近平衡与亚快速凝固条件下K424高温合金的组织演化规律

采用差示扫描量热仪与铜模喷铸技术,研究了较宽冷速(0.17~100 K/s)范围内K424镍基高温合金的近平衡与亚快速凝固行为。利用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析仪对不同冷速作用下K424合金的γ基体相、γ′沉淀相、MC碳化物及共晶组织进行了表征,并对平均二次枝晶间距进行了定量分析。结果表明:冷速的提高有效细化了初生γ相,二次枝晶间距由0.17 K/s时的84μm显著下降到100 K/s时的5μm,同时导致γ′沉淀相的析出时间缩短,平均晶粒尺寸下降。亚快速凝固条件下所形成的过饱和固溶体在后续加热过程中发生沉淀相析出。枝晶组织的细化与溶质截留的发生,降低了凝固过程中成分偏析,有利于γ+γ′共晶相及碳化物尺寸的减小。     

K424合金的高温氧化行为和红外发射率研究

采用静态恒温氧化增质法测定了镍基高温合金K424在600～800℃温度范围内的氧化动力学曲线.结果表明,氧化动力学曲线遵循抛物线规律.EDXS分析表明,K424合金氧化膜的主要成分是Ni和Al的氧化物,此外还有少量Cr,Ti的氧化物.通过SR5000光谱辐射计量仪测量合金的红外发射率.结果表明,合金的表面状态、氧化时间,氧化温度对红外发射率均有较大影响.     

细化剂与冷却方式对K438合金组织和高温性能的影响

采用模壳面层细化与风冷/空冷相结合,研究了熔模精铸K438合金凝固组织及沉淀相形成规律,提出了改善合金高温力学性能的途径。结果表明,模壳面层细化为凝固过程提供了有效形核质点,促进凝固组织从柱状晶向等轴晶发生转变,有效地细化了合金的晶粒组织。风冷方式抑制了枝晶熟化和沉淀相粗化,显著降低二次枝晶间距及γ′析出相尺寸。截面等轴晶比例的增加有利于提高合金980℃/150 MPa高温持久性能。枝晶组织的细化及细小沉淀相的形成可以改善合金650℃高温拉伸强度,其中风冷试棒的高温屈服强度和伸长率分别为734 MPa和11%,相比空冷态分别提高了5%和41%。     

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。     

新型镍基粉末冶金高温合金中γ’相扇形组织形成以及演化行为研究

对新型镍基粉末冶金高温合金FGH98I进行不同工艺热处理,采用场发射扫描电镜和透射电镜等研究了合金中扇形组织的形成和演变.结果表明,FGH98I合金中扇形组织是由手指形二次γ’相枝晶和其间的γ基体组成,其形成具有择域特性,高度过饱和晶界的成分偏聚区可作为非均匀形核核心,通过自身浓度梯度扩散控制其长大、发展.标准时效处理使扇形组织长大和粗化,高温时效处理使扇形γ’相发生形态失稳,逐渐变成低能状态的稳定立方形状γ’相.     

铜模内径对亚快速凝固K424合金析出相的影响

采用阶梯铜模喷铸制备了不同内径的亚快速凝固K424合金,采用时效处理研究了原始非平衡组织状态对快冷合金γ'析出相析出的影响.结果表明:铜模内径的降低可以减弱合金凝固过程中的溶质偏析程度,缩短相变时间,抑制共晶相及析出相形成,有利于获得高固溶组织.经700℃时效30 min处理后,φ2合金由于形核驱动力高,临界形核半径小...     

NixAlyTiz添加剂对K4169高温合金铸态晶粒组织的影响

选用Ｋ４１６９Ｆｅ－Ｎｉ基高温合金,研究了向熔体中加入ＮｉｘＡｌｙＴｉｚ金属间化合物合金冷凝后的晶粒尺寸,枝晶组织等凝固组织特征的影响。结果表明,加入微量ＮｉｘＡｌｙＴｉｚ细化剂并控制合金液的均匀化处理过程可显著细化晶粒,将铸件整体晶粒细化至０．１－０．２ｍｍ,达到ＡＳＴＭ１－３级。同时,枝晶组织出现了由枝枝晶向胞状晶的转变,并且ＮｉｘＡｌｙＴｉｚ细化剂的加入对合金的结晶特性及凝固组织无不良影响。     

镍基高温合金铸造叶片表面细化机理的研究

选用K18合金和纯金属镍及不同的面层细化料,通过实验对比研究了镍基高温合金叶片表面晶粒细化机理.结果表明:在凝固过程中高温合金中的活性元素与面层涂料中的CoO·Al2O3发生置换反应,生成与基体晶格相近的难熔细小钴颗粒,促进叶片表面形核率的增加,使表面晶粒细化,从而提高叶片表面的抗疲劳性能.     

高Cr铸造镍基高温合金K4648凝固行为的研究

采用等温凝固淬火工艺与差热扫描量热相结合的方法对高Cr铸造镍基高温合金K4648的凝周过程进行研究,得到合金在不同温度下的等温凝固组织、相析出顺序图和凝固特性曲线.结果表明:K4648合金的液相线温度为1340℃,由DSC确定的宏观同相线(3.1%残余液相,体积分数,下同)和等温凝固泫确定的微观固相线(0.5%残余液相)温度分别为1248和1180℃.K4648合金固、液相线温度范围内的初生相主要为MC碳化物和α-Cr相,它们的析出温度分别为1310和1190℃.初生α-Cr相同溶30%(原子分数)以上的Ni,显微硬度是基体的3倍,是一种脆性相.凝固过程中Cr的严重枝晶间偏析促进了该相的形成,初生α-Cr相在铸造过程中应加以控制.     

高强耐蚀Ni-Co-Cr高温合金的组织稳定性

利用SEM，TEM及X射线衍射分析技术观察了高强耐蚀Ni-Co-Cr高温合金不同温度（704，750，849℃）长期时效1000h及700℃长期时效至5008h过程中的组织演变过程。结果表明，700℃即使长期时效5008h，γ‘相粗化缓慢，而且没有发现TCP相（如σ相）的析出。当温度升高到750℃，γ‘相迅速长大。晶界上碳化物析出增多，并析出片状的η相。导致合金冲击性能下降。温度达到849℃时，析出大量的η时。甚至形成魏氏组织形貌。由此可见，该合金在700℃时具有较好的组织稳定性。     

A Model Describing Solidification Microstructure Evolution in an Inoculated Aluminum Alloys

A population dynamics-cellular automaton(PD-CA) model is developed to describe the microstructure formation in an inoculated Al alloys. The model involves the dynamics behaviors of the inoculated particles and the nucleation, initial spherical growth of nuclei as well as the subsequent dendritic growth. The model was validated by using the experimental results for the Al-Cu alloys inoculated by Al–Ti–C refiner first, and then used to simulate the detailed solidification process in an inoculated Al–Cu alloy. The results indicate that the TiC is not stable in Al melt. The heterogeneous nucleation process consists of two stages: a very short initial stage dominated by the cooling rate and the later stage dominated by the number of the active TiC. It stops at the very moment the recalescence occurs. The average grains size d of the aluminum alloys aw))inoculated by the Al–Ti–C refiner can be calculated by d(μm) =■ where Q is the cool factor, C_0(%) is the initial solutes composition, w(%) is the additive amount of Al–Ti–C refiner. t(min) is the holding temperature time since the Al–Ti–C refiner is added into the melt. a and b are the constants.     

抽拉速率对含Ru镍基单晶高温合金凝固组织的影响

研究了不同抽拉速率对含Ru镍基单晶高温合金凝固组织的影响.结果表明,随着抽拉速率的加快,单晶合金的铸态组织由粗枝状晶向细枝状晶演变,枝晶干和枝晶间的γ′相尺寸减少,合金元素的偏析降低,γ-γ'共晶含量减少,NiAl基β相含量逐渐降低.同时,抽拉速率对合金的相变温度影响不大.     

K424合金镀金膜后红外发射率变化

研究了表面镀金膜的K424合金在热处理前后红外发射率的变化和变化机制.XRD分析结果表明,在热处理后基体金属元素扩散到金膜中,并主要形成了Cr在Au中的固溶体-Au0.7Cr0.3.EDXS分析表明,粗糙表面镀金膜的试样在热处理后,表面主要形成了基体金属元素的氧化物;而抛光表面镀金膜的试样,其表面仍为金膜.通过SR5000光谱辐射计量仪测量合金的红外发射率,结果表明,合金的表面状态和热处理对红外发射率均有较大影响.     

凝固参数对DZ125合金叶片类铸件微观组织和性能的影响

应用高速凝固定向凝固方法研究凝固工艺参数(抽拉速度、模壳保温温度)对DZ125高温合金铸件组织及性能的影响。结果发现,升高模壳保温温度可大幅度提高温度梯度,并制备出晶粒挺直度更为优良的铸件。枝晶组织及γ′析出相在壁厚较大部位更为粗大,且均随着抽拉速率及模壳保温温度的提高得到细化。显微偏析随抽拉速率的增加先减轻后加重,随模壳保温温度的提高部分元素偏析加重,部分元素减轻;γ+γ'共晶含量随抽拉速率的增大和模壳保温温度的提高而减少。铸件经标准热处理后,枝晶组织模糊不清,γ'析出相由于凝固参数变化而引起的差异显著减轻,且共晶组织几乎全部消除。抽拉速率变化对热处理态铸件性能无显著影响,但温度梯度的提高改善了铸件晶粒的挺直度,减小了晶粒偏离轴向的角度,提高了铸件性能。     

FGH96高温合金的再结晶组织特征

FGH96高温合金的再结晶主要包括孕育期、形核期和晶核长大期。再结晶形核与长大对温度非常敏感:当变形量较小时,在1050℃充分形核,在1080℃再结晶晶核等轴化过程稳定,能够得到均匀细小的等轴晶,而当温度高于1110℃时,再结晶等轴晶粒显著长大;随着变形量的增大,获得细晶粒的温度由1110℃降低到1080℃左右。促进形核、抑制晶粒长大均有利于晶粒细化。另外,再结晶优先在原始颗粒边界发生,当变形不充分时,内部残留未再结晶区,得到不完全再结晶组织,即"项链"组织。同时,这种组织也是粉末冶金材料晶粒细化过程中必然存在的中间态特征组织,随着变形方向的增加、累积变形量的增大,原始颗粒中心区域能够发生再结晶,"项链"组织也逐渐转化成等轴细晶组织。     

K4169铸件凝固温度场及晶粒组织计算机模拟

研究了在PRO/E和ANSYS软件环境下对复杂铸造系统进行联合建模的方法,采用PRO/E构建K4169高温合金壳体铸件,导入ANSYS软件构建铸造系统并对其凝固过程中的温度场进行模拟,得到铸件各点温度随时间的变化规律及其温度场的分布特征。根据铸件中各特征点的冷却曲线,采用非连续形核模型获得晶粒组织特征值,基于元胞自动机的方法实现镍基高温合金铸件关键部位凝固组织演变过程的可视化仿真。模拟结果与实测晶粒组织符合较好。     

617B镍基高温合金长期时效组织演变

对617B合金在650、700、750℃分别时效至3000 h并通过光学显微镜、场发射扫描电镜以及能谱分析其在时效过程中的组织演变规律。经研究发现,在时效过程中617B合金中主要的析出相为γ'相、富Cr、Mo的M_(23)C_6。650℃/600h后开始析出γ'相,且随着时效时间的延长以及温度的提高发生一定程度的粗化。低于700℃时效,γ'相的粗化满足传统的LSW理论,而大于750℃长期时效则转变为以团聚为主的粗化方式。晶界碳化由细小不连续分布的锯齿状逐渐粗化转化为连续的网状结构,晶内碳化物析出增多。750℃高温长期时效,碳化物存在与基体、γ'相之间的相互作用。     

Effect of Directional Solidification Methods on the Cast Microstructure and Grain Orientation of Blade Shaped DZ125 Superalloy

对应用液态金属冷却(LMC)和高速凝固(HRS)方法制备的叶片状高温合金铸件的铸态组织进行了研究,以比较2种定向凝固方法的优缺点。分别对沿铸件凝固方向不同截面位置处的晶粒取向、一次枝晶间距和γ′ 相尺寸进行了分析。结果表明,对于HRS铸件的中部截面,枝晶的<001>方向偏离铸件轴向的最大角度在抽拉速率由40 μm/s提高至110 μm/s的过程中不断减小。在70 μm/s的抽拉速度下,LMC铸件中部截面处的中心区域内晶粒的最大偏离角度要大于HRS铸件的相应位置处的偏离角,但是晶粒的整体取向却呈现较HRS铸件更集中的趋势。铸件顶部截面处的枝晶组织比中部截面处要粗大,这种现象在HRS铸件中更严重。γ′ 相尺寸在铸件由叶身位置凝固至平台位置的过程中不断粗化。但当抽拉速率高于70 μm/s时,叶身位置和平台位置之间γ′ 相尺寸之间的差异在LMC铸件中更小     

新型Al-5Nb-RE-B合金组织和细化效果研究

采用熔体反应制备了组织均匀的Al-5Nb-RE-B中间合金,研究了该中间合金对A356铝合金的细化效果。结果表面,添加1 wt.%的Al-5Nb-RE-B中间合金后,A356铝合金的晶粒度从原来的800um细化为200um。不同冷速下的研究结果表明,Al-5Nb-RE-B中间合金具有较低的冷速敏感性。