液态金属冷却定向凝固设备的研制

介绍了一种新型的液态金属冷却定向凝固设备,可以实现高温合金的熔炼、高速凝固(HRS)和液态金属冷却(LMC)定向凝固工艺。并对设备的炉体结构、抽拉系统、加热系统,液态金属冷却系统以及辐射挡板进行了介绍。     

液态金属冷却法在高温合金定向凝固中的应用

简述了国内外对单晶涡轮叶片和大尺寸燃气轮机叶片的需求,介绍了国内外液态金属冷却法定向凝固的发展及现状、冷却用液态金属的选择以及凝固参数控制,对液态金属冷却定向凝固中的传热过程进行了分析,论述了液态金属冷却定向凝固在铸件组织控制、性能优化、缺陷消除等方面的优势,展望了液态金属冷却法定向凝固的发展方向.     

高梯度定向凝固设备

介绍自行研制的新型高梯度定向凝固设备及各系统的主要功能和结构设计特点。     

液态金属电磁离心凝固的力场分析

运用磁流体动力学原理，对在稳恒磁场中高速旋转的液态金属凝固时的受力状态进行了理论解析，结果表明在电场力场，离心力场和重力场共同作用下，旋转液态金属中受到大小周期变化的径向压力和切向分力，后者起电磁搅拌作用，是细化电磁离心凝固组织的根本原因。     

高温金属间化合物的定向凝固特性

高温金属间化合物是一类重要的高温结构材料，其中Ti-Al及Ni-Al等许多合金系在凝固时都存在连续的包晶反应。本文就包晶合金凝固的特性从多方面加以总结和分析。凝固过程中的包晶相变对组成相的生长与取向有不同的影响。除此之外，定向凝固包晶反应过程中，相的竞争与选择及界面形态的演化也将同时对金属间化合物的凝固组织产生重要的影响。在考虑了界面温度对生长速率的响应后，可以发现生长速度超过某一值后亚稳相将析出，而根据凝固条件不同可以以不同的凝固方式进行长大，形成如带状、浅胞状和枝／胞双相共生等形式的组织，其中共生组织更有利于提高材料的单向力学性能。虽然定性的分析已获得某些规律，但作为工程应用的具有包晶反应特点的高温金属间化合物的定向凝固研究还极不充分，需进行大量的、基础的理论与实验研究。     

超强磁场定向凝固试验装置的研制

将强磁场与LMC定向凝固技术相结合,研制出了一套新型强磁场下定向凝固装置.该装置兼有快速液淬固定液固界面的功能,其主要性能指标为温度梯度GL=260℃/cm,最高温度1600℃,抽拉速度R=0.5～104μm/s,定向凝固在充H2或惰性气体保护气氛下进行.定向材料最大尺寸为φ10×150(mm).通过调整试样、加热温度及凝固速率,可满足各种不同要求的定向凝固试验.     

液态金属冷却法制备单晶铸件凝固过程的实验与模拟

利用高温度梯度定向凝固技术--液态金属冷却LMC(liquid metal cooling)技术制备了单晶铸件,采用ProCAST 限元模拟软件包计算了LMC定向凝固工艺下,不同抽拉速度单晶高温合金铸件定向凝固过程的温度场,预测了拉速对单晶生长缺陷的影响.结果表明,模拟结果与实验结果吻合良好,计算的温度曲线在1100℃以上与实测温度曲线相比误差小于5%;随着抽拉速度的增加,凝固界面下凹,曲率增加,铸件缘板处出现杂晶的倾向增大.     

抽拉速率对定向凝固叶片状DZ125高温合金微观组织的影响

应用液态金属冷却(LMC)和高速凝固(HRS)定向凝固技术,对DZ125高温合金叶片状铸件在不同抽拉速率下的组织演变规律进行了研究,并对比研究了LMC和HRS法所得铸件的微观组织.结果表明,同一定向凝固方法下,随抽拉速率的提高,铸件枝晶组织及γ′析出相得到细化;应用LMC技术所制备铸件的枝晶组织和γ′析出相较相同抽拉速率HRS方法时更为细小;相同工艺参数下LMC和HRS方法所制备铸件一次枝晶间距的差异随铸件壁厚及抽拉速率的增大而更显著.通过对固/液界面前沿温度梯度进行估算发现,LMC方法可获得更高的温度梯度,且其温度梯度受抽拉速率变化影响较HRS更小.除70μm/s抽拉速率外,LMC法所得γ+γ′共晶组织的含量均显著少于HRS方法;70μm/s抽拉速率时,LMC法产生的偏析较严重,而其余凝固条件下偏析程度较相同工艺参数下HRS轻.110μm/s抽拉速率时,HRS方法较LMC方法制备铸件中MC型碳化物尺寸更大.     

高温度梯度定向凝固振荡性微观结构的特征和开成机制

利用新型高温梯度（ＧＬ＝２５６－１３００Ｋ／ｃｍ）定向凝固装置，研究了粒晶法制备含亚结构的镍基高温合金ＤＤ３单晶及二元模型合金Ａｌ－０．８５％Ｃｕ晶体生长过程的组织演化与选择特征中的非稳态组织特性，特别是定向胞状振荡性微观结构的组织特性及其与定向凝固江艺条件的关系，并将其与在晶体生长透明有机物模拟装置－Ｊａｃｋｓｏｎ温度平台（ＧＬ可达１５０Ｋ／ｃｍ）上原位观察到的ＣＢｒ４定向生长结果相对比，从而分     

定向凝固试验研究现状

回顾了传统定向凝固的发展概况，指出了其存在的弊端，介绍了国内在新型定向凝固技术方面的发展，综述了国内近些年在电场作用、对流（包括自然对流和强制对流）、变速生长以及熔体过热等条件下的最新定向凝固试验研究进展，对今后定向凝固的研究方向作了展望。     

高温合金叶片定向凝固的微机控制

通过计算机系统对高温合金定向涡轮叶片的凝固过程实现控制,减小生产过程中随机因素波动对叶片生产质量的影响。通过实验模索出了K5和DZ38G两种材料的斯贝发动机涡轮叶片凝固过程归佳抽拉曲线。实验证明,在计算机控制系统和这种条件下,叶片的宏观和微观组织都有明显的改进和提高。     

定向凝固和单晶高温合金的再结晶

本文系统分析了定向凝固和单晶高温合金再结晶的特点、危害以及影响再结晶的主要因素,阐述了再结晶的物理本质.再结晶行为受合金元素、变形程度、热处理温度及时间、变形速率、变形工艺等的影响.再结晶的物理本质是由铸态γ'相溶解控制的高能态畸变组织向低能态无畸变组织转变的过程.镍基定向凝固高温合金再结晶开始温度在1050℃左右,钴基定向凝固高温合金在1100℃左右.定向凝固和单晶高温合金的动态再结晶行为主要与高温氧污染和自由表面有关.再结晶对高温持久、疲劳性能影响较大,含再结晶层的断口源区表现为沿晶断裂.目前定向凝固构件上的再结晶检测普遍采用金相方法.     

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。     

单晶高温合金定向凝固过程中晶体竞争生长观察

本文选用镍基单晶高温合金，用籽晶法控制各晶粒的晶体取向，进行了多晶组合的竞争生长实验，模拟了定向凝固中不同晶体取向晶粒间的生长过程与竞争规律，结果表明：晶粒的竞争生长过程取决于晶粒的相对取向关系及其与热流方向的夹角，择优生长方向与热流方向最接近的晶粒将淘汰其它晶粒并逐渐占据整个试样截面，当两个晶粒的择优生长方向都与热流方向不平行且大发散角方式组合时，两晶粒间可出现第三个晶粒并最最终扩展至整个试样截     

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...     

定向凝固方法对叶片类DZ125高温合金铸件显微组织及晶体取向的影响(英文)

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40μm/s提高至110μm/s的过程中不断减小。在70μm/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70μm/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。     

液态金属电磁离心凝固的力场分析

运用磁流体动力学原理，对在稳恒磁场中高速旋转的液态金属凝固时的受力状态进行了理论解析，结果表明在电磁力场、离心力场和重力场共同作用下，旋转液态金属中受到大小周期变化的径向压力和切向分力，后者起电磁搅拌作用，是细化电磁离心凝固组织的根本原因．     

定向凝固高温合金DZ125的修复热处理

对实际生产中叶片在真空热处理工序可能出现的问题，如设备故障造成的欠温、保温不足、冷却速度偏低等进行了模拟，研究了修复热处理对DZ125合金组织和性能的影响。结果表明，出现上述情况时，可以对DZ125合金叶片进行修复热处理。     

多功能电磁成形定向凝固设备的研制

电磁成形是一种先进的材料成形加工技术,应用该技术不仅可以实现金属的无坩埚熔化,而且还可以达到无铸型成形的效果,避免了材料在冶炼和成形中的污染,介绍一台自行研制的多功能电磁成形定向凝固设备,该设备不仅可以实现电磁成形定向凝固功能,而且还可以实现HRS法、LMC法和ZMLMC法等定向凝固工艺,超宽的调速范围、稳定的运动性能以及高的真空度和温度梯度使该设备能够完成许多前沿性的科学研究工作。     

TiAl金属间化合物的定向凝固和晶向控制

在航空航天及能源领域有重要应用价值的TiAl基合金，由于其γ α2片层结构的特点，采用定向凝固技术控制片层方向可以更好地发挥其潜能。从相与组织选择及晶体择优生长特性角度，讨论了具有包晶反应的高温γ-TiAl合金的定向凝固与晶向控制，分析了晶向控制中引晶、合金化、调节成分与凝固参量及它们的综合作用所得到的结果与存在的问题，并提出了此领域今后应注意的方面。