg等强化相被稳定性更高的α-Al(Fe,TM)Si相所代替,达到了组织和室温、高温性能的双重优化,制备出继PEAK和OSPREY公司之后开发的可应用于更高性能发动机缸套部件的新型过共晶Al-Si合金。