铸型温度对单晶高温合金叶片凝固组织的影响

在高温度梯度真空定向凝固炉中,采用螺旋选晶法通过3种不同铸型温度分别制备了[001]取向的DD6单晶高温合金叶片,利用光学显微镜和扫描电镜观察了不同工艺条件下合金的铸态组织,研究了铸型温度对单晶高温合金凝固组织的影响。结果表明,随着铸型温度的升高,合金的一次枝晶间距和二次枝晶间距变小,合金元素的偏析程度降低,枝晶干和枝晶间的铸态γ′相尺寸减小,共晶的尺寸和含量稍有减小,显微疏松的尺寸和体积分数稍有减小。     

试样尺寸对一种单晶高温合金组织的影响

 通过制备两种不同尺寸单晶试样的凝固试验,研究了试样尺寸对DD3单晶高温合金组织的影响。结果表明,在相同的凝固工艺条件下,试样尺寸增大,合金的一次枝晶间距和二次枝晶间距变大,合金元素的偏析程度稍有增加,枝晶干和枝晶间的铸态γ′相尺寸稍有增大,显微疏松无明显改变,共晶的尺寸和含量增加;经相同的热处理工艺处理后,试样尺寸增大,合金枝晶干和枝晶间的γ′相尺寸稍有增大。     

熔体混合金锡共晶合金非规则共晶组织的形成

采用高低温熔体混合凝固处理,研究了不同高温液相温度380,390和400℃(低温液相温度均为274℃)条件下,金锡共晶合金凝固组织演变规律及非规则共晶组织的形成。研究表明:熔体混合可有效地改变金锡共晶合金的凝固组织结构,随着高温液相温度的提高,合金的凝固组织可以从常规层片状组织转变为块球状的非规则共晶组织,熔体混合金锡共晶合金中非规则共晶组织的形成机制为枝晶熔断机制。     

GH5188合金凝固过程动态原位观察研究

利用高温共聚焦激光扫描显微镜对GH5188合金在冷速为10～200℃/min条件下的凝固过程进行动态原位观察，并研究了冷速对GH5188合金凝固过程、凝固组织及析出相的影响。结果表明，GH5188合金的凝固过程为缓慢凝固-快速凝固-缓慢凝固过程，冷速越大，峰值凝固速度越大。冷速影响合金凝固温度，随着冷速的增加，凝固温度逐渐降低，冷速的增加使合金凝固后二次枝晶间距减小，析出相尺寸更均匀细小，有利于减少合金凝固过程的裂纹敏感性，获得了不同冷速下合金二次枝晶间距的预测公式。     

铼对单晶高温合金DD32组织的影响

采用SEM、XRD以及金相显微镜等分析技术研究了单晶高温合金组织对铼的响应行为.研究结果表明铼对单晶高温合金的枝晶组织和γ'相形态都有显著影响.在相同工艺条件下,含铼单晶合金的一次和二次枝晶间距都大于无铼单晶合金,无铼单晶合金的枝晶生长非常发达,具有三次枝晶.经同样热处理后,含铼单晶合金的γ'相形态较无铼单晶合金更规则.     

基于原位观察的H13钢中液析碳化物高温行为研究

使用原位观察方法研究了不同凝固条件H13钢铸锭样品中液析碳化物的高温行为.实验发现连铸锭及电渣锭两种样品在所研究的枝晶间存在明显的合金元素偏析,其中Cr、Mo、V、C的偏析较为明显,液析碳化物存在于凝固枝晶间偏析最严重的区域,成分为V、Mo、Cr、Ti的液析碳化物.连铸锭及电渣锭两种样品分别在1200℃及1250℃围绕液析碳化物周围出现局部液相,理论计算的局部液相出现温度与实验观察到的接近;随着温度的升高,局部液相范围扩大,与电渣锭相比,加热至相同温度时,连铸锭液析碳化物周围的局部液相范围更大.液析碳化物周围局部液相的出现加快了枝晶间合金元素的扩散,对液析碳化物的高温行为具有重要影响.      

拉晶速率对单晶高温合金高温持久断裂行为的影响

研究了不同拉晶速率下制得的镍基单晶高温合金高温持久变形行为，结果表明，随拉晶速率增加，单晶合金的凝固界面由平面向胞状，枝状转变，持久延伸率减少，持久寿命有增加的趋势；高温持久断裂形式由典型的韧窝断裂转向混合断裂，二次裂纹增多，持久变形时的γ’筏形完善性增加，位错网间距减小。     

Sn对Mg-Al-Ca系合金热裂敏感性的影响

为了研究Sn对Mg-Al-Ca系合金热裂敏感性的影响,通过Clyne-Davies模型对MgAl_7Ca_1Sn_x(x=0,0.5,1,2)系合金的热裂敏感性进行预测。采用"T"型热裂模具,对MgAl_7Ca_1Sn_x系合金凝固过程中的温度、收缩应力信号数据进行采集,研究热裂纹萌生和扩展的相关信息。利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分别对MgAl_7Ca_1Sn_x系合金显微组织和热裂断口区域形貌进行观察。揭示合金的凝固最后阶段剩余液相分数,脆弱区域的凝固温度变化,第二相种类等因素对Mg Al_7Ca_1Sn_x系合金热裂倾向的影响;合金热裂倾向从大到小顺序为MgAl_7Ca_1Sn_1MgAl_7Ca_1Sn_2MgAl_7Ca_1Sn_(0.5)MgAl_7Ca_1。其中,由于Mg Al7Ca1Sn1合金凝固温度区间最宽,脆弱区域的凝固温度变化最大,凝固最后阶段形成液膜最少,枝晶干涉点后析出的第二相阻碍枝晶间的补缩等多种原因使之热裂倾向最大。     

SRR99镍基单晶高温合金在落管微重力环境下的枝晶生长行为研究

利用50m长落管研究了SRR99镍基单晶高温合金在微重力与重力环境下的枝晶生长行为。采用金相显微镜观察了试样在微重力(微重力试样)和重力(重力试样)下凝固组织的差异,并利用图像分析软件测量了枝晶的一次臂和二次臂的长度及间距。结果表明,微重力试样在下落过程中从未熔部分外延生长的最大长度约为1.7mm,重力试样的最大长度为1.9mm。微重力试样的一次枝晶干粗大,平均间距约为80μm,而重力试样中存在较多的细小一次枝晶干,一次臂平均间距约为71μm。一次枝晶平均间距在微重力环境下增大20%。微重力试样的二次臂长度较长,且在20～160μm的整个长度范围内较均匀分布;重力试样二次臂长度较短,且集中分布在20～80μm区间内。微重力试样和重力试样的二次枝晶臂平均间距相同,均为17μm。     

电场对DD3单晶高温合金显微偏析的影响

研究了直流电场对DD3单晶高温合金凝固显微偏析的影响.实验结果表明在定向凝固速度为5μm/s和电流密度为0～20 A/cm2的条件下,随电流密度增大,胞晶或树枝晶间距减小.与不施加电场时相比,电流密度为6A/cm2时,凝固偏析明显减轻;电流密度为20A/cm2时,凝固偏析恶化.DD3单晶高温合金定向凝固过程中,由于电场的加入,引起溶质有效再分配系数的变化,减轻了凝固偏析;胞晶或树枝晶间距减小,也有利于减轻凝固偏析;胞晶间的原子团簇向胞晶侧面集聚,造成凝固偏析增大.上述因素共同作用决定了最终凝固组织的偏析.     

双辊连铸不锈钢的微观和宏观偏析

介绍了对双辊工艺生产的ＡＩＳＩ３０４不锈钢薄带所作的偏析研究的结果。根据带钢的显微结构、可能出现的合金成分波动以及工艺择偏析作了研究。枝晶间的微观偏析与初始凝固方式相对应，由于钢水的过冷度和成分存在波动，其初始凝固表现出一种交替的相形成方式（奥氏体与铁素体的交替凝固）。所观察到的Ｋ０〈１的合金化组元的宏观偏析方式（正偏析和负偏析的更迭区）可以根据工艺参数，用枝晶间熔体的转移加以解释。     

基于数值模拟的镍基高温合金电渣重熔工艺优化

利用MeltFlow软件对镍基高温合金电渣重熔过程进行数值模拟计算,探究了电渣重熔过程中温度场、流场、熔池形貌及微观组织的分布特点,通过工业试验验证模拟的准确性,定量分析熔速对熔炼过程的影响规律,提出了一种改善铸锭凝固质量的工艺优化方法。结果表明,渣池内的温度相对较高且分布均匀,熔池形貌近似“V”型。铸锭一次枝晶间距从中心到边缘沿径向逐渐减小,而二次枝晶间距没有明显差别。对比试验数据,数值模拟结果误差较小,可以准确预测镍基高温合金电渣重熔过程中的熔池形貌和枝晶间距。随着熔化速率的减小,金属熔池深度降低,ESR铸锭二次枝晶间距逐渐减小,且宏观偏析程度得到改善,黑斑产生概率逐渐降低。控制熔化速率由0.47 kg/min降低至0.45 kg/min,有利于获得凝固质量较好的镍基高温合金电渣重熔铸锭。     

热处理对定向凝固CMSX-6合金组织及拉伸性能的影响

采用高速凝固法制备了CMSX-6镍基高温合金定向凝固试样。研究了热处理前后不同部位的显微组织和拉伸性能。结果表明,铸态试样先凝固部分比后凝固部分的枝晶组织更为细密,一次枝晶间距较小,共晶组织含量较少,而抗拉强度高,延伸率较小。热处理后初生相充分固溶形成了成分均一的组织,γ′相得到了明显的细化与均匀化,γ/γ′共晶也发生了溶解并存在固溶微孔。热处理略微提高合金的抗拉强度,但明显提高了合金的延伸率。试样断裂为脆性断裂,铸态为正断型断裂,热处理态为切断型断裂。     

DSM11合金定向凝固工艺的研究

研究了定向凝固速度对DSM11合金组织结构和性能的影响.结果表明,在获得柱状晶生长的条件下,随凝固速度提高,枝晶间距细化,合金中的γ'相、碳化物和共晶组织细而均匀;当凝固速度为11mm/min时,出现严重的枝晶分叉和不连续现象.凝固速度变化对合金高温持久性能影响显著.凝固速度为7 mm/min时,合金持久性能最高,对应枝晶间距和共晶含量的低谷,伴随着细小枝晶和均匀的显微组织.     

Co含量对一种新型高温合金铸态及热处理组织的影响

利用高温度梯度真空定向凝固方法,在保持其他元素不变的情况下,制备3种不同Co含量(质量分数,下同)的新型第四代镍基单晶高温合金,研究了Co含量对合金定向铸造凝固过程、热处理过程中偏析行为及显微组织演化的影响规律.研究结果表明：不同Co含量合金的初熔温度变化不大;随着Co含量的增加,合金的固、液相线温度升高,3种铸态合金中,质量分数为9%的Co合金(以下简称9%Co)的一次枝晶干与二次枝晶干间距最小,(γ+γ′)共晶组织含量最多;9%Co合金铸态组织偏析最为明显,Co含量的变化对Re和W等典型负偏析元素的偏析系数影响较大,而对Al和Ta等典型正偏析元素的偏析系数未见明显影响.合金经固溶处理后共晶回溶、枝晶偏析得以消除,二次时效处理后,随着Co含量的增加,γ′相平均尺寸及立方度的变化趋势均为先增大再略微减小.标准热处理后,Co含量对γ′相体积分数未见明显影响,且9%Co合金具有最佳的γ′相平均尺寸和立方度.     

PMO对42CrMoA钢?300 mm圆坯枝晶组织的影响

枝晶形貌是影响铸坯元素分布、缩孔缩松及性能的重要因素，细化枝晶能够有效提高铸坯质量。研究了PMO处理对42CrMoA钢?300 mm连铸圆坯枝晶形貌的影响。研究发现，PMO处理坯的柱状枝晶生长方向发生偏转，枝晶臂间距明显减小，其中一次枝晶臂间距减小率为10%～35%,二次枝晶臂间距减小率为25%～35%。分析认为，PMO造成凝固前沿热流方向及溶质场变化，导致枝晶重新竞争生长，因此一次枝晶生长方向发生改变，且一次枝晶臂间距减小。另外，PMO在铸坯凝固前沿形成感生电流，固液相电导率差异造成枝晶尖端电流聚集，进而导致曲率半径增大，降低了细枝晶的溶解速率，抑制了二次枝晶的熟化过程，因此二次枝晶臂间距减小。研究结果为今后利用PMO改善铸坯枝晶组织提供了指导。     

Ru对镍基高温合金组织形貌的影响

设计并制备两种镍基高温合金,通过组织形貌观察和蠕变性能测试,研究了Ru对镍基高温合金组织形貌及高温蠕变性能的影响。结果表明,Ru对铸态合金的一次/二次枝晶间距无明显影响;相较于无Ru合金,含Ru合金在铸态条件下,枝晶间和枝晶干γ'相的形貌差别较小,两区域的立方度均更好,尤其是在枝晶间区域的相形貌更规则;对两种合金进行完全热处理,含Ru合金的γ'相立方度更高,排列更为规则,含Ru合金γ'相的体积分数为68%。在高温条件下对两种合金进行蠕变性能测试,含Ru合金的高温蠕变寿命明显高于无Ru合金。     

GH3536合金电渣重熔铸锭微观组织演变行为

由于高温合金铸锭由外向内凝固的原因,铸锭不同部位的冷却条件存在差异。当铸锭尺寸增大时,铸锭内部元素偏析情况加剧并产生粗大的析出相。为合理控制GH3536合金电渣重熔(ESR)铸锭内碳化物分布,为铸锭大型化发展提供理论基础,研究了铸锭不同部位元素偏析及碳化物的演变过程。结合实际工业生产情况,在实验室条件下采取定向凝固试验和MeltFlow-ESR有限元数值模拟等方法,研究了冷却速率和碳化物形貌及二次枝晶间距之间的关系。结果表明,凝固过程中Mo、W、Cr元素的偏析是碳化物形成的重要原因;随着冷却速率的提高,二次枝晶间距与碳化物面积分数均降低,较低的冷却速率使枝晶间距增大,易于形成M₆C/M₂₃C₆复合型碳化物;其中一次枝晶间距λ₁与冷却速率R_c呈λ₁=396.78G^-0.5R_c^-0.25的正比例关系(G为凝固界面前沿的温度梯度),二次枝晶间距λ₂与冷却速率呈λ_2<...     

镍基粉末高温合金枝晶间亚稳碳化物

对急冷凝固镍基高温合金松散粉末热等静压成型合金中亚稳碳化物及其相间反应进行了研究.随着热处理温度的升高,粉末中合金元素的分布逐渐均匀化,但枝晶间MC能在较高的温度下保持稳定,使Ti和Zr在该处仍有较高含量.原始粉末中枝晶间主要分布着块状和花状的MC型碳化物,在预热处理过程中粉末枝晶间块状碳化物分解,发生M₂₃C₆和M₆C的析出反应,而花状碳化物的成分及形貌则保持相对稳定.成型合金残余枝晶间分布的碳化物主要由块状M₆C和MC及花状MC组成,形变再结晶可以促进枝晶间碳化物的溶解.      

连铸连轧生产25CrMo4齿轮钢带状组织的控制实践

通过调整连铸工艺参数与轧钢工艺参数,改善了25CrMo4齿轮钢带状组织。研究结果表明：在连铸坯凝固过程中,较大的电磁力促使连铸坯凝固时枝晶不断的重新发生迁移,微观枝晶的枝干与枝间分布更加均匀,由此产生的微观偏析也随之减小,连铸坯凝固过程中形成的一次带状组织得到改善。提升连铸坯在加热炉内的加热温度,碳元素以及合金元素相对富化区域的元素向贫化区域发生实质性的迁移速度也随之提升,铸坯前期因选择性结晶形成的无序分布枝晶组织加速均质化。钢材轧后采用风冷,其冷却过程钢材的铁素体与珠光体形核率较高,铁素体与珠光体分布更为细小均匀,轧材不易形成二次带状组织。