铸造工艺参数和细化剂对K4169高温合金铸态组织的影响 II.枝晶组织及晶粒球化机理

铸造工艺参数和细化剂对K4169合金枝晶组织、元素偏析、夹杂及缩松有明显的影响,浇注温度越低,一次枝晶主轴长度和二次枝晶臂距就越小,在同一浇注温度下,化学法细晶试样的一次枝晶主轴长度较普通铸造试样的短,但二者的二次枝晶臂距没有明显差别,晶粒细化后,合金中主要元素Fe,Cr,Nb,Mo和Ti的偏析减轻,晶粒的形态由树枝晶向细晶组织中的粒状晶转变,对晶粒球化现象做了合理解释,微量细化剂的加入不会在铸件中形成夹杂,不会改变合金的相组成,在高的浇注温度下,细化剂使晶粒细化的同时,也使铸件中的缩松大大减少。     

电磁场和表面孕育剂对K417高温合金铸态组织的影响

采用浇注后进行电磁搅拌和在模壳内表面涂孕育剂铝酸钴相结合的方法,得到了晶粒组织细化至95μm、断面等轴晶比例达到99%以上的K417高温合金全铸件.使用电子探针、扫描电镜和光学显微镜研究了晶粒细化对枝晶组织、元素枝晶偏析、析出相和缩松的影响.结果表明:晶粒细化后,晶粒形态由粗大的树枝晶向粒状晶转变.其原因为电磁场和表面孕育剂作用下熔体中结晶核心的增殖和枝晶生长的抑制,其中,增殖结晶核心主要来源于电磁搅拌作用下初生枝晶的动力折断与熔断;电磁搅拌和表面孕育剂相结合实现的晶粒细化可以大幅减轻铸件中的枝晶偏析和缩松,并使γ'相、MC型碳化物和(γ γ')共晶的形态和分布得到明显改善.     

Al-8Er合金浇注温度与凝固组织关系

在不同浇注温度下浇注Al-8Er合金铸件,研究浇注温度对铸件凝固组织的影响。试验表明,随着浇注温度降低,合金试样外部的粗大柱状树枝晶区域会逐步缩小;浇注温度为735℃以及更低温度时,试样心部粗大树枝晶逐渐细化为细小等轴晶,外部柱状晶区消失,并转化成细小的等轴晶。随着浇注温度不断下降,二次枝晶臂的间距逐步减小。浇注温度对合金共晶相形貌、共晶相体积分数和共晶相的分布无明显影响。     

挤压铸造对Al-Cu合金显微组织及溶质分布的影响

研究了挤压铸造工艺条件下,工艺参数对Al-5Cu-0.4Mn合金显微组织及Cu元素分布的影响。结果表明,合金在25MPa压力下成形时,初生α-Al晶粒尺寸得到明显细化;浇注温度越高组织变得越粗大;升高模具预热温度,晶粒尺寸增大且分布不均匀。挤压铸造改变重力铸造条件下Cu的逆偏析现象,从铸件边缘往心部的Cu含量呈现增加的趋势,主要原因为晶间富铜液相在压力的强制补缩下,通过枝晶骨架通道被挤向铸件内侧。Cu在α-Al基体中的固溶度随着压力的增大而增加;沿径向远离铸件心部,α-Al晶内Cu含量逐渐增加。在挤压力为100MPa、浇注温度为680～730℃、模具温度为200℃的工艺条件下,可获得晶粒细小、组织致密、宏观偏析少的Al-5Cu-0.4Mn合金挤压铸件。     

铸造工艺参数和细化剂对K4169高温合金铸态组织的影响Ⅰ.晶粒组织及晶粒细化机理

研究了K4169高温合金在各种工艺条件下及向熔体中加入复合细化剂时的晶粒组织。结果表明，降低浇注温度和加入复合细化剂可以明显细化冷凝后基体的晶粒和提高铸件断面等轴晶的比例。在通常的浇注温度1400℃下加入复合细化剂。对合金熔体进行或不进行过热处理时，可使圆柱锭的晶粒分别细化至ASTM1.7级和ASTM3.2级；断面等轴晶的比例分别达96％和99％以上。当浇注温度为1420℃、加入复合细化剂并对合金熔体进行过热处理时。可使圆柱锭晶粒细化至ASTM M10.5级，断面等轴晶的比例达90％以上。提出了晶粒细化的机理并对晶粒细化后断面等轴晶比例增大的现象进行了分析。     

倾斜板浇注ZA25锌合金的显微组织

采用自制的V型槽倾斜板,通过控制倾斜板长度及倾斜角度,在650℃下浇注了ZA25(含铝为25 wt%)合金铸件。研究了浇注合金的显微组织。结果表明,浇注温度越接近于半固态区域温度、倾斜板长度越长及倾斜角度越小时合金组织越趋近于球状。对倾斜浇注试样进行固溶处理后,发现在440℃固溶处理的ZA25合金组织为近球形,并且晶粒内含有液相。在280℃和230℃的固溶处理仅使铸件枝晶组织粗化,没有改变枝晶组织特征。而普通浇注下ZA25合金的显微组织粗大、呈枝晶状。     

稀土元素对铝锂合金凝固组织影响的研究

研究了在铝-锂-铜-镁-锆合金中添加微量稀土元素对其凝固组织的影响.试验结果表明,稀土元素可以细化晶粒,显著减小二次枝晶臂间距,抑制合金元素的微观偏析,改善有害杂质铁的分布.     

浇注温度和固溶温度对挤压铸造Al-6.8Zn-2.5Mg-2.0Cu合金组织和性能的影响

研究了浇注温度和固溶温度对挤压铸造Al-6.8Zn-2.5Mg-2.0Cu合金组织和性能的影响。结果表明,与金属型重力铸造相比,挤压铸造可以显著细化合金的微观组织,减少铸件缩松缺陷,从而提高其力学性能。在金属型重力铸造下,初生α-Al相晶粒尺寸随着浇注温度的增加而增大。在挤压力为60MPa时,随浇注温度的增加,α-Al相晶粒尺寸先减小而后增加。在浇注温度为720℃时,凝固组织的二次枝晶间距最小,约为26.3μm,铸件的抗拉强度和伸长率分别为310 MPa和4.0%。铸件经过470℃固溶10h+130℃时效24h热处理后,抗拉强度和伸长率分别达到590MPa和4.7%,获得了良好的强韧化效果。     

壁厚对某Ni3Al基高温合金铸件的微观组织及性能影响研究

通过设计不同壁厚薄板铸件，研究了不同壁厚对Ni₃Al基高温合金铸件组织和性能的影响。随着壁厚的增加，合金的二次枝晶臂随之增加。从元素分布上看，壁厚的增加会降低合金中Hf、Cr和Mo元素的偏析程度，促进Ti元素向枝晶间的偏析以及Al元素向枝晶干偏析，W元素的偏析程度则总体下降。从力学性能上看，壁厚增加会导致合金的拉伸强度和拉伸塑性显著增加。     

防止首饰铸造缩松缺陷的工艺措施

采用差热分析仪、体视显微镜、扫描电镜、微区能谱分析仪等手段对石膏型首饰铸件的缩松缺陷进行分析。结果表明,首饰铸件缩松是凝固枝晶生长过程中枝晶间被孤立的金属液池得不到补缩而形成的。合金性质、铸件结构、浇注系统、铸型温度、浇注工艺等是首饰铸件枝晶状生长和缩松缺陷的影响因素。为防止缩松缺陷,生产时要优先选择熔点适宜、凝固温度范围较窄的合金,同时优化首饰铸件结构,合理设置浇注系统,避免结构差别过大的铸件同时浇注。另外,合理控制铸型温度及浇注温度,并借助离心浇注或真空吸铸等方式为金属液提供足够的补缩压力。     

添加Fe元素改善TiAl-Nb合金的显微组织和力学性能（英文）

为了提高TiAl-Nb合金的力学性能并优化合金成分,熔炼制备不同含Fe量(0,0.3,0.5,0.7,0.9和1.1,摩尔分数,%)Ti46Al5Nb0.1B合金试样,系统研究合金的宏观/显微组织及压缩力学性能。结果表明,Fe元素能细化晶粒、加重枝晶间的铝偏析并在枝晶间形成富铁B2相。室温压缩实验结果表明,合金Ti46Al5Nb0.3Fe0.1B具有最高的极限压缩强度和断裂应变,分别为1869.5 MPa和33.53%。晶粒细化及Fe元素的固溶强化能提高合金的压缩强度,γ相晶胞四方度降低及晶粒细化能提高合金的断裂应变;然而,添加过量Fe元素导致的铝偏析会降低合金的压缩强度和断裂应变。     

熔体过热时间对K4169高温合金凝固组织的影响

在1 680℃对K4169镍基铸造高温合金熔体进行超温处理,研究了不同过热时间对元素烧损、宏观晶粒度、凝固微观组织及元素偏析的影响。结果表明:熔体过热时间在10 min以内,熔体超温处理后合金成分仍在允许的范围之内,但是熔体过热时间到15 min时,Cr有严重烧损;熔体过热时间由5 min延长到10 min时,宏观平均晶粒度增大,二次枝晶间距细化,元素偏析减轻;延长到15 min时,枝晶粗化,元素偏析加剧;在熔体过热时间为10 min时,宏观平均晶粒度最高为M-7,二次枝晶间距细化到34.95μm,元素偏析最轻。     

浇注温度对K439B合金显微组织和力学性能的影响

采用两种不同浇注温度(1440℃和1520℃)制备了K439B合金,研究了合金晶粒组织、枝晶形貌及相组成,分析了浇注温度对合金显微组织与性能的影响。结果表明:当浇注温度为1440℃时,合金存在个别粗大晶粒,晶粒尺寸均匀性较差,二次枝晶臂间距为53. 0μm,合金的室温抗拉强度和伸长率分别为1169. 0 MPa和7. 4%,815℃/379 MPa持久寿命为71. 0 h;当浇注温度提高至1520℃时,合金晶粒尺寸略有增加,尺寸均匀性有所改善,二次枝晶臂间距提高至61. 2μm,枝晶间隙减小,组织变得致密,同时在晶界析出颗粒状M_(23)C_6型碳化物,室温抗拉强度与伸长率分别提高至1204. 0 MPa和10. 0%,815℃/379 MPa持久寿命达到124. 6 h。     

热控凝固工艺对薄壁变截面铸件凝固组织和力学性能的影响

先进航空发动机用机匣等高温合金构件不断向结构复杂化和薄壁轻量化发展,易导致充型困难、组织不均匀和凝固缺陷等问题,对该类铸件的精密铸造技术和工艺控制提出了新的挑战。针对上述问题,文中比较了常规铸造工艺与热控凝固工艺下K4169合金薄壁变截面特征件的充型情况、缩松、组织以及力学性能,并对热控凝固工艺参数进行了探索。结果表明,在常规铸造工艺下,特征件薄壁部位的充型率仅为26%,变截面部位出现了缩松。采用浇注温度为1 360℃的热控凝固工艺可以使铸件薄壁部位的充型面积提高226%,显著减少铸件中的缩松,获得了细小的晶粒组织,平均晶粒尺寸为624μm,二次枝晶间距为116μm,Laves相的数量相对较少。同时,由于低浇注温度的热控凝固工艺有效实现了凝固组织细化和缺陷控制,合金在700℃条件下的抗拉强度提高了7%,伸长率由6%提高至8%。     

浇注温度对Mg-10Sm合金凝固组织的影响

在不同浇注温度下浇注Mg-10Sm合金,研究了浇注温度对Mg-10Sm合金凝固组织的影响。结果表明,随着浇注温度的降低,试样外部粗大柱状树枝晶区逐渐缩小,浇注温度在700℃及以下,外部柱状晶区消失,转化为细小等轴晶;试样心部粗大树枝晶逐渐细化并转变为细小的等轴晶。二次枝晶间距随着浇注温度的降低逐渐减小。浇注温度对合金共晶相体积分数、共晶相分布以及共晶相形貌没有明显的影响。     

浇注温度对ADC12合金超低速压铸件组织性能的影响

应用简单圆形拉伸试样,研究了浇注温度对ADC12铝合金超低速压铸件性能的影响,以优化超低速压铸工艺及其参数.试验结果表明,在超低速试验条件下,各种浇注温度下铸件的密度都比普通压铸要高;浇注温度有最佳值,最佳值的大小和模具温度、脱模剂有关.在超低速基准试验条件下,浇注温度的最佳值为700℃,此时合金中的初生α-Al为树枝晶状,与较高浇注温度时相比,一次和二次枝晶臂明显变小或变短,铸件性能较高.     

单相合金凝固过程微观组织的三维数值模拟

基于晶粒形核和生长物理过程及热质基本传输过程，建立了单相合金凝固过程微观组织和微观偏析形成及枝晶形貌演化的三维数学模型，模型中考虑了成分过冷．曲率过冷和各向异性等重要因素．数值模拟结果表明，所建数学模型能够合理反映质点形核、晶粒生长和柱状→等轴晶转变物理过程，温度场．溶质场和微观组织形貌的模拟计算结果合理自由枝晶生长过程的模拟结果表明，各向异性强度对枝晶生长和最终组织形貌具有重要影响：强各向异性趋于得到分支发达的树型结构，内部组织为取向平行排列规则的二次枝晶臂簇；而弱各向异性趋于得到表面凹凸不平的近似正八面体结构．模拟结果还证实枝晶内部存在小的孤立熔池，这有助于揭示微观组织中出现点偏析和微观缩松的根本原因．     

挤压铸造ZA27合金的凝固特性及组织分析

研究了ZA27合金挤压铸造的凝固特性和组织.差热分析表明挤压铸造可以使锌铝合金的凝固过程发生变化,压力在750MPa以上可抑制共晶反应的发生.压力下凝固,可大大减少ZA27合金的缩孔、缩松、气孔等缺陷,提高合金致密度,细化和改善组织,减轻枝晶偏析,使铸件整体的成分均匀.     

反重力铸造对ZL205A合金充型性能及凝固组织的影响

以“⊥”型和棒状试样为例,研究了反重力条件下,铸造工艺参数对ZL205A合金铸件充型性能和凝固组织的影响。结果表明,对于平均壁厚小于3 mm的薄壁铸件,由于差压铸造充型过程比低压铸造平稳,所以铸件成形更好,但无法成形尖角结构;提高浇注温度或铸型预热温度,均能使差压铸造薄壁ZL205A合金铸件的充型性能得到改善,且提高浇注温度效果更明显。与低压铸造相比,差压铸造可显著细化ZL205A合金晶粒度,适当提高浇注温度与铸型温度,均能进一步细化晶粒,且提高浇注温度使晶粒细化效果更显著。对于有一定截面厚度的ZL205A合金铸件,差压铸造时,当截面厚度超过一定量时,充型性能受铸型温度及浇注系统设计的影响较小,提高铸型温度,铸件产生孔洞类缺陷的几率显著增加。     

浇注温度和细化剂对半固态A356合金组织的影响

采用低温铸造和晶粒细化复合工艺制备A356合金半固态坯料,研究了浇注温度和细化剂(Al-5Ti-1B)添加量对半固态坯料组织的影响。结果表明,随着浇注温度从715℃降到635℃,α-Al晶粒形貌从树枝晶向蔷薇状形态再到等轴晶组织变化,浇注温度越低,晶粒越细小圆整。当浇注温度降到615℃时,晶粒开始出现粗化和不均匀。在相同温度下,随着晶粒细化剂添加量的增加,晶粒更加细小,但细化效果随着添加量的增加变得不明显。当浇注温度低于635℃时添加细化剂,晶粒尺寸和形貌无明显变化。低过热度浇注和晶粒细化复合工艺制备A356合金半固态坯料的最佳工艺条件是:浇注温度为635~655℃,细化剂添加量为0.1%~0.2%。