定向凝固Al-40%Cu共晶合金的组织特性

利用垂直Bridgman法结合液态金属冷却法在恒定的液相温度梯度(GL=250 K/cm),凝固速率由2μm/s到490μm/s之间对Al-40%Cu合金进行定向凝固实验。结果表明:Al-40%Cu合金在低速下组织为全耦合的片层共晶结构,但当速率增加时,合金组织中出现一定量的初生Al2Cu相,凝固速率对合金共晶片层间距的影响通过实验结果分析。在实验的定向凝固速率范围内,发现平界面和胞状界面生长的两种共晶界面形态,并且不管是在哪种共晶界面形态下,共晶层片间距和凝固速率的关系都符合函数关系:λ2ν=常数,利用JH模型计算得到常数C的值为12.85μm3/s。     

定向凝固NiAl-Mo过共晶合金组织演变及性能

采用液态金属高温度梯度定向凝固装置制备了NiAl-16Mo(at.%)过共晶合金,研究了生长速率对合金组织演变及性能的影响。在生长速率为12~300μm/s范围内,该合金的凝固组织为初生Mo枝晶与NiAl/Mo纤维共晶的混合组织。随生长速率增加,初生Mo枝晶的体积分数由12μm/s的7.21%增加到 300μm/s的11.42%,Mo枝晶尺度和间距同时随之减小。性能测试结果表明,室温断裂韧性和高温强度随生长速率增加而降低,同时对合金强韧化机理进行了探讨。     

Nb10Ti61Co29包共晶合金定向凝固组织演化及其凝固路径模拟计算

选择包共晶点附近的 Nb_(10)Ti_(61)Co_(29)合金为研究对象,利用Bridgman定向凝固技术对其开展了一系列定向凝固实验(v=1, 3, 5, 15, 30, 70μm/s),然后利用XRD、SEM和EDS等分析了不同生长速率下的凝固组织,阐明定向凝固组织演化规律,最终得出相应的凝固机理。结果表明,不同生长速率下合金的凝固组织均包含初始过渡区、稳态生长区以及淬火区。随着生长速率的逐渐增大,初始过渡区上初始生长界面轮廓越来越清晰,并逐渐趋于平直状态,伴随上述变化,稳态生长区与初始过渡区关联性逐渐变小;其次,随着生长速率逐渐增大,合金淬火界面依次经历平界面向胞状晶再到树枝晶的转变,其中,淬火界面在生长速率为1μm/s时呈平直状态,在生长速率为3和5μm/s时,淬火界面大致呈胞状,当生长速率进一步增大时淬火界面呈现典型的枝晶生长;最后,利用CALPHAD方法计算得出了该合金在平衡凝固过程中会依次发生如下4个凝固反应:(1)L→α-Nb;(2)二元共晶反应L→α-Nb+TiCo;(3)三元包共晶反应L+TiCo→α-Nb+Ti_2Co;(4)二元共晶反应L→α-Nb+Ti_2Co。     

纤维尺寸和界面形态对定向凝固NiAl-9Mo共晶合金电化学腐蚀性能的影响（英文）

由于凝固组织对腐蚀有着重要的影响,本文主要目地获取最优组织形态和电化学参数生产钼纳米丝。研究表明NiAl-Mo共晶合金定向凝固下,组织由基体NiA l相和纤维Mo相共生耦合生长。随着抽拉速率从10μm/s增大到40μm/s时,纤维尺寸从800 nm减小到300 nm,界面形态也从平界面变化成胞界面。同时在0.1 mol/L HCl电解液下测量其极化曲线,发现凝固速率为20μm/s时耐腐蚀性能最好。对于NiAl-Mo共晶合金,影响电化学腐蚀性能的不仅仅是纤维尺寸,还取决于界面形貌。为了更进一步研究界面形态对腐蚀的影响,设计了跃迁变速实验,实验表明定向凝固组织形貌会随着变速比的增大从平界面变成胞界面,最后变成枝界面,然而最后的纤维尺寸和变速比无关,和恒速抽拉相同。极化曲线表明平界面有着最好的耐腐蚀性能。     

定向凝固下Cu-0.5Cr合金的界面形态和组织演化

采用定向凝固工艺研究了不同速率下Cu-0.5Cr合金的凝固组织演化。结果表明,在温度梯度为200K/cm下,定向凝固速率由2μm/s增加到500μm/s时,凝固组织依次呈现平界面组织→胞状组织→枝晶组织→细胞状组织→板条状组织。试验中凝固速率达到10μm/s后,合金定向凝固组织中存在非平衡凝固的共晶组织,其体积分数随凝固速率的增加逐渐减少。不同凝固速率下初生α-Cu的一次枝晶间距值位于KF模型和Hunt-Lu模型计算结果之间。     

两种典型Al-Cu及Ni-NbC共晶合金的定向凝固组织演化

利用垂直Bridgman法结合液态金属冷却法在恒定的液相温度梯度,凝固速率由2μm/s到490μm/s之间对Al-40%Cu合金进行定向凝固实验,凝固速率由5μm/s到100μm/s之间对Ni-11%NbC合金定向凝固。结果表明:Al-38%Cu合金定向凝固下的组织为耦合的片层共晶和少量的领先相的混合结构,随着凝固速率的逐步提高,共晶界面形态由平界面向胞界面转化,且领先相为非小晶面方式生长。Ni-11%NbC合金定向凝固下的组织为全耦合生长的棒状共晶,当凝固速率有一定幅度的提高时,平界面将会失稳。且初生相为典型的小平面生长方式。采用成分过冷理论计算这两种合金系的临界平界面速度,理论和实验较为符合。     

定向凝固Al-40%Cu合金三维微观组织重构及共晶间距演变

本文利用连续切片技术研究了定向凝固Al-40%Cu过共晶合金中金属间化合物Al₂ Cu初生相的三维微观组织,以及抽拉速率跃迁下,三维共晶组织形态的演变和间距调整.结果表明:抽拉速率为5μm/s时,初生Al₂Cu三维组织沿生长方向存在棱面和棱角,表现出明显的棱面相生长形态;凝固过程中初生Al₂Cu相释放的结晶潜热使得生长界面发生局部重熔,三维组织中出现孔洞,形成拓扑缺陷.在Al-40%Cu合金三维共晶组织中,Al₂Cu相和Al相的体积分数分别为56.8%和43.2%,且Al₂Cu相的生长方向与试样轴向夹角为5.1°.当抽拉速率从2μm/s突然跃迁到500μm/s时,三维共晶组织形态从层片向棒状转变,这种转变不是由合金中两相体积分数变化造成的.三维共晶组织间距调整机制不同于二维组织中的分叉、内凹和界面重新形核,而是通过三维空间非同一平面连续的分叉、分枝进行,在三维下并没有观察到二维下的重新形核共晶间距调整机制.     

Mg-2.35Gd合金的定向凝固显微组织与室温力学性能（英文）

研究定向凝固条件下凝固参数(生长速率v和温度梯度G)对Mg-2.35Gd合金显微组织及室温力学性能的影响。采用金属液淬技术,在温度梯度G为20、25、30 K/mm,生长速率v为10~200μm/s条件下通过高梯度Bridgman定向凝固炉制备试样。研究表明,实验合金的显微组织均为胞晶组织,胞晶间距λ随温度梯度和生长速率的增大而减小,其非线性拟合关系分别为λ=136.216v~(-0.2440)(G=30 K/mm)、λ=626.5630G~(-0.5625)(v=10μm/s),均与Trivedi模型较吻合。随温度梯度和生长速率的增大,合金室温抗拉强度逐渐提高,伸长率逐渐降低。同时,合金室温抗拉强度高于相同冷却速率条件下自由凝固试样的室温抗拉强度。     

纤维尺寸和界面形态对定向凝固NiAl-Mo共晶合金电化学腐蚀性能的影响

由于凝固组织对腐蚀有着重要的影响,本文主要目地获取最优组织形态和电化学参数生产钼纳米丝。研究表明NiAl-Mo共晶合金定向凝固下,组织由基体NiAl相和纤维Mo相共生耦合生长。随着抽拉速率从10 μm/s增大到40 μm/s时,纤维尺寸从800 nm减小到300 nm,界面形态也从平界面变化成胞界面。同时在0.1 M HCl电解液下测量其极化曲线,发现凝固速率为20 μm/s时耐腐蚀性能最好。对于NiAl-Mo共晶合金,影响电化学腐蚀性能不仅仅是纤维尺寸,而且还取决于界面形貌。为了更进一步研究界面形态对腐蚀的影响,本文设计了跃迁变速实验,实验表明定向凝固组织形貌会随着变速比的增大从平界面变成胞界面最后变成枝界面,然而最后的纤维尺寸和变速比无关,和恒速抽拉相同。极化曲线表明平界面有着最好的耐腐蚀性能。     

定向凝固Sn-36%Ni包晶合金凝固组织特征长度的表征

通过对Sn?36%Ni包晶合金在恒定温度梯度(G=20 K/mm)下进行的一定速度范围内(v=2~200μm/s)的定向凝固实验，研究凝固组织特征尺度随生长速度v的变化；测量包括一次与高次枝晶间距及枝晶尖端半径在内的凝固组织特征尺度。通过实验结果与理论模型的对比，发现凝固组织特征尺度随生长速度的变化关系为：对于一次枝晶间距有λ1=335.882v?0.21,且与 Kurz?Fisher 模型吻合；对于二次枝晶间距有λ2=44.957v?0.277,且与 Bouchard?Kirkaldy模型吻合；对于三次枝晶间距有λ3=40.512v?0.274；对于枝晶尖端半径有R=22.7v?0.36。实验结果表明，λ1/λ2随着生长速度的增加而增加，λ1/λ3的变化明显较λ1/λ2的小，表明三次枝晶具有与一次枝晶类似的生长特征；而λ1/R的比值随着生长速度的增加而由2增加到2.3，变化很小。     

Microstructure Investigation of Directionally Solidified NiAl-Cr(Mo)-xDy (x = 0, 0.1 wt.%) Hypereutectic Alloys at Different Withdrawal Rates

The microstructures of directionally solidified Ni-31Al-32Cr-6Mo (at.%)-xDy (x = 0, 0.1 wt.%) hypereutectic alloys were studied at different withdrawal rates. The results show that the microstructure changes from the planar eutectic to the cellular eutectic and the volume fraction of the primary Cr(Mo) dendrites decreases for the Dy-free alloy with the withdrawal rate varying from 6 μm/s to 30 μm/s. The addition of 0.1 wt.% Dy promotes the planar-to-cellular transition. Moreover, the white Dy-containing phase does not form in the alloy for the planar interface growth (6 μm/s), but it can occur in the boundary of eutectic cells for the cellular interface growth (30 μm/s). A sketchy model of the planar and cellular growth is supposed to interpret it.     

Investigations on the microstructure and room temperature fracture toughness of directionally solidified NiAl–Cr(Mo) eutectic alloy

The microstructures and room temperature fracture toughness of directionally solidified NiAl-xCr-6Mo (x = 28, 32 and 36 at%) alloys were investigated. Fully eutectic microstructure could be obtained in the alloys over a wide composition range. High temperature gradient could increase the planar/cellular transition rate and expand the eutectic coupled growth zone. The volume fraction of Cr(Mo) strengthening phase increased with the increasing content of Cr, accordingly, the fracture toughness of NiAl–Cr(Mo) alloys also gradually increased. The fracture toughness of 26.15 MPa m^1/2 was obtained in the NiAl-36Cr-6Mo hypereutectic alloy solidified at withdrawal rate of 10 μm/s and temperature gradient of 600 K/cm, which is the highest value in the NiAl–Cr–Mo alloy system until now. Well-aligned microstructure was beneficial to the enhancement of the fracture toughness, while the existence of primary phase seriously deteriorated the toughness. All the directionally solidified NiAl–Cr(Mo) alloy failed as brittle quasi-cleavage fracture. Some toughening mechanisms, such as crack bridging, crack nucleation, crack blunting, crack deflection, interface debonding and shear ligament toughening as well as linkage of microcracks were observed. In addition, mobile dislocation generated from the interface also had significant influence on the toughness.     

Effects of Withdrawal Rate and Temperature Gradient on the Microstructure Evolution in Directionally Solidified NiAl-36Cr-6Mo Hypereutectic Alloy

The effects of withdrawal rate and temperature gradient on the microstructure and growth interface morphology in directionally solidified Ni-29Al-36Cr-6Mo(at.%) hypereutectic alloy were investigated. Under the temperature gradient of 250 K/cm, well-aligned eutectic microstructure with lamellar morphology was obtained at the withdrawal rate of 6 μm/s. When the withdrawal rate was 10 μm/s, the microstructure changed to Cr(Mo) dendrites + eutectic lamellae. With the increasing withdrawal rate, the interdendritic eutectic growth interface changed from planar to cellular, the number of primary Cr(Mo) dendrites became greater, and the microstructure was refined. When the temperature gradient increased to 600 K/cm, the coupled eutectic growth zone of NiAl-Cr(Mo) alloy was expanded; a well-aligned eutectic microstructure could be obtained at higher rate of 10 μm/s. Furthermore, the planar/cellular transition rate of the interdendritic eutectic growth interface increased. Even at the same withdrawal rate, the number of primary Cr(Mo) dendrites was less and the microstructure was finer under the temperature gradient of 600 K/cm.     

定向凝固Cu-1.0%Cr合金中带状组织及其形成机制

在温度梯度为200 K/cm和凝固速率为2-10μm/s下, Cu-1.0%Cr亚共晶合金的凝固组织中分别存在单相平界面和共晶、单相平界面和胞晶及胞间共晶、单相胞晶和共晶3种带状组织.从实验和理论两方面阐明了上述带状组织的产生与合金定向凝固界面前沿的溶质分布有关;形成的原因是合金未达到稳态凝固,凝固速率和合金成分一直处于变化之中.另外,单相平界面和共晶的带状组织中,合金凝固速率在单相平界面凝固中随着界面液相成分的增加而逐渐增大,而在共晶组织中随着界面前沿液相成分的减少而逐渐减小.     

热处理对定向凝固Nb-Ti-Si基超高温合金组织和显微硬度的影响

对定向凝固Nb-Ti-Si基超高温合金分别进行（1500℃,50h）的均匀化处理以及（1500℃,50h＋1100℃,50h）的均匀化＋时效热处理。结果表明：热处理后合金组织更加均匀,大尺寸初生（Nb,X）5Si3（X代表Ti和Hf元素）块逐渐溶解或破碎,并且定向凝固共晶团中的大部分片状铌基固溶体Nbss以及（Nb,X）5Si3变得短、粗;热处理能够有效消除定向凝固态合金中不同区域Nbss内存在的元素偏析,各元素偏析比在热处理后均趋向于1;热处理后,组织的显微硬度增加,最大值达到了HV1404.57,较定向凝固态合金中共晶组织的显微硬度增加了72.8%。     

Effect of solidification parameters on the microstructures of a single crystal Ni-based superalloy AM3

A single crystal Ni-based superalloy AM3 was processed at withdraw rates of 3.5, 10, 50, 100, 200, and 500 μm·s-1, respectively.The as-cast microstructures and solidification segregation ratio were characterized with various withdraw rates.The shape and size of carbide microstructures were determined.As expected, the primary and secondary dendrite arm spacings (PDAS and SDAS) decrease with the increase of withdraw rate.The highest volume fraction of eutectic γ/γ' is observed at the 100 μm·s-1 withdraw rate.The volume fraction of eutectic γ/γ' does not appear to be a strong function of the withdraw rate.With increasing withdraw rate, interface morphologies change in the sequence of planar, cellular, and dendrite.There is a general refinement of the microstructure as the withdraw rate increases.EPMA analysis showed that withdraw rate does not have obvious influence on the segregation of elements.     

热处理对定向凝固Ti-45Al-8Nb-（W,B,Y）合金组织的影响

研究两种热处理制度对Bridgeman法制备的典型定向凝固Ti-45Al-8Nb-（W,B,Y）（摩尔分数,%）合金组织的影响。两种典型的定向凝固显微组织分别为胞状生长形貌全片层组织和枝晶状生长形貌块状组织,对其热处理发现：热处理1250℃,24h＋900℃,30min＋AC能有效消除其定向凝固合金中的B2相,并将快速定向凝固时产生的块状组织转变为片层组织,在胞状间及枝晶臂上分别获得了宽度为150-200μm和50-100μm的柱状晶。热处理1400℃,2h＋900℃,30min＋AC能同时消除B2相、块状组织及凝固偏析,但造成了晶粒的严重长大。热处理能有效改进定向凝固合金的显微组织。     

Solidification microstructures in a short fiber reinforced alloy composite containing different fiber fractions

Al2O3 short fiber reinforced aluminium alloy has a lot ofsuperior properties, including low weight, low thermalexpansioncoefficient,highstrength-to-weightandstiffness-to-weight ratio, high-temperature resistance, high corrosionresistance and so on. All these excellent propertiespromise the material a good application perspective in theaerospace automotive, and mechanical engineering areas.Despite the widespread application of the material,however, there have, as yet, been few reports available…     

熔体热稳定处理对定向凝固Ti-46Al-0.5W-0.5Si合金组织和性能的影响(英文)

通过改变定向凝固前的保温时间,研究热稳定处理对定向凝固Ti-46Al-0.5W-0.5Si(摩尔分数,%)合金组织和性能的影响。在稳定的温度梯度下(G=20K/mm),定向凝固启动前试样分别保温5、15、30、45和60min,然后试样以恒定的速度(v=30μm/s)进行定向凝固实验。测量定向凝固组织的一次枝晶间距(λ1)、二次枝晶间距(λ2)、层片间距(λL)和显微硬度(HV),并分析这些参数与热稳定处理时间(t)的关系。λ1、λ2和λL的值随着t的延长而增大,而HV则随着t的延长而减小。在定向凝固启动前,延长热稳定时间有助于获得良好的定向凝固组织,然而,过长的保温时间则会降低合金的力学性能。因此,需要优化定向凝固前的热稳定处理时间。根据实验结果,在当前实验条件下,定向凝固前热稳定处理时间选择30min,既能够获得良好的定向凝固组织,又能保持合金较高的力学性能。