镍基单晶高温合金缩松缺陷研究

采用选晶法在改进型Bridgman定向凝固炉上制备镍基单晶高温合金DD403和DD407,研究不同合金缩松含量以及凝固参数对缩松的影响。结果表明,抽拉速率V=100μm/s时,DD403和DD407缩松含量分别为:0.034vol%和0.014 vol%;随抽拉速率增加,DD403中缩松含量呈先减少后增加的趋势。     

THE INFLUENCE OF BORON ON POROSITY OF CAST Ni-BASE SUPERALLOYS

研究了硼含量对凝固过程的影响,讨论了疏松的形成过程.硼在γ固溶体中的溶解度很小,凝固时富集于凝固固体前沿液体中.高硼合金凝固时,凝固固体周围包了一层极高硼含量的低熔点液体,形成蜘蛛网似的补缩通道,从而扩大了可补缩的温度区间,减少了不能补缩的剩余液体量.因此,这种合金不仅疏松少,而且工艺宽容度大.正常硼含量(0.01wt-%)合金,硼富集程度不足以形成液体网,凝固枝晶很快相互连接,形成一些较大的孤立的液体池.这种不能补缩的液体池,形成了较严重的疏松.     

硼与镍基高温合金中的疏松

研究了硼含量对凝固过程的影响,讨论了疏松的形成过程.硼在γ固溶体中的溶解度很小,凝固时富集于凝固固体前沿液体中.高硼合金凝固时,凝固固体周围包了一层极高硼含量的低熔点液体,形成蜘蛛网似的补缩通道,从而扩大了可补缩的温度区间,减少了不能补缩的剩余液体量.因此,这种合金不仅疏松少,而且工艺宽容度大.正常硼含量(0.01wt-%)合金,硼富集程度不足以形成液体网,凝固枝晶很快相互连接,形成一些较大的孤立的液体池.这种不能补缩的液体池,形成了较严重的疏松.     

氮对K4169合金微观组织和力学性能的影响

采用Thermo-Calc模拟计算、差热分析和等温凝固淬火试验(ISQ)相结合的方法,借助OM、SEM、EPMA及TEM等表征设备,系统研究了氮含量对K4169合金凝固组织演变行为、元素偏析行为以及力学性能的影响规律。结果表明,氮含量从17μg/g增大到100μg/g,合金中碳化物、氮化物的体积分数增大,氮化物析出温度升高。氮含量会影响碳化物的数量和形貌:在氮含量50μg/g的合金中,MC型碳化物数量较多,尺寸较大且呈条状形貌;在氮含量为70μg/g和100μg/g的合金中大尺寸MC型碳化物数量显著减少,条型MC碳化物转变为块状。氮含量对K4169合金室温拉伸性能无明显影响,对高温持久性能影响很大。氮含量由17μg/g增大到100μg/g时,合金的高温持久寿命和延伸率分别从300 h和3%下降到2.26 h和2.34%。当氮含量超过30μg/g时,合金的持久性能发生显著下降,因此,K4169合金的氮含量应控制在30μg/g以内比较合理。     

超瞬态凝固增材制造梯度整体涡轮叶盘用高温合金粉末特性研究I：盘体用合金粉末

本文针对超瞬态凝固增材制造梯度整体涡轮叶盘用高温合金粉末特性开展研究。根据合金的承温能力和JMatPro相平衡计算结果,分别选用GH4169和K418作为盘体心部和轮盘边缘部位材料,DZ4125作为叶片材料。采用真空感应熔炼氩气雾化制粉(VIGA)制备高温合金粉末,筛分至53-105μm粒度范围,采用差示扫描量热分析（DSC）、场发射扫描电镜（FESEM）、电子探针（EPMA）、激光粒度仪、动态图像粒度粒形分析仪以及综合粉体性能测试仪对高温合金粉末的相变温度、显微组织、元素偏析行为、粒度、粒形、松装密度、振实密度和流动性进行了系统表征。结果表明：K418合金固液温度范围比G4169合金窄,K418合金的γ′和MC碳化物的开始析出温度均比GH4169高,过渡区(GH4169+K418)混合成分合金主要强化相的析出温度介于GH4169和K418两种合金之间。GH4169和K418合金粉末形貌主要为球形和近球形。表面和截面显微组织主要呈树枝晶结构,所含元素中偏析倾向较强的元素有Ti、Nb、Zr和Mo,均富集分布于枝晶间,而偏析倾向弱的元素包括Ni、Cr、Fe和Al,高温合金粉末元素偏析类型与铸造镍基高温合金相近,但粉末组织更为细小均匀。激光衍射和动态图像分析法测得的粉末粒度值接近,GH4169的D50分别为79.1μm和76.2μm,K418的D50分别为67.8μm和65.6μm。动态图像法测得2种合金均具有较好的球形度,GH4169和K418的SPHT均值分别为0.91和0.90。所选GH4169和K418高温合金粉末具有相近的松装密度、振实密度和流动性,其松装和振实密度分别达到合金理论密度的50%和60%,压缩度在13.3~15.5%范围,粉末具有较好的流动性（18.5~20.4 s?(50 g)-1）。     

深过冷K4169高温合金凝固组织演变和力学性能的关系（英文）

采用循环过热与熔融玻璃净化相结合的方法使K4169高温合金获得了14~232 K过冷度。采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜等手段研究过冷K4169高温合金枝晶形貌以及相组成。研究发现,枝晶形貌、晶粒尺寸和晶间相都会随着过冷度的增加而发生明显改变。同时,系统研究过冷K4169高温合金凝固组织与力学性能之间的关系。实验结果表明,晶粒尺寸和晶间相含量的减小以及Laves相的均匀分布提高了合金的抗拉强度和伸长率,并且当过冷度达232 K时,合金具有最优力学性能,抗拉强度为932.2 MPa,伸长率为6.5%。     

Nb含量对GH4169合金钢锭凝固及均匀化过程相演化规律的影响

以不同Nb含量的直径160 mm GH4169合金钢锭为研究对象,利用热力学软件Thermo-Calc的模拟计算及电子探针成分分析,系统研究了Nb元素含量变化对GH4169合金钢锭凝固及均匀化过程相演化规律的影响。结果表明:Nb元素含量的增加会降低合金初熔点和终熔点,扩大凝固区间,增加偏析形成的趋势;Nb元素含量的增加还可以提高GH4169合金钢锭凝固过程Laves相的析出温度,若Nb元素偏析浓度超过7.0%,Laves相的析出温度会高于标准均匀化温度1160℃,导致部分高浓度下生成的Laves相无法回溶。进一步的凝固过程中各相Gibbs自由能变化规律分析表明,GH4169合金凝固过程中,当达到Laves相的析出温度后,Laves相的形成激活能要显著小于MC碳化物,此时高浓度的Nb元素主要用于Laves相的析出和生长,Laves相的大量形成抑制了MC碳化物的进一步形成和长大,导致了Laves相与MC碳化物集合体的产生。上述的热力学分析结果与实际钢锭的相析出回溶实验结果一致。     

锶及硼对Al-13%Si-0.3%Mg合金流动性的影响

采用浇注螺旋型试样方法,测量锶及锶硼联合加入对Al-13%Si-0.3%Mg合金流动性的作用;并通过温度校正方法校正浇注温度误差对测量结果的影响。研究发现,随锶的加入,Al-13%Si-0.3%Mg合金流动性稍有下降;含锶的Al-13%Si-0.3%Mg合金随硼含量的增加,合金的流动性明显提高;锶、硼联合加入后合金的流动性比基本合金要好。采用对凝固初期的合金进行液淬方法研究该合金的凝固方式。根据合金液淬后的组织及合金凝固方式分析锶及锶硼联合加入影响Al-13%Si-0.3%Mg合金流动性的原因。     

高温合金K4202热控法细晶铸造过程模拟

采用有限元软件模拟了高温合金K4202复杂薄壁件在低过热度浇注条件下的流场、温度场和凝固组织。结果表明,K4202高温合金复杂薄壁件在低过热度浇注时可以获得充型完整的铸件;高温合金K4202复杂薄壁铸件的厚大部位和变截面部分易出现缩松缺陷;当高温合金在低过热度浇注时,铸件整体获得了等轴晶均匀分布的细晶组织,晶粒度达ASTM2-3。     

Ti对DZ68合金凝固和偏析的影响

利用电子探针等手段研究了不同Ti含量对DZ68合金凝固过程和偏析的影响.结果表明,随合金中Ti含量的增加,合金的初凝温度和终凝温度逐渐降低,凝固温度区间逐渐增大.当Ti含量达到0.55%～1.7%之间的某一值时,铸态合金中出现(γ+γ')共晶,并随Ti含量增加,(γ+γ')共晶数量增加.随合金中Ti含量的增加,W的负偏析程度显著增加,Cr由正偏析元素逐渐转变成负偏析元素.在终凝前,随合金中Ti含量的增加,凝固前沿固体中的Ti含量随凝同温度下降的平均变化速率增加,而Cr含量随凝同温度下降的平均变化速率下降.     

熔体过热处理对M963合金组织和高温持久性能的影响

对M963合金熔体进行了过热处理并在1248K／225 MPa条件下测试了其持久性。结果表明，随熔体过热温度的升高，铸态组织中的初生MC碳化物不断细化和均匀分布，合金的持久断裂寿命和塑性明显提高，但温度高达2023K的熔体过热处理，使合金中的气体含量升高，导致显微疏松增加，持久性能降低。在1923K温度下进行熔体过热处理，可使M963合金在1248K／225MPa条件下的持久寿命和持久塑性同时提高一倍以上。     

热连轧GH4169合金的晶粒长大行为

对热连轧(HCR)GH4169合金在固溶处理过程中晶粒长大行为进行系统研究。结果表明,该合金?相溶解温度在990～1000℃之间,δ相对晶粒长大有显著阻碍作用,在低于δ相溶解温度进行固溶处理时,析出的δ相使得晶粒长大缓慢;在高于δ相溶解温度以上时,晶粒随温度的升高快速长大。晶粒长大动力学表明:在高于δ相固溶线温度以上进行固溶处理时,晶粒生长指数随着固溶温度的升高而增加;固溶处理温度为1000和1050℃时的晶粒长大激活能为223.849kJ/mol,晶粒长大机制为自扩散过程控制机制,并建立了相应的晶粒长大动力学方程。     

镍基高温合金K4169熔敷金属间化合物CrFeNb熔合区微观组织结构

采用氩弧熔敷的方法在镍基高温合金K4169表面熔敷高温金属间化合物CrFeNb.利用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)及X射线衍射(XRD)分析研究熔合区的微观组织特征及成分分布.结果表明,在K4169与高温金属间化合物之间形成了约42μm厚度的熔合区;熔合区无气孔、裂纹等缺陷,基材与熔敷金属材料呈冶金结合.根据能谱分析和X射线分析发现熔合区由γ,γ',Fe₂Nb和CrFeNb相组成,这些相以细小的基材组织、白色块状组织及菊花状组织形式存在;联生方式结晶和高熔点CrFeNb相形核使熔敷金属材料CrFeNb与基材K4169呈现嵌套结构.     

K4169高温合金凝固晶粒组织的计算机模拟

采用热熔法处理结晶清热的二维不稳定热导方程模拟凝固温度场，利用连续形核模型和技晶尖端生长的动力学模型，即KGT模型模拟K4169高温合金晶粒组织的形成，将凝固温度场的模拟和晶粒组织形成的模拟相耦合，计算了该合金的凝固晶粒组织特征值，包括晶粒密度和平均晶粒尺寸，并在计算机上实现了凝固晶粒组织的可视化。与试验结果进行比较后表明，模拟结果与试验结果符合较好。     

Role of base-metal composition in isothermal solidification during diffusion brazing of nickel-based superalloys

The key feature of diffusion brazing, also referred to as transient liquid phase bonding, is isothermal solidification which precludes the formation of intermetallic in the joint centreline. Analysing the available data published in the literature showed that the composition of the nickel-based superalloys plays a strong role in determining the required time for obtaining intermetallic-free joint during diffusion brazing. This effect is not predictable by the standard conventional models. It is proposed that increasing the boride-forming elements in the base superalloy which promotes in situ boride precipitation at the diffusion-affected zone can accelerate the diffusion flux of the boron into the base superalloy, leading to faster isothermal solidification. The higher the Cr?+?Mo?+?Nb?+?Ta?+?W content in base superalloy, the shorter the isothermal solidification time.     

Simulation of the Influence of Pulsed Magnetic Field on the Superalloy Melt with the Solid-Liquid Interface in Directional Solidification

The effect of the pulsed magnetic field on the grain refinement of superalloy K4169 has been studied in directional solidification. In the presence of the solid-liquid interface condition, the distributions of the electromagnetic force, flow field, temperature field, and Joule heat in front of the solid-liquid interface in directional solidification with the pulsed magnetic field are simulated. The calculation results show that the largest electromagnetic force in the melt appears near the solid-liquid interface, and the electromagnetic force is distributed in a gradient. There are intensive electromagnetic vibrations in front of the solid-liquid interface. The forced melt convection is mainly concentrated in front of the solid-liquid interface, accompanied by a larger flow velocity. The simulation results indicate that the grain refinement is attributed to that the electromagnetic vibration and forced convection increase the nucleation rate and the probability of dendrite fragments survival, for making dendrite easily fragmented, homogenizing the melt temperature, and increasing the undercooling in front of the solid-liquid interface.     

返回料添加比例对K414合金成分及力学性能的影响

通过采用30％、50％和70％三种返回料添加比例进行K414合金的熔炼,并对合金进行化学成分分析、力学性能测定和微观组织形貌观察.结果表明:随返回料添加比例增加,合金中C、S含量略有降低,O含量变化不大,N、Si含量随返回料添加比例的增大而增加.细小夹渣在合金凝固期间可作为形核质点,提高了凝固过程中的形核率,随返回料添加比例的增加,合金室温瞬时强度、塑性及冲击韧性有所增加.不同比例返回料合金在600℃、590 MPa条件下合金的持久性能富裕度较大,均能够满足合金的技术要求.600℃条件下随返回料添加比例增加,合金的高温瞬时强度无明显变化,伸长率略有降低.返回料合金与新料合金组织形貌差别不大,随返回料添加比例增加,合金中的碳化物数量略有降低,碳化物尺寸略有增大,合金晶界宽度没有明显变化.     

GH4169高温合金惯性摩擦焊接头晶粒分布特征

GH4169镍基高温合金的显微硬度、组织和性能对热加工工艺很敏感,工艺控制不当,将会产生粗晶、混晶现象,影响持久缺口敏感性、冲击韧性等性能。试验发现在GH4169高温合金惯性摩擦焊管接头中,沿轴向焊合区附近具有超细晶一细晶的晶粒分布特征。根据GH4169合金动态再结晶的特点,结合惯性磨擦焊过程的特有热变形条件,本文对上述现象进行了分析,研究结果表明,GH4169合金惯性摩擦焊接过程中温度、应变、应变速率是造成焊接区细晶和超细晶组织的根本原因。GH4169合金惯性摩擦焊接头焊合区中热变形金属的动态再结晶过程进行的相当剧烈充分,其晶粒组织呈细小均匀的等轴晶特征,尽管存在着晶粒组织的不均匀性,但未发现粗晶和混晶现象。     

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。     

GH4169合金表面氧化色变化行为研究

针对不同温度和时间加热后的GH4169合金试样表面氧化色变化行为进行分析,对试样表面氧化色图片的采集、描述方法进行探讨,并对试样硬度随加热时间的变化进行了研究。结果表明：400～850℃加热后的GH4169合金试样表面均有金属光泽,颜色变化较丰富且与加热温度和时间之间具有一定的对应关系;900～1200℃加热后的试样表面颜色差别不大,均无金属光泽并呈灰黑色;在加热时间相同的情况下,400～800℃加热后的试样硬度值差别不大,850～1200℃加热后,随加热温度的升高试样的硬度值下降较明显;根据试样实际情况,结合试样表面颜色、状态及硬度值的变化可以为判断其经历的温度环境提供可靠的判据,在试样表面具有金属光泽且硬度值差别不大时主要以表面颜色和状态为依据,试样表面无金属光泽且呈灰黑色时则以硬度值为主要判据;此外,采用规范的图片采集过程,利用设计印刷标准色谱对表面氧化色的定量分析和UV加膜印刷技术能够较好地描述合金表面颜色的变化及存在的微小差异。