定向凝固方法对叶片类DZ125高温合金铸件显微组织及晶体取向的影响(英文)

对应用液态金属冷却(LMC)和高速凝固(HRS)方法制备的叶片状高温合金铸件的铸态组织进行了研究,以比较2种定向凝固方法的优缺点。分别对沿铸件凝固方向不同截面位置处的晶粒取向、一次枝晶间距和γ′相尺寸进行了分析。结果表明,对于HRS铸件的中部截面,枝晶的<001>方向偏离铸件轴向的最大角度在抽拉速率由40μm/s提高至110μm/s的过程中不断减小。在70μm/s的抽拉速度下,LMC铸件中部截面处的中心区域内晶粒的最大偏离角度要大于HRS铸件的相应位置处的偏离角,但是晶粒的整体取向却呈现较HRS铸件更集中的趋势。铸件顶部截面处的枝晶组织比中部截面处要粗大,这种现象在HRS铸件中更严重。γ′相尺寸在铸件由叶身位置凝固至平台位置的过程中不断粗化。但当抽拉速率高于70μm/s时,叶身位置和平台位置之间γ′相尺寸之间的差异在LMC铸件中更小。     

Effect of Directional Solidification Methods on the Cast Microstructure and Grain Orientation of Blade Shaped DZ125 Superalloy

对应用液态金属冷却(LMC)和高速凝固(HRS)方法制备的叶片状高温合金铸件的铸态组织进行了研究,以比较2种定向凝固方法的优缺点。分别对沿铸件凝固方向不同截面位置处的晶粒取向、一次枝晶间距和γ′ 相尺寸进行了分析。结果表明,对于HRS铸件的中部截面,枝晶的<001>方向偏离铸件轴向的最大角度在抽拉速率由40 μm/s提高至110 μm/s的过程中不断减小。在70 μm/s的抽拉速度下,LMC铸件中部截面处的中心区域内晶粒的最大偏离角度要大于HRS铸件的相应位置处的偏离角,但是晶粒的整体取向却呈现较HRS铸件更集中的趋势。铸件顶部截面处的枝晶组织比中部截面处要粗大,这种现象在HRS铸件中更严重。γ′ 相尺寸在铸件由叶身位置凝固至平台位置的过程中不断粗化。但当抽拉速率高于70 μm/s时,叶身位置和平台位置之间γ′ 相尺寸之间的差异在LMC铸件中更小     

液态金属冷却法制备DD403合金过程温度场和晶粒组织的数值模拟

采用ProCAST和CAFE模型模拟了镍基单晶高温合金DD403定向凝固过程中的温度场及晶粒组织。研究了抽拉速率对变截面单晶铸件杂晶形成和铸件板身固液界面形状和位置的影响规律,得到了单晶铸件不出现杂晶的最大抽拉速率——临界抽拉速率(V c)。结果表明,当采用150μm/s的抽拉速率时,对于液态金属冷却(LMC)技术,铸件平台的凝固顺序是从中心到两边,杂晶形成倾向较小;而在高速凝固(HRS)条件下,铸件平台的边缘首先冷却,平台边缘容易出现大的过冷而产生杂晶。在本实验条件下,采用HRS技术,临界抽拉速率不得高于125μm/s;采用LMC技术,最大抽拉速率不宜超过150μm/s,否则可能会在螺旋段或平台处形成杂晶。当抽拉速率为150μm/s时,采用LMC法获得的板身部位的轴向温度梯度(G a)是HRS法的2倍多;一次枝晶臂间距(PDAS)减小了1/3~1/2,且沿铸件轴向的轴向温度梯度和一次枝晶臂间距均较HRS均匀。当抽拉速率在50~200μm/s范围内增大时,采用LMC技术,铸件板身的固液界面始终保持平直且逐渐下移至隔热挡板中部;而HRS条件下,固液界面逐渐下凹并下移至挡板下方。     

凝固参数对DZ125合金叶片类铸件微观组织和性能的影响

应用高速凝固定向凝固方法研究凝固工艺参数(抽拉速度、模壳保温温度)对DZ125高温合金铸件组织及性能的影响。结果发现,升高模壳保温温度可大幅度提高温度梯度,并制备出晶粒挺直度更为优良的铸件。枝晶组织及γ′析出相在壁厚较大部位更为粗大,且均随着抽拉速率及模壳保温温度的提高得到细化。显微偏析随抽拉速率的增加先减轻后加重,随模壳保温温度的提高部分元素偏析加重,部分元素减轻;γ+γ'共晶含量随抽拉速率的增大和模壳保温温度的提高而减少。铸件经标准热处理后,枝晶组织模糊不清,γ'析出相由于凝固参数变化而引起的差异显著减轻,且共晶组织几乎全部消除。抽拉速率变化对热处理态铸件性能无显著影响,但温度梯度的提高改善了铸件晶粒的挺直度,减小了晶粒偏离轴向的角度,提高了铸件性能。     

定向凝固Al-4.5%Cu合金枝晶组织与抽拉速率的关系

用自制下拉式定向凝固设备,在一定的温度梯度下,在20-220μm/s的抽拉速率范围制备定向凝固Al-4.5%Cu合金,并对其微观组织、特别是一次枝晶间距随抽拉速率的变化规律进行研究。结果表明：定向凝固微观组织随抽拉速率的增大呈细化趋势,其一次枝晶间距减小;当抽拉速率小于100μm/s时,枝晶间距随抽拉速率而减小的幅度较大;当抽拉速率大于100μm/s时,枝晶间距减小幅度较为平缓。在综合分析抽拉速率、界面生长速率、温度梯度等影响因素的基础上,推导出界面局域平衡条件下预测定向凝固次枝晶间距的理论模型,该模型能够较为准确地反映定向凝固一次枝晶间距随抽拉速率在100-220μm/s范围的变化规律,为定向凝固工艺获得特定组织而预先选配合适的工艺参数提供理论参考。     

液态金属冷却法制备重型燃机定向结晶空心叶片凝固过程的实验与模拟

利用高温度梯度定向凝固-液态金属冷却(LMC)技术制备了重型燃机定向结晶空心高压涡轮叶片,采用Pro CAST有限元模拟软件计算了LMC定向凝固工艺下,不同抽拉速率时空心定向结晶叶片凝固过程的温度场、晶粒组织以及一次枝晶间距(PDAS),预测了抽拉速率对杂晶、雀斑等缺陷的影响.结果表明,模拟结果与实验结果吻合良好.随着抽拉速率增加,叶片的凝固速率、冷却速率均增加,远高于高速凝固法(HRS)的凝固速率、冷却速率;叶片不同部位达到最大纵向温度梯度时的抽拉速率不同,纵向温度梯度是评价定向工艺的有效方法;LMC工艺制备的燃机叶片消除了雀斑缺陷,PDAS远小于HRS工艺.     

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。     

抽拉速率对定向凝固镍基高温合金组织和偏析的影响

研究了抽拉速率对一种定向凝固镍基高温合金组织与偏析的影响。结果表明,随着抽拉速率的增加,固液界面由平界面向胞状,再到粗枝状,最后到细枝状的演变过程,枝晶不断细化;一次和二次枝晶间距不断变小,γ′相形貌越来越呈规则的立方体,γ′尺寸逐渐变小。元素偏析程度先增大后减小,并在100μm/s时到达峰值;共晶和碳化物尺寸均随着抽拉速率的增大而变小,碳化物和共晶体积分数随抽拉速率增大而增大。     

一种镍基单晶高温合金的高温度梯度定向凝固组织及枝晶偏析

采用双区加热和液态金属冷却法 (LMC) 相结合, 对一种含4%Re (质量分数) 的镍基单晶高温合金进行了高温度梯度定向凝固. 结果表明: 与传统的“ 高速凝固法 (HRS) ” (温度梯度G=20-40 K/cm, 抽拉速率V=50-100 μm/s, 一次枝晶间距 λ₁=200-400 μm)相比, 该技术可以显著提高凝固界面前沿的温度梯度 (G=238 K/cm) 和抽拉速率 (V=500 μm/s). 随着抽拉速率的提高, 凝固界面形态呈现出平面、胞状、粗大枝晶和细枝晶形态, 一次枝晶间距不断减小, 通过固态相变析出的γ' 强化相也被显著细化, 当G=238 K/cm, V=500 μm/s时, λ₁和枝晶干γ' 相平均尺寸分别减小到61.3和0.04 μm. 电子探针测定表明, 随着抽拉速率的提高, 枝晶偏析呈现先增大后减小的趋势. 这是高温度梯度条件下, 固相反扩散作用强烈影响元素在枝晶中分布的结果.     

纵向强静磁场对定向凝固DZ417G合金枝晶形态和数目的影响

纵向强静磁场可明显影响高温合金DZ417G的定向凝固组织.为控制定向组织树枝晶数目提供了一种新手段.在抽拉速率为5μm/s时,强磁场影响了该合金组织的定向凝固生长特性,影响程度随磁场强度的加大而增加.当抽拉速率达到40μm/s及其以上时,施加强磁场使得单位面积上的枝晶数目增加,枝晶数目随磁场强度的增大而增大,增大幅度最大达到一倍左右.当温度梯度增大时,强磁场在低抽拉速率(5μm/s)下影响该合金定向凝固的效应加剧,在抽拉速率40μm/s及其以上时增加枝晶数目的效应也加大.从磁抑制对流和热电磁效应方面分析了上述现象,提出了作用机理.     

An Experimental Study of the Rapid Continuous Solidification of Al—Bi Immiscible Alloy

采用Al-（3．4—15）％Bi（质量分数）难混溶合金进行了快速连续凝固实验，研究了Bi含量和凝固速率对快速连续凝固组织的影响．结果表明，少量富Bi相粒子尺寸随着Bi含量的增加而增大，提高凝固速率有助于制备少量富Bi相粒子均匀分布的难混溶合金．通过分析富Bi粒子尺寸分布，发现沿试样轴向和径向方向粒子平均直径变化不大，试样表层处粒子尺寸较小．研究表明，快速连续凝固是制备均质难混溶合金的有效途径．     

藕状多孔金属Mg的Gasar工艺制备

金属／气体共晶定向凝固(Gasar)是一种制备规则多孔金属的新工艺．本文利用自行开发的Gasar装置，成功制备了具有规则气孔分布的藕状多孔金属Mg，并研究了气体压力对气泡形核、气孔率、气孔大小和分布的影响。     

FRACTAL ANALYSES OF DIRECTIONAL SOLIDIFICATION BEHAVIOR OF A Ni-BASE SUPERALLOY

The morphology of solid/liquid interface of a directionally solidification process is describedby means of fractal analysis,and the relations among the fractal dimension of the solid/liq-uid interface,solidification rate,dendrite arm space and the phosphorus content of the test al-loys have been given.It was found that the increase of the solidification rate and the phos-phorus content of the test alloy will lead to a increase,following the regularity of exponentialfunction,in the fractal dimension of solid/liquid interface.Furthermore,by combining thefractal theory and the thermodynamic principle with the measured results,it has been provedthat the fractal dimension is not only a kind of simple geometrical parameter used in des-cribing irregular geometry,but also a state function depending the change of solidificationparameters and chemical compositions.     

Al-11.80Cu-24.22Mg三元包共晶合金的凝固机制

采用液淬方法对Al-11.80Cu-24.22Mg(质量分数,%)三元包共晶合金在不同温度下淬火,而后,对其相组成和凝固组织进行了研究,对凝固组织的演化规律以及凝固机制进行了分析.实验结果表明,该合金凝固过程中确实发生了三元包共晶反应,初生相为S相(Al_2CuMg),包共晶组织为α-Al相和T相(Al_6CuMg_4)组成,最终凝固组织由残余初生S相、包共晶组织(α-Al+T)、两相共晶(α-Al+T)及三相共晶(α-Al+T+β)组成;虽然包共晶组织中和两相共晶中含有相同的相,即α-(Al)相和T相,但二者的组织形态不同,包共晶组织呈条带状,而两相共晶呈规则的蛛网状和球状.此外,三元包共晶反应时,包共晶组织依附于初生S相的周围生长,随着冷却速率的增加,三元包共晶反应变慢甚至被抑制,致使初生S相剩余而滞留在基体中.     

INTERACTION OF PARTICLES WITH A SOLIDIFIED INTERFACE DURING SOLIDIFICATION OF METAL MATRIX COMPOSITE REINFORCED WITH PARTICLES

ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＯＮＯＦＰＡＲＴＩＣＬＥＳＷＩＴＨＡＳＯＬＩＤＩＦＩＥＤＩＮＴＥＲＦＡＣＥＤＵＲＩＮＧＳＯＬＩＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮＯＦＭＥＴＡＬＭＡＴＲＩＸＣＯＭＰＯＳＩＴＥＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤＷＩＴＨＰＡＲＴＩＣＬＥＳＣＨＵＳｈｕａｎｇｊｉｅ;Ｗ...     

EFFECT OF CARBON AND BORON ON MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF A SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY RR 2072

Carbon and boron have been considered to strengthen grain boundaries that might form during single crystal casting. In this study the effect of boron on solidification behavior and creep properties of the carbon doped single crystal RR 2072 has been investigated. In order to understand solidification behavior with boron addition, the solid/liquid interface morphology and solidification microstructare were examined with solidification rate. The relationship between microstructaral evolution and creep properties of the carbon and boron modified single crystal has been also investigated.     

高温合金定向凝固行为的分形分析

采用分形理论定量地描述了定向凝固过程中固-液界面的形态,给出了固-液界面的分形维数与凝固速度、枝晶间距和试验合金中磷含量之间的关系发现随着凝固速率和合金中磷含量增大,固-液界面的分形线数呈指数规律增加。而且,结合分形理论和热力学理论论证了分形维数不仅仅是单纯描述不规则图形的几何参量,而且是一个依赖于凝固参数、化学成分变化的态函数     

喷射成形中金属液滴凝固过程的计算机模拟

在群体动力学方法的基础上，提出了描述合金雾化液滴凝固过程动力学的数学模型，并将其与液滴的传热方程和运动方程相耦合，对A1—4．5％Cu(质量分数)合金液滴的冷却凝固过程进行了分析．结果表明，液滴冷却至一定温度时开始形核，随后晶粒长大；在形核过程中，晶粒尺寸分布区间较宽，形核后晶粒尺寸分布区间逐渐减小；液滴直径越小，冷却速度越快，晶粒数量密度越大，凝固结束时晶粒越细小．     

单晶镍基高温合金的非平衡凝固

单晶高温合金具有优异的高温力学性能。本文着重介绍单晶高温合金的非平衡凝固方面的部分有趣的研究结果:包括固液界面的形态选择,从而提示如何合适控制定向凝固工艺参数;在大温度梯度下和在侧向约束条件下的定向凝固,首次发现存在一个无(γ+γ′)共晶区和TiC的上浮现象;在加快冷却速度时,还发现从未报导过的TiC的奇异形态以及其它一些亚稳相。     

高温金属间化合物的定向凝固特性

高温金属间化合物是一类重要的高温结构材料，其中Ti-Al及Ni-Al等许多合金系在凝固时都存在连续的包晶反应。本文就包晶合金凝固的特性从多方面加以总结和分析。凝固过程中的包晶相变对组成相的生长与取向有不同的影响。除此之外，定向凝固包晶反应过程中，相的竞争与选择及界面形态的演化也将同时对金属间化合物的凝固组织产生重要的影响。在考虑了界面温度对生长速率的响应后，可以发现生长速度超过某一值后亚稳相将析出，而根据凝固条件不同可以以不同的凝固方式进行长大，形成如带状、浅胞状和枝／胞双相共生等形式的组织，其中共生组织更有利于提高材料的单向力学性能。虽然定性的分析已获得某些规律，但作为工程应用的具有包晶反应特点的高温金属间化合物的定向凝固研究还极不充分，需进行大量的、基础的理论与实验研究。