高温度梯度定向凝固冷却速率对DZ4125合金γ′相的影响

研究了高温度梯度定向凝固条件下冷却速率对DZ4125合金中γ′相形态、分布和尺寸的影响.结果发现,随着冷却速率的增大,合金的枝晶逐渐细化.当冷却速率达到36.4 K/s时,合金的凝固组织由粗枝晶变为超细枝晶.在此过程中,γ′相从立方形逐渐球形化,且枝晶干γ′相的球化速度比枝晶间的γ′相球化速度快.同时,枝晶干和枝晶间γ′相尺寸逐渐减小,枝晶干和枝晶间γ′相的均匀化程度增加.枝晶间γ′相比枝晶干γ′相的尺寸大,这种差别随冷却速率的增大而减小.造成γ′相在形貌和尺寸上变化的根本原因是冷却速率的变化引起γ固溶体中溶质的过饱和度ΔX,过饱和γ固溶体的过冷度ΔT,γ′相脱溶析出的临界形核功ΔG~＊和溶质在γ固溶体中扩散系数D的改变.     

拉晶速率对Ni3Al基单晶合金IC6SX凝固组织和高温持久性能的影响

采用螺旋选晶法制备Ni3Al基单晶合金IC6SX试棒,研究了不同拉晶速率对凝固组织和高温持久性能的影响.结果表明,Ni3Al基单晶合金IC6SX凝固组织为树枝状,随着拉晶速率从1.5 mm/min增加到6 mm/min,一次枝晶间距逐渐减小.与普通镍基高温合金不同,位于枝晶干处的次生γ'相尺寸比枝晶间处的大.随着拉晶速率的增加,枝晶干和枝晶间处的γ'相尺寸都逐渐减小,由不规则形状逐渐立方化,枝晶间处的初生γ'相的数量逐渐增多.一次枝晶间距和γ'相尺寸对高温持久性能影响显著,随着拉晶速率的增加,组织细化,铸态IC6SX单晶合金的高温持久寿命增加.     

抽拉速率对定向凝固高温合金DZ445微观组织和力学性能的影响

研究不同抽拉速率(4,5,7,9,10 mm/min)对定向凝固DZ445高温合金微观组织和力学性能的影响.结果表明:随着抽拉速率由4mm/min增加到10mm/min,一次枝晶臂间距λ<,1>和二次枝晶臂间距λ2逐渐减小,枝晶组织逐渐细化;枝晶干和枝晶间γ'相尺寸也逐渐减小,枝晶间γ'相的尺寸比枝晶干γ'相的大,这种差别随着凝固速率的增加而减小;合金元素的偏析随凝固速率的增大越来越严重;除抽拉速率为4 mm/min外,抽拉速率对DZ445合金室温拉伸性能影响不大;当抽拉速率太高或者太低时,合金650℃拉伸伸长率均明显降低;抽拉速率对合金的持久性能影响明显;当抽拉速率为7 mm/min时,合金的拉伸性能、持久性能和微观组织达到综合平衡,为最佳抽拉速率;DZ445定向柱晶合金比同成分K445等轴晶合金具有更好的室温和高温拉伸性能及持久性能.     

冷却速率对Mg-Gd-Y-Zr合金凝固组织的影响

通过改变凝固过程中的冷却速率,研究了冷却速率对Mg-Gd-Y-Zr合金凝固组织与成分微观偏析的影响.随冷却速率提高,合金组织明显细化,初生相形貌由粗大等轴枝晶逐渐向细小树枝晶转变,合金凝固过程中形核率增加,合金晶粒尺寸逐渐减小;冷却速率的提高可以降低溶质元素的扩散速率,从而增加合金元素在枝晶干中的固溶度,减轻凝固过程中合金元素Gd与Y的微观偏析,同时使凝固过程中形成的共晶减少,共晶组织分布更加弥散、均匀.     

EFFECTS OF WITHDRAWAL RATE ON MICROSTRUCTURE AND STRESS RUPTURE PROPERTIES OF A Ni3Al–BASED SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY IC6SX

采用螺旋选晶法制备Ni₃Al基单晶合金IC6SX试棒, 研究了不同拉晶速率对凝固组织和高温持久性能的影响. 结果表明, Ni₃Al基单晶合金IC6SX凝固组织为树枝状, 随着拉晶速率从1.5 mm/min增加到6 mm/min, 一次枝晶间距逐渐减小. 与普通镍基高温合金不同, 位于枝晶干处的次生γ'相尺寸比枝晶间处的大. 随着拉晶速率的增加, 枝晶干和枝晶间处的γ'相尺寸都逐渐减小, 由不规则形状逐渐立方化, 枝晶间处的初生γ'相的数量逐渐增多. 一次枝晶间距和γ'相尺寸对高温持久性能影响显著, 随着拉晶速率的增加, 组织细化, 铸态IC6SX单晶合金的高温持久寿命增加.     

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。     

超高温度梯度下凝固速率对一种镍基单晶高温合金定向凝固组织的影响

采用区域熔炼液态金属冷却超高温度梯度定向凝固法(ZMLMC),研究凝固速率对一种镍基高温合金微观组织的影响。结果显示:在温度梯度基本不变的条件下,随着凝固速率的提高,枝晶结构逐渐细化,一次枝晶间距λ1与二次枝晶间距λ2减小,且λ1和λ2分别与V-1/4和V-1/2呈线性关系;γ’相尺寸随凝固速率的提高而减小,形貌逐渐趋向于立方状,而在同一速率下,枝晶干的γ’相形状相对较规则,接近立方形,枝晶间的γ’相则趋于无规,其尺寸也较枝晶干区域更为粗大;γ/γ’共晶尺寸随凝固速率的提高而减小,分布趋于弥散,但总的体积分数变化不大。     

不同冷却速率对GH4151高温合金定向凝固组织及元素偏析的影响

为了进一步降低合金凝固偏析程度和优化真空自耗冶炼(VAR)工艺,利用液态金属冷却法(LMC)对GH4151合金进行定向凝固实验,采用光学显微镜、扫描电镜及电子探针等研究了冷却速率对GH4151合金定向凝固组织及元素偏析的影响。结果表明：随着冷却速率的增加,一次枝晶间距λ₁及二次枝晶间距λ₂均逐渐减小,两者与冷却速率间满足相似的函数关系。而且,枝晶干及枝晶间γ′相尺寸也随冷却速率的增加逐渐减小,组织均匀性提高。对凝固组织元素成分分布的电子探针分析表明：GH4151合金主要偏析元素为W、Nb、Ti,偏离程度在20%以上,且3种元素显微偏析程度均随冷却速率的增加而加重,原因在于随着冷却速率增加,凝固前沿固相层可供溶质扩散的时间减少,扩散效果减弱。     

抽拉速率对含Ru镍基单晶高温合金凝固组织的影响

研究了不同抽拉速率对含Ru镍基单晶高温合金凝固组织的影响.结果表明,随着抽拉速率的加快,单晶合金的铸态组织由粗枝状晶向细枝状晶演变,枝晶干和枝晶间的γ′相尺寸减少,合金元素的偏析降低,γ-γ'共晶含量减少,NiAl基β相含量逐渐降低.同时,抽拉速率对合金的相变温度影响不大.     

单晶镍基高温合金DD8激光快速熔凝组织

DD8单晶镍基高温合金经激光扫描快速熔凝后, 熔池表面宽度随扫描速率增加变窄; 一次枝晶间距随冷却速率增加而减小. 分析表明: 熔凝后元素的枝晶偏析不明显, 合金成分趋于均匀. 熔凝后的凝固形态由熔池底部到表面依次为准平面凝固、胞状凝固、胞枝状凝固和细密枝晶凝固. 准平面和胞状凝固区由γ固溶体及弥散γ'相 (20 nm) 组成. 在胞枝晶和枝晶凝固区, 枝晶间出现一种高Ti含量条状相. 在过渡区, γ固溶体及γ'相皆部分熔凝, 未全溶的γ'相成为熔凝再析出弥散γ'相的核心, 过渡区γ'相呈堆状分布.     

一种镍基单晶合金长期时效过程中γ'相的粗化行为

研究了一种新型镍基单晶高温合金长期时效过程中γ'相形貌的变化。结果表明,在950、1 000、1 050℃下时效0~1 500 h时,γ'相形态从最初的立方体形貌逐渐演化形成了不规则的条形、L形、迷宫形等。时效过程中,枝晶间γ'相的粗化速率明显高于枝晶干处的粗化速率。随时效温度地提高,γ'相的粗化速率加快。枝晶干处与枝晶间区域γ/γ'相界面共格应变能的差异是枝晶间与枝晶干区域γ'相粗化程度存在差异的主要原因。枝晶干处γ'相的粗化激活能与枝晶间处γ'相的粗化激活能分别为451 kJ·mol-1和345 kJ·mol-1。     

深过冷Fe-Mo合金中初生α-Fe相的快速生长

采用落管无容器处理技术实现Fe-8%Mo和Fe-26%Mo合金的深过冷快速凝固。结果表明:大尺寸Fe-8%Mo合金液滴的凝固组织由α-Fe枝晶晶粒组成,溶质Mo主要富集于晶界处。随着合金粒子直径的减小,α-Fe相组织形态由粗大枝晶向等轴晶转变并显著细化,同时α-Fe相的微观偏析逐渐减弱。当粒子直径减小到约100μm时,发生显著的溶质截留效应,过冷度和冷却速率的增大抑制了溶质Mo的扩散。大尺寸Fe-26%Mo合金液滴的快速凝固组织由残余α-Fe相和层片共析组织(μ+α-Fe)组成,且随着粒子直径的减小,凝固组织由层片状逐渐转变为颗粒状。理论计算表明,随着过冷度的增大,α-Fe枝晶发生由溶质扩散控制生长向热扩散控制生长的转变。发生该转变所需的临界过冷度随合金中Mo含量的增大而增大。     

CMSX-6高温合金定向凝固微观组织的研究

采用高速凝固法,在VDF-10定向凝固炉上,制备了CMSX-6镍基高温合金定向凝固试样。研究了距水冷铜板不同高度的凝固组织。结果表明,随着距水冷铜板高度的不断增加,CMSX-6合金的一次枝晶距也不断增大,其铸态组织由细枝状向粗枝状晶演变。同时距水冷铜板高度越低,枝晶干与枝晶间γ'相的尺寸越小,且枝晶间γ'相的形状趋向于规则的立方体形状。同时研究了枝晶间共晶组织的形貌特征,随着距水冷铜板高度增加,共晶尺寸不断地增大。     

CMSX-6高温合金定向凝固微观组织的研究

采用高速凝固法,在VDF-10定向凝固炉上,制备了CMSX-6镍基高温合金定向凝固试样。研究了距水冷铜板不同高度的凝固组织。结果表明,随着距水冷铜板高度的不断增加,CMSX-6合金的一次枝晶距也不断增大,其铸态组织由细枝状向粗枝状晶演变。同时距水冷铜板高度越低,枝晶干与枝晶间γ'相的尺寸越小,且枝晶间γ'相的形状趋向于规则的立方体形状。同时研究了枝晶间共晶组织的形貌特征,随着距水冷铜板高度增加,共晶尺寸不断地增大。     

LMC法定向凝固抽拉速率对DD488单晶高温合金组织和持久性能的影响

研究了液态金属冷却(LMC)法定向凝固抽拉速率对DD488单晶高温合金组织和980℃/250 MPa持久性能的影响。结果表明:增大抽拉速率能够显著细化合金的枝晶组织,减小铸态共晶含量和γ'相尺寸。同时,随着抽拉速率的增大,标准热处理后的γ通道宽度减小,γ'相体积分数增加。抽拉速率较小时(5 mm/min),合金980℃/250 MPa持久寿命为70.3 h,随着抽拉速率提高至8 mm/min,持久寿命增大到107.5 h。DD488合金持久寿命的提高得益于在较高的抽拉速率下合金标准热处理组织中的γ'相体积分数增加,γ通道宽度减小,并且共晶组织基本消除。     

强磁场下热处理对定向凝固高温合金DZ417G析出相γ'的影响

在不同强度的强磁场下对定向凝固高温合金DZ417G试样进行固溶处理和时效处理,利用扫描电镜(SEM)和显微硬度计观察析出相γ'的微观结构并测定其显微硬度,探讨强磁场对析出相γ'的大小、形态、分布和硬度的影响,并从热力学原理探讨解释析出相γ'的变化。结果显示:12 T强磁场下固溶处理后,析出相γ'尺寸减小,枝晶干和枝晶间区域析出相γ'体积百分数分别增加达5.3%和5.6%,显微硬度分别增加9.4%和15.8%。12 T强磁场下时效处理后,析出相γ'尺寸减小,枝晶干和枝晶间区域析出相γ'体积百分数分别增加达3.9%和4.2%,显微硬度分别增加达6.2%和11%。     

抽拉速率对DD15单晶高温合金组织和力学性能的影响

采用不同的抽拉速率制备了第四代单晶高温合金DD15,研究了抽拉速率对合金组织和力学性能的影响。研究结果表明,随着抽拉速率的增加,铸态合金的一次枝晶间距和二次枝晶间距减小,共晶含量增加,枝晶干和枝晶间的γ′相尺寸减小。不同抽拉速率合金热处理后都未见残余共晶,随着抽拉速率增加,γ′相尺寸稍有减小,γ′相立方化程度增加。合金的拉伸性能和持久性能随着抽拉速率的增加而升高。     

冷却速率对Ni-Nb合金非平衡凝固组织的影响

采用阶梯铜模喷铸方式开展了Ni-10%Nb(质量分数)合金非平衡凝固实验,并利用Procast软件对不同铜模内径所对应的冷却速率进行了计算。综合采用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析仪对不同冷速条件下合金二次枝晶间距、溶质含量等组织参量进行表征。实验结果表明,随铜模内径减小,合金冷却速率增加,二次枝晶间距减小,枝晶主干中溶质含量得到明显提高。在此基础上,利用枝晶生长模型对不同过冷度条件下的枝晶生长速率进行了计算。分析结果表明,随冷却速率增加,凝固发生时过冷度增大,枝晶生长速度提高,溶质截留现象趋于严重,导致溶质过饱和现象发生。此外,冷却速率的提高还有利于减小液/固界面前沿溶质扩散区长度,导致二次枝晶间距减小。     

自由落体条件下三元Ni-Pb-Cu偏晶合金的快速凝固

在自由落体条件下研究三元Ni62Pb30Cu8偏晶合金的相分离与快速凝固.XRD分析结果表明;凝固组织由固溶体(Ni)和(Pb)两相构成;随液滴直径减小,三元Ni62Pb30Cu8偏晶合金从壳核组织演变为(Pb)相颗粒分布在 (Ni)枝晶间的组织;在形成的壳核组织中,表面张力较小的(Pb)相始终占据最外层,有利于降低表面相和体系总吉布斯自由能.能谱测定发现,在固溶体(Ni)和(Pb)相中,溶质截留效应十分显著.采用传热模型计算了不同直径液滴的冷却速率与过冷度,二者均随液滴直径的增大而减小.理论分析了合金液滴的内部温度梯度与第二相L(Pb)液滴的Maragoni迁移,发现第二相L(Pb)液滴充分实现二次相分离.在自由落体条件下,合金液滴的最终凝固组织由冷却速率、表面偏析、Marangoni迁移和(Ni)枝晶生长共同决定.     

凝固压力对A357合金凝固组织及含Fe相的影响

研究了不同凝固压力作用下A357合金的反重力铸造凝固过程,分析了凝固压力和冷却速率对合金凝固组织二次枝晶间距λ2和含Fe相的影响.结果表明,由试样中心到边缘,随着冷却速率的增加,λ2减小,合金微观组织α-Al枝晶细化;凝固压力从1.55 kPa增加到30.90 kPa时,λ2减小,同时,冷却速率愈大,α-Al枝晶细化愈明显.增大凝固压力也使合金组织中含Fe相由针状转变为骨骼状.