隔热挡板厚度对DD6单晶高温合金凝固组织的影响

单晶凝固过程中隔热挡板的控制对温度梯度及温度场均匀性有重要影响,进而会影响到单晶凝固组织,因此需要对隔热挡板进行研究。采用第二代单晶高温合金DD6,研究了不同厚度隔热挡板对DD6单晶高温合金凝固组织的影响。结果表明,随着隔热挡板厚度增加,单晶凝固过程中温度梯度降低,但晶体生长方向与[001]偏离度变小。此外,随着隔热挡板厚度增加,DD6单晶高温合金一次枝晶间距增大,γ-γ′共晶含量和尺寸增加,枝晶干与枝晶间的铸态γ′尺寸略有增加,合金主要元素偏析加大。     

DD6高温合金定向凝固枝晶生长的数值模拟研究

采用元胞自动机-有限差分(CA-FD)方法对DD6高温合金高速凝固法(HRS,high rapid solidification)定向凝固树枝晶三维生长过程进行模拟研究.建立温度场和溶质场耦合控制的枝晶生长模型,考虑抽拉速率和温度梯度等凝固条件的影响,同时考虑成分过冷、溶质分配系数、晶体择优取向等合金物性参数,模拟研究了枝晶形态的演化过程.模拟结果反映了高温合金树枝晶的竞争生长及形貌特征,描述了凝固过程的溶质分布变化及枝晶间距的动态调整过程.研究工作将模拟结果与实验结果进行了对比,两者吻合良好.模拟能够预测DD6高温合金HRS法定向凝固过程的枝晶形貌及一、二次枝晶间距动态调整过程.     

超高温度梯度下凝固速率对一种镍基单晶高温合金定向凝固组织的影响

采用区域熔炼液态金属冷却超高温度梯度定向凝固法(ZMLMC),研究凝固速率对一种镍基高温合金微观组织的影响。结果显示:在温度梯度基本不变的条件下,随着凝固速率的提高,枝晶结构逐渐细化,一次枝晶间距λ1与二次枝晶间距λ2减小,且λ1和λ2分别与V-1/4和V-1/2呈线性关系;γ’相尺寸随凝固速率的提高而减小,形貌逐渐趋向于立方状,而在同一速率下,枝晶干的γ’相形状相对较规则,接近立方形,枝晶间的γ’相则趋于无规,其尺寸也较枝晶干区域更为粗大;γ/γ’共晶尺寸随凝固速率的提高而减小,分布趋于弥散,但总的体积分数变化不大。     

《001》和《011》取向DD407单晶高温合金枝晶间距和微观偏析

采用液态金属冷却(LMC)高温度梯度定向凝固炉制备<001>和<011>取向的DD407单晶高温合金,研究了晶体取向对枝晶间距和微观偏析的影响.结果表明,晶体取向对单晶高温合金的枝晶间距和微观偏析有明显的影响.枝晶间距随着<001>取向偏差角的增加而增加,但随<011>取向偏差角的增加而减小,且<011>取向的枝晶间距...     

晶体取向对单晶高温合金一次枝晶间距的影响

在固液界面微单元热量平衡分析的基础上，建立了晶体取向对一次枝晶间距影响的理论模型。该模型表明，一维择优晶体取向与宏观定向凝固方向偏离越远，一次枝晶间距越小，对ＤＤ８单晶高温合金凝固组织尺度的实验研究结果表明，晶体取向对一次枝晶间距的影响趋势和理论模型相吻合，其影响程度和固液界面温度梯度及定向凝固速率有关。模型及实验都表明，提高固液界面温度梯度和定向凝固速率，晶体取向对一次枝晶间距的影响程度减弱。     

Al-Cu合金定向凝固枝晶尖端开裂及间距调整机制

采用定向凝固技术研究A1-4%Cu(质量分数)合金凝固界而形态和胞/枝晶间距调整.结果表明,在ν=30um/s低速时,枝晶通过竞争淘汰调整一次枝品间距;在ν=300um/s高速时,枝晶通过尖端开裂而不是以往的三次枝生长调整间距.尖端半径与枝品间距相互影响,在稳定枝晶间距范围内随枝晶间距的增加而增大.采用LMK理论进行分析,得到枝晶尖端开裂是尖端溶质浓度变化引起尖端半径发生变化.通过扩散模型建立了枝晶问距与凝固界面成分之间的关系,得出枝晶通过自动调节间距大小来降低成分过冷作用.     

拉晶速率对Ni3Al基单晶合金IC6SX凝固组织和高温持久性能的影响

采用螺旋选晶法制备Ni3Al基单晶合金IC6SX试棒,研究了不同拉晶速率对凝固组织和高温持久性能的影响.结果表明,Ni3Al基单晶合金IC6SX凝固组织为树枝状,随着拉晶速率从1.5 mm/min增加到6 mm/min,一次枝晶间距逐渐减小.与普通镍基高温合金不同,位于枝晶干处的次生γ'相尺寸比枝晶间处的大.随着拉晶速率的增加,枝晶干和枝晶间处的γ'相尺寸都逐渐减小,由不规则形状逐渐立方化,枝晶间处的初生γ'相的数量逐渐增多.一次枝晶间距和γ'相尺寸对高温持久性能影响显著,随着拉晶速率的增加,组织细化,铸态IC6SX单晶合金的高温持久寿命增加.     

Al-3．6％Cu合金定向凝固一次枝晶间距选择

采用Al—3．6％Cu单相固溶体合金,进行了较为全面的定向凝固淬火实验,考察了籽晶选取对合金凝固界面形态及一次枝晶间距的影响,并进一步分析了一次枝晶间距随凝固速度的演化规律。研究发现,籽晶的选取时于定向凝固的界面晶体取向和一次枝晶间距具有重要的影响,平均一次枝晶间距随着凝固速度的增大逐渐减小,且存在一个较宽的容许范围。实验结果与HL模型及LIN自洽模型计算获得了较好吻合,而KGT模型明显高估了实验值。     

基于CA-LBM模型的枝晶非对称生长行为研究

建立了用于模拟单相合金固溶体凝固过程温度场、流场、浓度场,以及微观组织模拟的二维元胞自动机-格子玻尔兹曼方法(cellular automaton-lattice Boltzmann method,CA-LBM)数值模型。对强制对流作用下不同工艺条件对枝晶非对称性生长(Dendritic asymmetrical growth,DAG)行为的影响进行了研究。模拟结果表明,与不计入流动过程的纯扩散型合金凝固模拟结果相比较,强制对流造成枝晶非对称性生长行为,且枝晶的凝固效率增加;当工艺条件改变时,枝晶非对称性生长行为也会随之发生变化,表现为初始过冷度越小、对流速度越大、冷却速率越小会使枝晶非对称性生长行为趋向更强。     

采用低温度梯度HRS工艺制备的镍基单晶高温合金雀斑组织

通过在高速凝固法(HRS)定向凝固过程中调整隔热挡板与壳型之间的间隙,获得了较低的定向凝固温度梯度(～30℃/cm),制备了含有雀斑组织的单晶高温合金试棒。结果表明:采用常规HRS工艺(温度梯度～50℃/cm)制备的合金一次枝晶间距为323μm,含有1.70%铸态共晶;而采用较低温度梯度HRS工艺制备的合金一次枝晶间距达到了704μm,是常规HRS工艺的2.2倍,并且合金的二次枝晶及三次枝晶较为发达;此外,雀斑组织区域包含较多平均晶粒尺寸为200μm的等轴晶晶粒和4.64%的铸态共晶,同时分布着富集Ta元素的MC碳化物。定向凝固过程中较低的温度梯度增大了合金的一次枝晶间距并使合金元素的凝固偏析加重,导致糊状区液相发生对流的倾向增大,从而促进了雀斑组织的形成。     

抽拉速率对定向凝固高温合金DZ445微观组织和力学性能的影响

研究不同抽拉速率(4,5,7,9,10 mm/min)对定向凝固DZ445高温合金微观组织和力学性能的影响.结果表明:随着抽拉速率由4mm/min增加到10mm/min,一次枝晶臂间距λ<,1>和二次枝晶臂间距λ2逐渐减小,枝晶组织逐渐细化;枝晶干和枝晶间γ'相尺寸也逐渐减小,枝晶间γ'相的尺寸比枝晶干γ'相的大,这种差别随着凝固速率的增加而减小;合金元素的偏析随凝固速率的增大越来越严重;除抽拉速率为4 mm/min外,抽拉速率对DZ445合金室温拉伸性能影响不大;当抽拉速率太高或者太低时,合金650℃拉伸伸长率均明显降低;抽拉速率对合金的持久性能影响明显;当抽拉速率为7 mm/min时,合金的拉伸性能、持久性能和微观组织达到综合平衡,为最佳抽拉速率;DZ445定向柱晶合金比同成分K445等轴晶合金具有更好的室温和高温拉伸性能及持久性能.     

EFFECTS OF WITHDRAWAL RATE ON MICROSTRUCTURE AND STRESS RUPTURE PROPERTIES OF A Ni3Al–BASED SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY IC6SX

采用螺旋选晶法制备Ni₃Al基单晶合金IC6SX试棒, 研究了不同拉晶速率对凝固组织和高温持久性能的影响. 结果表明, Ni₃Al基单晶合金IC6SX凝固组织为树枝状, 随着拉晶速率从1.5 mm/min增加到6 mm/min, 一次枝晶间距逐渐减小. 与普通镍基高温合金不同, 位于枝晶干处的次生γ'相尺寸比枝晶间处的大. 随着拉晶速率的增加, 枝晶干和枝晶间处的γ'相尺寸都逐渐减小, 由不规则形状逐渐立方化, 枝晶间处的初生γ'相的数量逐渐增多. 一次枝晶间距和γ'相尺寸对高温持久性能影响显著, 随着拉晶速率的增加, 组织细化, 铸态IC6SX单晶合金的高温持久寿命增加.     

凝固参数对DD6偏析和g/g ′共晶组织演化的影响

采用液态金属冷却高梯度定向凝固技术,在2~400 μm/s的抽拉速率范围内对镍基单晶高温合金DD6的凝固组织、偏析和g/g ′共晶组织演化进行了研究。采用电子探针微区分析（EPMA）定量分析了溶质元素的微观偏析行为,讨论了溶质元素偏析及枝晶间距对共晶组织演化的影响。结果表明：随着抽拉速率增大,共晶体积分数先增多后减少。在较低的冷却速率下,固相反扩散能够减轻微观偏析,从而减少共晶体积分数,而在高的冷却速率下,固相反扩散的作用被严重削弱,枝晶间距减小对减少共晶体积分数起到了十分重要的作用     

定向凝固过程中镍基高温合金铸件的枝晶生长模拟（英文）

提高铸件的性能需要对其凝固过程中枝晶的生长深入了解,为此,采用数值模拟方法对定向凝固(DS)过程中枝晶的生长进行详细研究。考虑溶质扩散并耦合宏观温度场建立预测枝晶生长的多尺度模型。采用定向凝固实验验证模型的准确性,冷却曲线以及晶粒形貌的实验结果和模拟结果吻合较好。采用所建立的模型模拟枝晶的竞争生长,讨论分析具有不同结晶取向角枝晶的竞争生长行为。随后,采用模拟和实验的方法对三维枝晶的生长进行研究,模拟和实验结果吻合较好。通过3个不同的算例研究初始形核数对枝晶生长的影响。研究表明:初始形核数对柱状晶起始阶段的生长影响较大,对铸件最终的枝晶形貌和一次枝晶臂间距(PDAS)影响较小。     

Cu含量对Al-Cu合金定向凝固组织及一次枝晶间距影响

选用Al-Cu合金进行定向凝固试验,对不同铜含量的Al-Cu合金一次枝晶微观组织形貌进行分析,并测定了一次枝晶间距.实验结果表明:在铜含量较低时,适当增加铜含量能促进枝晶生长的规整性;当含铜量为1.77％时,定向凝固组织并不明显.随着含铜量的增加,可观察到较为细小的一次枝晶组织,一次枝干呈平行生长趋势,且枝干间距较均匀,二次枝晶呈点状分布在一次枝干上.当试样铜含量从1.77％增加到3.00％时,一次枝晶间距逐步增大,但枝晶间距增加幅度较小;当铜含量较小时,试样铜含量对枝晶间距的影响不明显.     

定向凝固Ti-46Al-8Nb合金的微观组织演变与微观偏析(英文)

在3～70μm/s的生长速度范围内对Ti-46Al-8Nb(摩尔分数,%)合金进行定向凝固实验,研究其微观组织演变和微观偏析形式。在该生长速度范围内,固-液界面表现为规则的枝晶生长,一次枝晶间距随着生长速度的加快而逐渐减小。在定向凝固过程中观察到典型的L+β→α包晶反应,最终得到具有α2/γ层片和B2相的微观组织。在各个晶粒中,层片与β相枝晶初始生长方向呈0°或45°。包晶反应导致严重的成分偏析,在凝固过程中,铝富集在枝晶间,铌富集在枝晶心部。随着α相的形核和生长,铌的偏析程度逐渐增大,从而促进B2相的析出,而富集在枝晶间的铝在包晶反应发生后逐渐变得均匀、一致。     

合金定向凝固一次枝晶间距模拟

建立二元合金树枝晶生长的二维元胞自动机模型,模拟丁二腈2.5%(质量分数)乙醇定向凝固枝晶生长和一次枝晶间距选择过程。模拟结果表明:在给定的凝固条件下,定向凝固一次枝晶间距可在一个范围内变化,其具体取值与凝固历史具有相关性。在相同的温度梯度和不同冷却速度下,模拟给出的一次枝晶间距上、下限与实验结果吻合较好,详细分析影响定向凝固一次枝晶间距上下限的因素。结果表明:在给定凝固条件和合金系条件下,液相中无对流,影响一次枝晶间距上下限的主要因素是界面能和溶质扩散系数。     

凝固压力对A357合金凝固组织及含Fe相的影响

研究了不同凝固压力作用下A357合金的反重力铸造凝固过程,分析了凝固压力和冷却速率对合金凝固组织二次枝晶间距λ2和含Fe相的影响.结果表明,由试样中心到边缘,随着冷却速率的增加,λ2减小,合金微观组织α-Al枝晶细化;凝固压力从1.55 kPa增加到30.90 kPa时,λ2减小,同时,冷却速率愈大,α-Al枝晶细化愈明显.增大凝固压力也使合金组织中含Fe相由针状转变为骨骼状.     

定向凝固Al-4.5%Cu合金枝晶组织与抽拉速率的关系

用自制下拉式定向凝固设备,在一定的温度梯度下,在20-220μm/s的抽拉速率范围制备定向凝固Al-4.5%Cu合金,并对其微观组织、特别是一次枝晶间距随抽拉速率的变化规律进行研究。结果表明：定向凝固微观组织随抽拉速率的增大呈细化趋势,其一次枝晶间距减小;当抽拉速率小于100μm/s时,枝晶间距随抽拉速率而减小的幅度较大;当抽拉速率大于100μm/s时,枝晶间距减小幅度较为平缓。在综合分析抽拉速率、界面生长速率、温度梯度等影响因素的基础上,推导出界面局域平衡条件下预测定向凝固次枝晶间距的理论模型,该模型能够较为准确地反映定向凝固一次枝晶间距随抽拉速率在100-220μm/s范围的变化规律,为定向凝固工艺获得特定组织而预先选配合适的工艺参数提供理论参考。     

CMSX-6高温合金定向凝固微观组织的研究

采用高速凝固法,在VDF-10定向凝固炉上,制备了CMSX-6镍基高温合金定向凝固试样。研究了距水冷铜板不同高度的凝固组织。结果表明,随着距水冷铜板高度的不断增加,CMSX-6合金的一次枝晶距也不断增大,其铸态组织由细枝状向粗枝状晶演变。同时距水冷铜板高度越低,枝晶干与枝晶间γ'相的尺寸越小,且枝晶间γ'相的形状趋向于规则的立方体形状。同时研究了枝晶间共晶组织的形貌特征,随着距水冷铜板高度增加,共晶尺寸不断地增大。