定向凝固Cu-Cr自生复合材料的组织与断口分析

以定向凝固Cu-Cr自生复合材料为对象，研究了凝固方法、凝固速率对凝固组织的影响，并观察了断口形貌，分析了复合材料的断裂机制。结果表明：Cu-Cr自生复合材料的定向凝固组织是由α基体相和分布于α相间的纤维状共晶体组成。随着凝固速率增加，复合材料中的纤维状共晶体分布规整、均匀，横向晶界减少；断口形貌表明共晶体成为应力的主要承载体，共晶体的断裂是自生复合材料断裂的控制机制。     

Microstructure evolution of Cu-Pb monotectic alloys during directional solidification

1 Introduction Monotectic alloy is an important class of alloy whose binary phase diagram has a miscibility gap, in which the original single liquid will decompose into two distinct immiscible liquids within a few seconds. In the normal gravity field, a …     

Processing, microstructure, and properties of laser remelted Al2O3/Y3Al5O12（YAG） eutectic in situ composite

Laser remelting and rapid solidification were performed in preparing the high-performance Al2O3/Y3Al5O12（YAG） eutectic in situ composite. The microstructure characteristic and solidification behavior were studied using scanning electron microscopy（SEM）, energy dispersive spectroscopy（EDS）, X-ray diffractometry（XRD） and simultaneous thermal analysis（STA）. The hardness and fracture toughness were obtained using an indentation technique. The results show that the laser remelted Al2O3/YAG composite has a homogeneous eutectic microstructure without microcrack and pore. The component phases of Al2O3 and YAG are three-dimensionally and continuously reticular connected, and finely coupled without grain boundaries, colonies and amorphous phases between interfaces. The eutectic interspacing is greatly refined with increasing the scanning rate and average is only l μm. The synthetically thermal analysis indicates that the eutectic temperature of Al2O3-YAG is 1 824 ℃, well matching the phase diagram of Al2O3-Y2O3 system. The maximum hardness reaches 19.5 GPa and the room fracture toughness is 3.6 MPa.m^1/2.     

激光增材制造超高温氧化物共晶陶瓷研究进展

超高温氧化物共晶陶瓷具有优异的高温强度、高温蠕变性能、高温结构稳定性以及良好的高温抗氧化和抗腐蚀性能, 成为1400 ℃以上高温氧化环境下长期服役的新型候选超高温结构材料之一, 在新一代航空航天高端装备热结构部件中具有重要的应用前景。基于熔体生长技术, 以选择性激光熔化和激光定性能量沉积为代表的激光增材制造技术具有一步快速近净成形大尺寸、复杂形状构件的独特优势, 近年来已发展成为制备高性能氧化物共晶陶瓷最具潜力的前沿技术。本文从工作原理、成形特点、技术分类等方面概述了基于熔体生长的两种典型激光增材制造技术, 综述了激光增材制造技术在超高温氧化物共晶陶瓷制备领域的研究现状和特点优势, 重点介绍了选择性激光熔化和激光定向能量沉积超高温氧化物共晶陶瓷在激光成形工艺、凝固缺陷控制、凝固组织演化、力学性能等方面的研究进展。最后, 指出了实现氧化物共晶陶瓷激光增材制造工程化应用亟需突破的关键瓶颈, 并对该领域未来的重点发展方向进行了展望。     

钛合金冷坩埚定向凝固过程温度场数值模拟

基于电磁场Maxwell方程组以及带有一定运动速度的连续介质凝固模型,建立了连续熔铸与定向凝固过程温度场数值计算模型,并对线圈匝数为4匝、输入电流密度为6.6×1010A/m2、电源频率为50 000 Hz时,扁形锭的电磁感应加热升温过程进行了模拟研究,得出了Ti-6Al-4V合金的温度场变化情况.结果显示,从开始加热的几十秒时间内,扁形铸锭温度上升很快;接近100 s时,铸锭温度分布趋于稳定;接近300 s时,铸锭自身基本达到热量平衡.     

Al-4％Cu合金定向凝固枝晶／胞晶转变速率的研究

通过实验和理论对比研究Al-4%(质量分数)Cu合金定向凝固胞晶/枝晶转变过程,得到胞晶/枝晶转变发生在尖端半径变化的拐点处。采用KGT模型与非平衡效应研究与胞晶/枝晶转变过程相对应的高速枝晶/胞晶转变特征。结果表明:尖端半径和界面温度均随抽拉速率的增加而减小,到达临界值后又急速增大。枝晶/胞晶转变发生在尖端半径和界面温度的拐点处,即在尖端半径和界面温度最小时发生转变;溶质截留在枝晶/胞晶转变过程中作用明显,大大减小了微观偏析。     

双相γ+α2钛合金片层承载力的数学模型及预测

为了研究双相γ+α2钛合金晶体中片层组织的承载特性,建立了相应晶体不同取向力学性能的数学模型,并计算了γ相及γ+α2片层组织不同取向的承载力.通过对模型的数值求解,得到γ相和γ+α2片层组织的承载力随不同加载方向的变化规律.计算结果表明:随着α2相体积分数的增加,γ+α2片层组织的最大承载力方向逐渐趋向平行于α2相的(0001)面,临界α2相等价体积分数为λe=30%.这从理论上解释了γ+α2片层组织的最大承载力方向为平行于α2相的(0001)面这一传统观点.这一结论成立的条件为α2相等价体积分数λe>30%.     

中速定向凝固K10高温合金的组织和偏析的研究

本文利用最新研制的ZMLMC（区域熔化液态金属冷却）超高温度梯度定向凝固装置研究了钴基高温合金K10在中等冷却速率下定向凝固时的微观组织变化和枝晶偏析及其与凝固参数的关系。结果表明,钴基高温合金K10在中速定向凝固后,其一次枝晶间距比传统的HRS法定向凝固组织细化5倍以上,并在一定的冷却速率下获得了二次分枝被强烈抑制、一次轴呈平行排列的定向凝固超细柱晶组织,在所研究的冷却速率范围内,合金元素Cr、Mo和Ni在枝晶干与枝晶间的偏析比均随冷却速率的增大而趋于1,枝晶偏析得到抑制甚至消除。     

连铸单晶铜的力学性能及断裂特征

研究了同纯度的连铸单晶铜和连铸多晶铜的力学性能及断裂特征,并分析了二者范性变形特点的异同及原因。结果表明,连铸单晶铜与连铸多晶铜都没有屈服点,连铸单晶铜与连铸多晶铜相比,具有更好的塑性。连铸单晶铜表现出明显的各向异性,圆柱形拉伸试样变形成椭圆柱形,其长短轴之比为1.36;连铸单晶铜的断口呈扁平状剪切唇口,其断裂机理为微孔长大型断裂,显微孔洞在拉伸轴线上形核。连铸多晶铜宏观断口表现为各向同性和明显的变形不均匀性,在试样的表面出现了凹凸不平的印花,其断裂机理是微孔聚合型断裂,显微孔洞是在以拉伸轴线为对称中心的区域内的形核。     

γ-TiAl合金中片层组织取向的控制

γ-TiAl合金是应用前景广泛的轻质高温结构材料,其全片层组织性能具有明显的各向异性.籽晶法定向凝固利用具有特定片层取向的籽晶材料使高温α相沿<110>方向生长,获得与生长方向平行的定向全片层组织;改变凝固路径法则通过在凝固组织中获得全β相生长,使最终片层组织与生长方向呈0o和45o夹角.本文综述了两种方法控制TiAl合金片层取向的原理及其研究进展,讨论了合金成分、凝固参数对片层取向控制过程的影响.针对国内外γ-TiAl合金定向全片层组织制备的现状,提出了需要进一步研究的问题.