N元素对FGH96高温合金析出相的影响

基于Thermo-Calc热力学计算软件及相应的Ni基数据库,计算了含N与不含N时FGH96高温合金中可能的平衡析出相,并用Scheil-Gulliver凝固模型对两种合金进行了凝固模拟.对两种合金的计算结果进行比较,从热力学角度分析研究了N对FGH96高温合金中析出相的影响.结果表明,N元素主要影响一次碳化物的析出行为,而对其他相的析出影响很小;在含有少量N的FGH96合金中,在液相线温度以上可析出Ti、N为主要成分的M(C,N)相,而不含N时,只有当固相率达到70％时才会从残余液相中析出MC型碳化物.由计算得出的一次碳化物的成分变化结果,并结合扫描电镜图和能谱分析结果可推断出,FGH96高温合金中含有N时,首先从液态合金中析出以TiN为主要成分的M(C,N)相,随后的MC型碳化物会在其表面析出,形成以TiN为核心的一次碳化物.     

含Nb高钼H13钢凝固过程中合金元素的微观偏析

利用Thermo-calc热力学计算软件中的Scheil模块和Ploy-3模块,对含Nb高钼H13钢的凝固过程及平衡析出相与温度的关系进行了模拟与热力学研究,同时讨论了钢中合金元素的偏析行为.结合Scheil-Gulliver方程和Origin8.0软件对合金元素偏析结果进行了线性回归,得到了合金元素的平衡分配系数.模拟结果表明,凝固过程中,当固相率达到90％时由于MC型碳化物的析出,导致合金元素中C、Nb、V的质量分数急剧下降;元素C、Si、Mn、Cr、Mo、V和Nb的平衡分配系数k0均小于1,模拟结果与文献数据有较好的一致性.提出在1 250～1 270℃保温4～6 h高温均匀化处理并辅以大变形量的锻造,可以减轻偏析,从而提高H13钢的综合力学性能.     

一种新型高温合金凝固组织和元素偏析行为研究

采用热力学平衡模拟计算、差热分析(DTA)和等温凝固淬火试验(ISQ)相结合的方法对一种新型镍基高温合金K4750合金的凝固组织和主要元素的偏析行为进行研究。结果表明,实际K4750合金的固相线温度为1270℃,液相线温度为1350℃,MC型碳化物析出温度为1320℃;凝固顺序为L→γ(1350℃),L→γ+MC(1320℃)。K4750合金在凝固初期凝固速度较快,液相体积分数下降明显,凝固后期速度开始变慢,在1310～1290℃温度区间内枝晶间连通残余液相开始断开,同时会有大块状的MC相析出,进一步阻碍液相的连通,从而极易导致合金凝固疏松的形成。合金中W、Fe、Cr的溶质分配系数大于1,富集于枝晶干,为负偏析元素;Ti、Nb、C、Mo的溶质分配系数小于1,富集于枝晶间的液相中,为正偏析元素。     

铸造镍基高温合金IN792的凝固和偏析行为研究

采用等温凝固淬火试验(ISQ)与差热扫描量热(DSC)分析的方法对铸造镍基高温合金IN792的凝固过程和元素在固、液相中的分配进行研究,得到了合金的等温凝固组织、相析出顺序图、凝固特性曲线以及元素在不同温度下的偏析特性。ISQ结果表明:IN792合金的液相线温度为1328℃,开始析出MC碳化物的温度为1310℃,开始形成(γ+γ’)共晶的温度为1225℃,于1190℃开始析出二次γ’相。由DSC测得的合金宏观固相线温度(尚存体积分数5%残余液体)和由ISQ测得的微观固相线温度(终凝温度)分别为1250和1180℃,两者相差达70℃,这一温度范围往往是热裂缺陷形成的敏感区间。IN792合金在液相线下30℃范围内液体量锐减,析出了体积分数约85%的γ枝晶。1300～1270℃是合金枝晶间液体由连通转为断开的温度范围,它与铸件疏松形成密切相关。在1325～1190℃温度区间,IN792合金中元素W、Co分配系数大于1,倾向富集于枝晶干固相,为负偏析元素;Zr、Mo、Ti、Ta、Cr分配系数小于1,倾向富集于枝晶间液相,为正偏析元素;Al在凝固早期富集于液相而后来倾向于分布在枝晶干固相区,随着凝固温度降低逐步转变为负偏析元素。在1325～1210℃温度范围内,随着凝固温度降低,Al、Ni的分配系数升高,而Mo、Cr的分配系数降低。相反,在1210～1180℃温度区间,随着凝固温度降低,Ni、Al的分配系数降低,而Mo、Cr的则升高。     

FGH96合金中γ′和碳化物相平衡计算

利用热力学计算软件Thermo-Calc及相应的Ni基数据库对FGH96粉末高温合金中可能析出的平衡相进行计算,并分析元素含量在允许范围内的波动对主要析出相γ′和碳化物析出行为的影响。结果表明:FGH96合金析出的平衡相有γ′、MC、M23C6、MB2、M3B2和TCP相。Al、Ti和Nb含量的增加会显著提高γ′相的固溶温度及析出量;合金中碳化物的析出量及MC的析出温度主要受到碳含量的影响,Al和Nb含量的变化对碳化物的析出温度有着显著影响,其中Al含量的影响尤为明显。     

铸造奥氏体不锈钢CK3MCuN凝固与析出热力学模拟

采用FactSage8.2热力学计算软件对铸造奥氏体不锈钢CK3MCuN的平衡凝固及冷却过程相变以及基于Scheil-Gulliver冷却模式下的非平衡凝固过程展开研究。结果表明,平衡凝固过程中Fe、Ni元素易于奥氏体枝晶干偏聚,Cr、Cu、Mo、C及N元素随着凝固过程的进行易于枝晶间富集,并且Cu偏析逐渐减弱,Fe、Cr及Ni的偏析逐渐增强;非平衡凝固过程中Fe、Ni元素为负偏析,Cr、Mo、Cu、N及C为正偏析,其中Cr、Mo元素在凝固末期的残余液相中偏析非常严重。平衡转变过程中析出主要的金属间相为σ与Laves相,其最大析出量分别为18.1%与12%(质量分数);非平衡凝固过程析出主要的金属间相为σ相,其最大析出量为0.7%。平衡转变过程：Mo促进σ与Laves相的形成,N促进Cr₂N析出、抑制σ与M₂₃C₆碳化物的形成,Cu有利于ε-Cu相的形成;非平衡凝固过程：Mo促进σ相与δ铁素体的形成,N促进Cr₂N析出、抑制δ铁素体形成,Cu能够抑制δ铁素体的形成,但是对Cr₂...     

基于JMatPro软件不同B含量下Co-8.8Al-9.8W合金析出相的热力学模拟计算

为研究B元素对新型钴基高温合金析出相的影响,本文基于JMatPro热力学模拟计算软件对不同B含量下Co-8.8Al-9.8W合金的平衡相析出行为进行了研究。结果表明：B含量的增加,会导致γ相、μ-Co7W6相析出温度的降低,并减少γ相、μ-Co7W6相析出量,相反会提高η-Co3Al相的析出温度及析出量。针对这一计算结果,本文作者从B对平衡相中各元素的影响,硼化物等角度分析,给出了解释。分析认为随着B含量的增加,使γ相析出时固液平衡相中各元素的含量相差越来越多,要满足γ相的形核和长大只有降低温度增加过冷度来实现。从而导致随着B含量的增加,γ相的含量越来越少,析出温度越来越低。硼化物的析出,固溶了大量的Co、W,使固液平衡相中Al的含量增加,促进了Co3Al的析出。     

基于JMatPro软件对不同B含量下Co-8.8Al-9.8W合金析出相的热力学模拟计算

为研究B元素对新型钴基高温合金析出相的影响,基于JMat Pro热力学模拟计算软件对不同B含量下Co-8.8Al-9.8W合金的平衡相析出行为进行了研究。结果表明:B含量的增加,会导致γ相、μ-Co_7W_6相析出温度的降低,并减少γ相、μ-Co_7W_6相析出量,相反会提高η-Co_3Al相的析出温度及析出量。针对这一计算结果,从B对平衡相中各元素的影响,硼化物的析出等角度分析,给出了解释。分析认为,随着B含量的增加,使γ相析出时固液平衡相中各元素的含量相差越来越多,要满足γ相的形核和长大,只有降低温度增加过冷度来实现。从而导致随着B含量的增加,γ相的含量越来越少,析出温度越来越低。硼化物的析出,固溶了大量的Co、W,使固液平衡相中Al的含量增加,促进了Co_3Al的析出。     

一种Ni-Fe-Cr基合金的凝固特征和偏析行为研究

采用定向凝固技术结合液淬法研究了一种Ni-Fe-Cr基合金平界面和枝晶生长条件下的凝固特征和溶质偏析行为。结果表明,合金的组成相为γ基体、MC型碳化物和γˊ沉淀强化相,凝固顺序为L→L+γ→L+γ+MC→γ+γˊ+MC。平界面生长条件下淬火界面两侧溶质含量测定结果表明, Ti、Nb和Mo元素富集于液相,溶质分配系数小于1。Fe元素富集于固相,溶质分配系数大于1。Al和Cr元素在液固两相中浓度差别较小,溶质分配系数接近1。此外,固/液界面前沿存在溶质边界层,边界层内溶质原子通过扩散传输,边界层外主要借助流动传输。枝晶与平界面生长的溶质偏析行为基本一致,然而,枝晶生长时糊状区残余液相中溶质浓度与平界面生长时固/液界面前沿溶质浓度存在显著差别。枝晶生长条件下糊状区溶质偏析程度显著高于稳态生长区,固相反扩散和MC型碳化物的析出显著降低枝晶偏析程度。     

Ni含量对Co-8.8Al-9.8W合金相影响的热力学

为了研究Ni元素对新型钴基高温合金析出相的影响,基于JMatPro热力学模拟计算软件对不同Ni含量下Co-8.8Al-9.8W合金(摩尔分数,%)中平衡相析出的热力学行为进行研究。结果表明:随着Ni含量的增加,合金中γ相的析出温度有降低趋势,析出量减少;与0Ni合金相比,25Ni合金γ相析出温度降低了11.63℃,600℃时35Ni合金γ相的析出量较0Ni合金的减少了20.63%。μ-Co7W6相的析出温度升高;与0Ni合金相比,35Ni合金析出温度升高303.73℃,η-Co_3Al相则会消失,而γ′相的析出温度升高,析出量增加;与5Ni合金相比,35Ni合金γ′相析出温度升高392.85℃,600℃时35Ni合金析出量较0Ni合金的增加40.9%。从Ni对平衡相中各元素的影响以及各物相的析出角度来看,随着Ni含量的增加,当γ相析出时固相和液相中各元素的含量相差越来越多,要满足γ相的析出和长大,只有通过降低温度或增加过冷度来实现。从而导致γ相的含量越来越少,析出温度也越来越低。合金中加入的Ni元素以形成γ′相的形式抑制η-Co_3Al相的形成与生长,从而导致η相最后消失。从γ相中析出的W和Al元素分别为μ-Co_7W_6和η-Co_3Al提供形核及生长的条件,但η-Co_3Al相消失以后,从γ相中析出的Al和Ni元素却为γ′相的生成提供了条件,γ′相开始形成并增加。     

镍基高温合金定向凝固斑点偏析的数值模拟研究

为了研究铸造高温合金中的斑点偏析，建立了描述多元合金凝固过程传输行为的数学模型。基于伪二元相图方法，模型给出了液相线温度与固相分数及液相多元溶质浓度的耦合关系式。利用该模型对Ni-5．8Al-15．2Ta（质量分数，％）合金铸锭的垂直定向凝固过程进行了模拟。结果表明：该模型能够反映多组元镍基高温合金凝固过程中斑点偏析的形成及发展过程。凝固界面前沿附近热-溶质双扩散对流引起的密度倒置，是诱发斑点偏析的主要原因。在糊状区中形成的偏析通道中，富集溶质从糊状区流向液相区，通道周围局部流动可以通过糊状区从液相区补充通道中的流动。凝固初期形成的通道不能稳定存在，多个通道合并促使局部凝固前沿优先生长，最终形成稳定的偏析通道。     

微量元素在Ni基合金凝固过程中分配行为的模拟

以多元合金系在凝固过程中组元的液固界面平衡方程,即组元在液固相中的化学位相等为基础建立了一个反映多元系凝固偏析的简易模型,利用它对多元合金系凝固初期的特征进行了定性描述,并对某些微量元素在Ｎｉ基合金凝固过程中的分配行为进行了计算模拟,得到的结果与实验结果较好地相符,从定性说明和计算模拟的角度,方便地确定出对Ｎｉ基合金凝固偏析起决定性作用的微量元素 。     

增压涡轮用镍基高温合金的凝固特性和热裂倾向性

研究了增压涡轮用镍基高温合金K418和K419的凝固特性和热裂倾向性。同时研究了合金元素的偏析行为和析出相。结果表明,凝固末期多种强枝晶间偏析元素在液相中的偏聚导致K419合金的凝固行为较K418复杂。多种元素在枝晶间剩余液相中的偏聚导致K419合金的液相线极低。K419合金凝固过程中漫长的剩余液相期的存在严重削弱了枝晶间结合力,增加了其热裂倾向性。基于一种热裂敏感区模型提出热裂倾向性系数判据,K419合金的热裂倾向性系数高于K418合金。     

二元合金激光快速熔凝过程的非Fourier模型

基于非Fourier定律，建立了脉冲激光加热条件下单相二元合金表面快速重熔和凝固过程的非平衡传热传质模型，并根据碰撞理论和Aziz的连续生长模型处理固／液界面，以解释快速熔凝过程界面动力学的非平衡效应，快速熔凝问题是涉及热质传输的移动界面问题，通过二阶精度的Von Neumann隐式差分格式和界面跟踪方法进行过程模型的数值求解。应用该模型，分析了Al-Cu二元合金的激光表面熔凝过程，结果表明，激光的高能量密度和非平衡界面动力学所引起的熔化过程和凝固过冷对于快速熔凝过程的影响很大，在快速熔凝过程中，界面速度的变化很大，且因基底材料和热流大小而不同，通过计算获得了界面温度，速度、溶质浓度及非平衡分配系数随界面位置的变化，结果显示，在凝固过程中界面速度和界面溶质浓度都存在着很大的波动。     

多元Al-Cu系合金凝固过程中显微偏析的计算模拟

以物质守恒方程,液固界面平衡方程为基础,提出一个反映多元合金系中组元间相互作用的凝固模型,并从应用的角度出发,对该模型进行了合理的简化,利用这个模拟对合金元素在多元Ａｌ－Ｃｕ系合金凝固过程中的行为进行计算模拟,所得的情况与实验结果相一致,表明这个多元系凝固模型可以为多元Ａｌ－Ｃｕ系合金化设计作出有效的预测。     

Al-Y包晶合金非平衡凝固过程及组织特征

包晶凝固过程中小平面-小平面两相复相生长方式是凝固领域研究的一个热点。以初生相和包晶相都是严格计量比金属间化合物的Al-Y包晶合金作为研究对象,利用DSC热分析技术,严格控制冷却速度,获得不同凝固条件的非平衡凝固试样,研究了两相为小平面相的Al-Y包晶合金的凝固行为。发现小平面-小平面包晶系合金包晶凝固过程中,非平衡凝固特性及宏观偏析特点比非小平面包晶系更加明显。凝固特征温度与平衡相图偏差明显,包晶反应温度和包晶相直接凝固温度都远高于平衡相图给定的值,相对于相图是在“过热”条件下发生的,而固溶体型包晶合金一般是在“过冷”条件下发生的。包晶转变过程非常微弱,致使初生相残留量远高于平衡相图。即使对于过包晶成分的合金,其凝固组织中仍存在大量的共晶凝固组织,最终得到的凝固组织与平衡相图存在显著差异。     

铈在253MA耐热钢中赋存状态的热力学分析

基于多相多组元反应平衡原理及凝固过程固液相界面的溶质再分配理论,建立了稀土耐热钢凝固过程中夹杂物析出与溶质元素微观偏析的耦合热力学模型,并通过工业试验验证了该模型的准确性。利用该模型系统研究了在不同铈含量、氧含量、硫含量条件下253MA耐热钢中固溶的铈含量。在本模型计算条件下,为保证耐热钢中较高的固溶铈含量,铈添加量(质量分数)须在0.025%以上;钢中的氧硫的质量分数应满足[%O]+[%S]0.009([%O]0.0046)及2[%O]+[%S]0.014([%O]0.0046)。     

多元合金耦合热力学数据非等温凝固的相场模拟

研究一种多元合金的非等温相场模型,定量地模拟工业多元合金的真实凝固过程,结合热力学和扩散迁移率的数据来预测整个系统中的相平衡、溶质扩散系数、比热容和放出的潜热。结果表明：这些参数不是常数,它们的值与成分和温度有关。没有这些参数,定量模拟多元合金的凝固几乎是不可能。在这个模型中,界面区域假设是由有同样化学势的固相和液相混合而成的,但组成不同。这个模型中同样考虑反溶质截流。一并将模型应用到工业Al?Cu?Mg合金的各向枝晶自由长大的凝固过程。     

含钛微合金钢凝固过程中TiN的析出行为分析

分别从热力学和动力学方面研究了低碳含钛微合金钢凝固过程选分结晶对TiN夹杂物析出的影响。热力学分析表明,液相线温度以上不会有TiN析出;由于凝固过程凝固前沿Ti、N元素富集,凝固分数达到0.377时,凝固前沿固相中开始析出TiN;凝固末期,Ti和N的富集程度进一步增大,固液相中均有TiN析出。动力学分析表明,随着冷却速度的降低,凝固过程TiN夹杂物的尺寸显著增加,当冷速高于50 K/s时,TiN的理论半径为5.5 μm,当冷速低于5 K/s时,TiN的理论半径在17.5 μm以上;固相中析出的TiN为纳米级别。铸坯中TiN析出物主要尺寸为1~5 μm,且大尺寸夹杂主要在铸坯厚度方向的1/4处和中心处析出,这表明铸坯中的大尺寸夹杂物是在凝固过程中析出的。