抽拉速率对定向凝固Ni-45Ti-5Al合金微观组织的影响

采用Bridgman型液态金属冷却定向凝固方法,研究Ni-45Ti-5Al(摩尔分数,%)合金在不同抽拉速率(20、100和200μm/s)下定向凝固后的相组成及其形态特征。结果表明:Ni-45Ti-5Al合金定向凝固生长区呈现明显的柱状晶生长形态,定向效果良好,NiTi基体以[100]方向为择优取向,Ti2Ni析出相沿[111]晶向择优生长。随着抽拉速率的提高,Ti2Ni相更加细小、分散,由在胞晶界上几乎连续分布改变为断续分布。在20～200μm/s的宽生长速率范围内,均以胞状晶形态生长,固/液界面形态没有发生显著变化;随着抽拉速率从20μm/s增加到200μm/s,定向胞晶组织明显细化,平均胞晶间距由85μm减小到25μm。     

Ti-45Al合金的定向凝固组织

采用区域重熔定向凝固技术制备了Ti-45Al合金定向凝固试样,研究了不同参数下的凝固组织。结果表明,该合金在定向凝固过程中一次凝固可以以胞晶形式实现定向生长,胞晶内α2/γ片层方向与生长方向成45°或90°。凝固过程中稳定相β及亚稳相α同时存在,并以胞状生长,存在竞争而引起的交替现象。降速生长时定向组织比较理想。淬火实验表明,在大过冷度下亚稳α相作为领先相析出。     

生长速度对Ti-45%Al包晶合金定向凝固组织的影响

通过电磁感应加热和液态金属冷却相结合的实验方法制备了Ti-45%Al(at%)包晶合金的定向凝固试样,并观察在不同生长速度下的微观组织和界面形态。结果发现,抽拉速度为10μm/s时,界面以胞晶形式生长,最终组织的α2 γ片层与生长方向垂直;抽拉速度为50μm/s时,观察到明显的枝晶生长界面,α2 γ片层与生长方向成45°夹角。低速下的胞状间距明显大于高速下的枝晶间距,说明快速凝固有利于减小枝晶间距。     

Ti-47Al合金籽晶法定向凝固过程中的组织演化

以Ti-43Al-3Si为籽晶,对Ti-47Al合金籽晶法定向凝固过程中的相选择和组织演化规律进行了研究.凝固初期,液相中富含Si,促使α相为其初生相,获得了与生长方向平行的全片层组织.随着凝固的进行,液相成分逐渐接近Ti-47Al.生长速率为90 mm/h时,凝固组织以胞状树枝晶形态生长,由于晶体生长形态对界面前沿溶质分布的影响,在稳定的溶质边界层建立前,Al和Si含量不能保证α相的连续生长,β相在α枝晶间形核长大,出现与凝固方向成45°夹角的片层,破坏了片层取向的一致;生长速率增至720 mm/h时,凝固组织中枝晶生长发达,枝晶间距减小,基本转变为以择优取向生长的α相.     

定向凝固Ti-50Al合金组织演化及其片层取向控制

对Ti-50Al(原子分数,%)合金在较宽的生长速率范围内进行定向凝固实验,研究了生长速率对固/液界面形态、微观组织演化及片层结构形成的影响.发现合金在1-5μm/s的速率范围内均以α胞晶单相生长,最终形成全片层结构;当生长速率达到10μm/s时,在初始凝固的较长距离内为α胞品单相生长,随着凝固的进行,胞晶间溶质逐渐富集,晶间出现从液相析出的γ相,最终不能形成全片层结构;当生长速率大干15μm/s时,合金以α枝晶生长,枝晶间也出现γ相.对各生长速率下形成的片层结构取向的分析表明,片层结构取向与定向凝固启动界面处铸态品粒的取向的历史有关.根据上述规律,以Ti-50Al合金为籽晶和主体合金,选择确保α单相凝吲的生长速率8 μm/s,进行片层取向控制,最终扶得取向与生长方向一致的全片层结构.     

抽拉速度对Ti-45Al合金定向凝固组织演化影响的数值模拟

采用基于溶质扩散控制模型结合CA方法对Ti-45Al合金定向凝固过程中抽拉速度对显微组织演化影响进行数值模拟。结果表明,随抽拉速度增加,凝固形态经历了平面→胞晶→胞/枝混合结构→树枝晶的转变,如果温度梯度高于20K/mm,仅经历平面→胞晶转变。此外,将模拟结果与实验结果和理论分析进行对比,证明了模型的有效性。     

Ti-45Al合金焊接熔池凝固过程数值模拟

采用元胞自动机法和有限差分法建立了宏微观耦合下的焊接熔池微观组织凝固模型,对Ti-45Al合金焊后凝固过程中的枝晶生长形貌和溶质场浓度分布进行模拟,并通过试验对模拟结果进行验证. 讨论分析了焊接热输入、内部形核数和表面传热系数对枝晶生长及形貌的影响. 结果表明,熔池内的组织主要由柱状晶和等轴晶两种形态组成. 热输入的增加和传热系数的减少均有助于柱状晶的生长,而内部形核数越大则越有利于等轴晶的生长. 所建立模型的计算结果与试验结果在关于枝晶生长的定向研究中有较好吻合.     

基于CA方法的Ti-45Al合金定向凝固过程微观组织模拟

采用CA方法建立了Ti-45Al(at.%)合金定向凝固过程中的组织演变数值计算模型,考虑了二元合金包晶反应过程,对液态金属冷却定向凝固过程中Ti-45Al合金的组织演变进行了模拟。模拟结果表明,定向凝固组织分为初生等轴晶组织、稳定生长的柱状晶以及中间过渡区域3部分,柱状晶一次臂间距随抽拉速度增大而减小。Ti-45Al合金在0.1 mm/min抽拉速度条件下,得到了以初生β相为主的凝固组织,在枝晶间溶质富集处有少量的包晶相析出,与相关试验结果基本一致。     

加热温度对Ti-6242合金组织及性能的影响

对Ti-6242合金在不同温度下保温空冷后的组织及性能的关系进行了研究。结果表明,在低于相变点加热,随着加热温度升高,α相的含量逐渐减少;在相变点以上进行加热,晶粒尺寸随着加热温度升高开始粗大,空冷后主要得到魏氏体组织;随着加热温度的升高,合金的强度和塑性呈现先增加后降低的趋势,而其冲击性能随着加热温度升高而逐渐降低;在相变点以上进行保温加热时合金强度以及韧性主要取决于α相、β相转变组织的含量、形状及晶粒大小。     

时效温度对Ti-45Nb合金组织与性能的影响

研究了不同时效温度对Ti-45Nb合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明：随着时效温度的提高,Ti-45Nb合金基本上未发现析出第二相,呈单一等轴状的β相组织;其抗拉强度、屈服强度和剪切强度先增加后减小,显微组织及拉伸塑性的变化不很明显;当时效温度为300 ℃时,合金获得了较理想的塑性以及拉伸强度与剪切强度的良好综合力学性能。     

Microstructure Development of Directionally Solidified Nb-Ti-Si Based Ultrahigh Temperature Alloy

Integrally directional solidification of an Nb-Ti-Si based ultrahigh temperature alloy was performed in an ultrahigh temperature and high thermal gradient furnace with the use of ceramic crucibles. The microstructural evolution with the withdrawing rate increasing during directional solidification was revealed. The integrally directionally solidified microstructure was composed of couple grown lamellar (Nbss+(Nb,X)5Si3) eutectic colonies and a few hexagonally cross-sectioned (Nb,X)5Si3 columns (X represents...     

定向凝固Ti-45Al-7Nb合金的组织特征

研究了液态金属冷却定向凝固条件下Ti-45Al-7Nb(at%)合金的组织特征。结果表明:定向凝固过程中合金的凝固路径及稳态区片层取向均受到抽拉速率的影响。当抽拉速率为0.36mm/min时,合金的初生相为α相,与生长方向垂直的片层组织生长占优;抽拉速率介于1～10mm/min时,合金初生相变为β相,凝固过程中会经历β单相区,片层取向多为与生长方向成0°和45°;当抽拉速率增加至20mm/min时,合金初生相仍为β相,随后发生L+β→α包晶反应,与抽拉方向之间的夹角介于45°～75°之间的片层组织生长占优。     

生长速度对定向凝固Ti-50Al-6Nb合金微观组织演变及其硬度的影响

对Ti-50Al-6Nb(at%)合金进行不同生长速度下的定向凝固实验,研究了生长速度对微观组织演变、相变路径、微观偏析和硬度值的影响。结果表明,在较低的生长速度下(≤10μm/s),凝固过程为完全β相凝固,固液界面随生长速度的增加发生平胞枝转变,最终得到α2/γ层片组织(在10μm/s时为α2/γ+B2相的组织),其中层片结构与生长方向呈45°或0°夹角。在较高速度(≥15μm/s)时,初生相为α相,固液界面为规则枝晶生长。最终组织为α2/γ层片组织,并与生长方向呈90°夹角。该成分合金的硬度值随着生长速度的增加而增加。与其它合金相比,该成分合金的硬度值较小。     

温度梯度对定向凝固Al-Zn-Mg-Cu合金微观组织和硬度的影响

采用定向凝固方法制备不同温度梯度下的高锌Al-Zn-Mg-Cu合金,表征了该合金的一次枝晶臂间距λ₁、二次枝晶臂间距λ₂以及其维氏硬度。在此基础上,采用线性回归和曲线拟合分析方法建立了温度梯度、枝晶间距和显微硬度之间的关系,结果与枝晶生长理论模型吻合,并获得了高锌Al-Zn-Mg-Cu合金的凝固特征参数,同时分析了温度梯度对显微硬度的影响机制。研究结果对高锌Al-Zn-Mg-Cu合金制备工艺优化有指导作用。     

Numerical Simulation of Columnar to Equiaxed Transition for Directionally Solidified Ti-44Al Alloy

Solute diffusion controlled solidification model was applied to simulate the columnar to equiaxed transition （CET） during directional solidification of Ti-44Al alloy. The simulation results show that the solutal interactions from growing equiaxed grains play an important role on CET. The effects of the applied thermal gradient and pulling velocity, the equiaxed seed spacing and nucleation undercooling on the CET are investigated in the present simulation. The simulated results indicated that the columnar branch spacing depends not only on the thermal gradient and the pulling velocity, but also on number of the seeds. A spacing adjustment can occur through initiation of seeds that develop into new columnar grains. The dependence of the CET on the thermal gradient and pulling velocity, qualitatively agrees with the analytical CET model of Hunt,     

化学成分对定向凝固Al—In偏晶合金显微组织的影响

在高温度梯度下对不同化学成分的Al-In偏晶合金进行了定向凝固,分析了其定向凝固组织形成机制.Al-In亚偏晶合金定向凝固中,S1相首先析出,造成溶质在生长界面前沿的富集,在凝固界面的推移过程中不断长大,在晶界处形成粗化的第二相.Al-In偏晶合全在较低的定向凝固生长速度下,凝固界面呈现胞状生长模式,形成一个较长的被周围富集Al的S1相所包围的L2相纤雏.Al-In过偏晶合金定向凝固过程中,凝固通过液相不混溶区时,两个液相将迅速发生分离,分离后的两个液相由于显著的密度差进行沉积和凝并,形成弥散组织.随着抽拉速度的增大,第二相在基体中分布更加弥散和均匀.     

Al-Cu-Si三元共晶合金的定向凝固组织

在5 K/mm温度梯度下,运用不同拉伸速率1、5、10、2 0、2 5和35 mm/min对Al-13.6Cu-6Si三元合金进行定向凝固试验,对定向凝固试样的横/纵截面进行显微组织观察,研究下拉速率对凝固组织的影响.结果表明,Al-13.6Cu-6Si三元合金定向凝固后获得了同一方向(即热流的反方向)生长的组织.下拉速率较小时,Al-13.6Cu-6Si三元合金组织由(α-A1+θ-A 12Cu)二元共晶和(α-Al+β-Si+ θ-Al2Cu)三元共晶组成；而当速率增大到5 mm/min及以上时,Al-13.6Cu-6Si三元合金组织中出现初生θ-Al2Cu相.在相同温度梯度时,随着下拉速率的增加,凝固组织排列更均匀有序,组织由胞状晶向柱状晶转变,且组织越来越细密.     

Pb-Bi-Sn准包晶合金定向凝固微观组织演化

采用液态金属冷却定向凝固结合液淬法,在温度梯度为18 K/mm、凝固速度为0.5～100 μm/s的条件下系统研究了Pb-30％Bi- 18％Sn准包晶合金的微观组织演化及溶质分布规律.主要从凝固路径、相组成、溶质分布及微观组织特征等几个方面来研究Pb-Bi-Sn准包晶合金定向凝固过程的组织演化.其中,准包晶合金的凝固路径通过DSC差热分析的方法进行研究,发现其凝固路径为:L→L+α-Pb→L+α-Pb+β-Pb7Bi3→L+α-Pb+β-Pb7Bi3+Sn→ (β-Pb7Bi3+Sn)共晶.结合XRD,分析定向凝固试样的相结构,结果表明:试样由具有面心立方结构的α-Pb相、密排六方结构的β-Pb7Bi3相和体心正方结构的(Sn)相构成.在Pb-Bi-Sn合金定向凝固过程中,当凝固速度为0.5～2 μm/s时,初生α-Pb相以胞状界面生长,而当凝固速度增大至5μm/s及以上时,初生α-Pb相将由胞状转变为枝晶状界面生长.利用能谱分析仪对定向凝固试样进行溶质分布测试,发现局部出现溶质偏析,导致共晶组织(β-Pb7Bi3+Sn)出现.     

定向凝固Nb-Ti-Si基超高温合金的组织与室温条件断裂韧性

采用真空自耗电弧熔炼法制备了Nb-Ti-Si基超高温合金的母合金锭,在2050℃的熔体温度下实现了合金的有坩埚整体定向凝固.测定了电弧熔炼态与定向凝固试样的室温条件断裂韧性,采用SEM,EDS等方法分析了凝固速率V分别为10,20和50 μm/s的整体定向凝固组织、单边切口梁弯曲试样的断口形貌及裂纹扩展路径,并讨论了其断裂机理.结果表明:合金的整体定向凝固组织主要由沿着试棒轴向挺直排列的横截面为多边形的初生(Nb,X)5Si3 (X代表Ti,Hf和Cr元素)棒与耦合生长的层片状Nbss/(Nb,X)5Si3共晶团(Nbss表示铌基固溶体)组成.整体定向凝固显著提高合金的室温条件断裂韧性KQ,且V=50μm/s时的最高,达16.1 MPa·m1/2,较电弧熔炼态试样的KQ提高了50.5％.定向凝固试样中Nbss与(Nb,X)5Si3沿垂直于受力方向的定向排列以及粗糙的Nbss产生的裂纹桥接和偏转,增大了裂纹扩展阻力,从而提高了合金的室温条件断裂韧性.