镁合金定向凝固过程MgO形成及演变规律研究

采用自行设计的定向凝固装置,研究镁及镁合金定向凝固工艺,以及在平界面凝固过程中MgO的形成及分布规律,并测试其对力学性能的影响。在镁合金定向凝固过程中,晶粒底部的MgO颗粒较小,呈中空球状分布于晶粒内部,内部充满N2,对塑性影响不大;随着凝固的推进,在晶粒顶部出现了Mg_(17)Al_(12)相,并且由于MgO、Ca_2Mg杂质分布其中,使材料强度增加而塑性降低。     

真空熔炼直接定向凝固制备99.999%高纯铜大铸锭

对真空熔炼直接定向凝固制备99.999%高纯铜大尺寸铸锭进行了研究,探索了制备99.999%高纯铜时真空精炼温度、时间和蒸气压对去除杂质的影响,及温度梯度对大尺寸铸锭定向凝固的影响和杂质分布规律,采用GDMS(辉光放电质谱仪)对杂质元素进行了检测。结果表明:真空熔炼直接定向凝固能够将原料为99.9988711%的电解阴极铜,制备成99.9996219%~99.9995833%的高纯铜Φ67mm大尺寸铸锭;真空熔炼可以使蒸气压比Cu高的杂质元素有效去除;通过定向凝固的提纯,杂质去除效果较好,说明定向凝固有利于99.999%高纯铜大尺寸铸锭的提纯制备。     

大直径定向凝固纯镁晶粒组织与性能的研究

采用自行设计制造的定向凝固设备,制备了具有粗大的纯镁柱状晶粒的组织,对其组织和力学性能进行了研究。结果表明:采用该种定向凝固方法,纯镁晶粒出现了择优生长,生长方向基本与热流方向平行。定向凝固纯镁晶粒生长的主要方向是[1012]和[1013],因此能够提高纯镁的伸长率。298 K时,定向凝固纯镁的抗拉强度和伸长率分别为56 MPa和18%;423 K时,定向凝固纯镁的抗拉强度和伸长率为57 MPa和38%。     

下引法连铸单晶铜试验研究

利用自制下引式真空熔炼、氩气保护连续定向凝固设备制备出φ16mm的单晶纯铜棒材,研究了各工艺参数对连铸单晶铜凝固过程中温度分布的影响,分析了铸锭凝固过程中的表面质量和凝固组织的变化情况.结果表明:拉坯速度、熔体温度、冷却水量等工艺参数对固液界面的形状和位置有显著影响,并通过影响固液界面位置和形状来作用于凝固过程.连铸单晶铜凝固过程中,铜在结晶器内熔点位置即为固液界面位置,理想的固液界面位置在距离结晶器出口30～40mm处;铸锭凝固过程中逐渐淘汰的晶面为(311)、(220)和(111),最后单晶生长的晶面为(200),其晶体生长方向为[100].     

定向凝固晶粒竞争生长的研究进展

竞争生长是材料微观组织演化过程中普遍存在的现象,不同组织间(包括相、枝晶、晶粒等)均可能存在竞争生长,这些竞争作用对最终微观组织的形成及力学性能具有重要影响。不同取向晶粒间的竞争生长控制是材料微观组织调控的重要环节,尤其是对定向单晶叶片的制备,不同取向晶粒间的竞争生长是决定能否成功获得完整单晶结构的关键因素。近年来,一方面单晶材料制备要求的不断提高,迫切需要有关晶粒竞争生长机制及规律方面的理论性指导,另一方面经典晶粒竞争生长理论预测结果与实验观测并不相符,有时甚至可能完全相反,这使得定向凝固过程中不同取向晶粒间的竞争生长问题日益成为一个热门的研究课题。本文首先回顾了Walton-Chalmers模型的晶粒竞争生长机制及其所受到的严重挑战,然后分别对定向凝固二维条件下汇聚生长和发散生长及三维条件下晶粒竞争生长的研究现状进行了述评,并介绍了本课题组近年来基于相场法数值模拟在定向凝固晶粒竞争生长研究方面的工作进展,最后对定向凝固过程中不同取向晶粒之间的竞争生长研究进行了总结与展望。     

单晶高温合金铸件结构对定向凝固过程中温度场的影响

为了提高单晶涡轮叶片的气冷效果,其冷却通道内部结构越来越复杂,导致制备过程中凝固缺陷出现频率增高,凝固缺陷的形成与定向凝固过程中温度场演变密切相关。采用ProCAST数值模拟的方法研究了铸件结构对定向凝固过程中温度场的影响。结果表明,单晶高温合金铸件尺寸突变和渐变都会导致液固界面位置和温度梯度的变化;相比渐变截面结构,突变截面结构容易形成较大的凝固界面曲率,且边角处形成较大的过冷,更容易导致凝固缺陷的形成。     

定向凝固技术的发展与应用

定向凝固技术可使材料凝固组织按特定方向排列，获得定向及单晶组织结构，从而大大改善材料的力学和物理性能。综述了传统定向凝固技术的发展，对几种新型定向凝固技术以及连续定向凝固技术进行了评述。从定向凝固技术的演化过程看，是温度梯度不断提高，冷却速度不断加快的过程。介绍了定向凝固技术在材料制备中的应用。     

高温合金定向凝固技术研究进展

首先回顾了定向凝固的发展历史,重点分析了液态金属冷却定向凝固的技术特点。总结了高温度梯度下制备的定向凝固法单晶高温合金在组织和性能方面的研究现状,结合作者在本领域的研究,着重分析了定向凝固温度梯度、凝固速率、晶体取向、熔体超温处理、熔体对流控制对组织和性能的作用规律和机制,认为高温度梯度定向凝固是细化组织、减少缺陷、提高合金性能的重要途径。最后展望了高温合金定向凝固的发展趋势。     

合金元素和凝固技术对NiAl金属间化合物的影响

本文介绍了金属间化合物NiAl的合金化与凝固技术的研究现状.介绍了合金化对NiAl的塑性、韧性和强度的影响,以及定向凝固、普通铸造和单晶制备技术对NiAl强度的影响,其中由定向凝固技术制备的NiAl与难熔金属相组成的共晶合金具有良好的高温强度和室温韧性.     

定向凝固法制备单晶高温合金一次枝晶间距研究

利用定向凝固技术和籽晶法相结合的方式制备了DD5单晶高温合金。通过正方形估算法和直接测量法研究了DD5单晶高温合金的不同凝固距离(50、150和250 mm)横截面样品的一次枝晶间距。结果表明,随着凝固距离的增大,DD5单晶高温合金的一次枝晶间距逐渐增大;正方形估算法和直接测量法统计的DD5单晶高温合金的平均一次枝晶间距差距不明显,说明正方形估算法的精确度较高,为了提高效率可以采用正方形估算法统计单晶高温合金的一次枝晶间距;不同凝固距离横截面的一次枝晶间距上限约为下限的6倍。     

TiAl基合金方坯冷坩埚电磁约束铸造工艺研究

利用冷坩埚电磁约束铸造工艺制备了Ti-46A1-0.5W-0.5Si的定向凝固试样,并集中考察了冷坩埚法定向凝固条件下方坯试样的表面质量、宏观组织及微观组织.研究表明,电磁场的干扰对试样表面质量的影响比较大;随抽拉速度的增加,晶粒尺寸逐渐减小,晶粒数目增多;并且发现Ti-46A1-0.5W-0.5Si合金定向凝固是一个非平衡态的过程,凝固过程中初生相既有β相又有α相.     

二元NiAl金属间化合物单晶的制备

在小型定向凝固装置上,采用两次方向相反的定向凝固工艺,成功地制备出生长分别为１５,３０及６０ｍｍ／ｎ的Ｎｉ５２Ａｌ４８单晶。     

定向凝固法制备非晶基自生复合材料初步研究

定向凝固技术可使材料凝固组织按特定方向排列,获得定向及单晶组织结构,大大改善材料的力学和物理性能。在大温度梯度的宽调频电磁成形定向凝固设备上,制备出了不同拉拔速度的合金试样,对其微观组织及显微硬度进行了分析。研究表明：在温度梯度一定的情况下,随拉拔速度的增加,合金组织得到了细化,并由胞状晶向树枝晶再向颗粒弥散状分布组织演化,制备出了内生枝晶增强非晶基自生复合材料和微米晶相增强的非晶基自生复合材料。     

镍基单晶高温合金DD3制备过程中晶粒演化和选晶行为的EBSD研究

采用选晶法在改进的Bridgman定向凝固炉上进行镍基单晶高温合金DD3定向凝固实验,研究了选晶法制备镍基单晶高温合金过程中晶粒组织演化和螺旋选晶行为,采用电子背散射衍射(EBSD)技术对晶粒的竞争过程进行分析.结果表明,选晶器引晶段的主要作用是优化晶粒取向,获得取向良好的<001>定向凝固组织.在距激冷板36.1 m...     

一种柱状晶辅助选晶制备镍基单晶高温合金的方法

提出了一种采用柱状晶辅助选晶的制备镍基单晶高温合金的方法。采用金相显微镜和电子背散射衍射（EBSD）等方法表征了单晶制备过程中显微组织及晶体取向。结果表明:柱状晶部分熔化,柱状晶边缘回熔界面附近形成大量杂晶,但只有<001>方向偏离定向凝固方向较小的晶粒能够长大。采用柱状晶选晶的方法能够在螺旋选晶器出口处获得<001>方向偏离定向凝固方向小于8°的单晶铸件。     

定向凝固和单晶高温合金的再结晶研究

定向凝固和单晶高温合金具有优异的高温力学性能,是制造先进航空发动机涡轮叶片的主要材料.定向凝固和单晶高温合金的优异性能主要来源于消除了与主应力轴垂直的晶界,而再结晶的出现会显著降低合金的高温力学性能.针对近年来国内外对于定向凝固和单晶高温合金再结晶的研究,系统地介绍了定向凝固和单晶高温合金再结晶的特点、主要影响因素、再...     

单晶铜超微细丝的断线分析及制备工艺

对传统热型连铸单晶铜在拉制超微细丝过程中的断线进行分析,表明铜杆中O、S、H等杂质元素含量过高影响其拉制性能.针对高温熔融金属防氧化及除杂净化要求,引入横引式真空熔炼氩气保护定向凝固新工艺制备单晶铜并对其成分及拉制性能进行测试.结果表明,该工艺对熔体的提纯、除杂效果较好,能够满足键合丝坯料纯净度高、拉制性能好的要求.     

冶金法制备太阳能级多晶硅的热力学研究进展

冶金法制备太阳能级硅是目前多晶硅材料的研究热点。为更深入理解冶金法制备太阳能级硅的原理,本文综述了几种常见的冶金法提纯多晶硅的热力学研究进展,重点对定向凝固过程中杂质的分凝系数问题、真空精炼中杂质蒸气压与温度的关系、以及合金造渣和氧化造渣中杂质的分配规律,以及渣相和硅相体系中各组元的活度测定方法进行了分析,提出了多晶硅热力学研究中尚存在的问题。     

Al－Cu－Co－Ge十边形准晶单晶的定向生长

利用控制凝固过程的定向凝固技术生长出了直径０．８长１０ｍｍ的Ａｌ－Ｃｕ－Ｃｏ－Ｇｅ十边形准晶单晶．在准晶生长过程中，所有准晶单晶形成了单一取向的择优生长结构，其棱柱的中心轴为十次旋转对称轴．在温度梯度为９５℃／ｃｍ的条件下，随着定向凝固速度的增大，生长界面出现的成分过冷越来越大，从而导致生长界面的扰动也逐渐加剧并使成分偏析，界面形态由平面向胞状和树枝状转化，出现大量非准晶相，最后无法生长出所需要的高质量准晶单晶．     

DD8及DZ38G合金的热腐蚀研究

用涂Na_2SO_4盐膜法研究了单晶DD8合金、定向凝固DZ38G合金和普通精铸M38G合金在900℃和950℃空气中的热腐蚀行为。结果表明,组织均匀的单晶合金抗热腐蚀性能最好;普通精铸合金在晶界上优先发生硫化和氧化;定向凝固合金中的大块初生γ相聚集区发生严重的加速氧化。