一、定向凝固合金叶片的裂纹与再结晶研究(论文文献综述)
雷艺[1](2020)在《DD483和PWA1483定向凝固镍基高温合金表面再结晶行为的研究》文中进行了进一步梳理定向凝固镍基高温合金具有优异的高温力学性能,被广泛应用于制造燃气轮机的涡轮叶片。在叶片的清壳过程通常采取喷砂或喷丸清理的方法,这些工艺导致的冷变形基本处于表面,使得叶片表面在后期高温服役过程中极易发生再结晶,形成的再结晶组织与原始柱状组织截然不同,会严重降低叶片的持久寿命和疲劳寿命。因此,研究喷砂/丸对定向凝固镍基高温合金再结晶的影响有重大意义。另外在实际生产中发现,存在一些小的喷砂压力或者喷丸压力下叶片表面发生了再结晶,因此本文对DD483和PWA1483叶片铸件进行了不同喷砂/丸压力的表面清理后在服役温度(1100℃)附近保温4h和16h后,研究了试样表面的再结晶行为及其组织演变,得到了以下结论:(1)两种合金在0.4-0.7MPa的喷砂/丸压力清理后都能得到有效的表面清理和粗糙度的降低,且清理效果基本相同。喷丸后合金试样表面引入的残余应力比喷砂小。相同的喷砂/丸压力下PWA1483合金表面的残余应力比DD483合金小。(2)喷砂和喷丸后的两种合金经1100℃保温4h和16h后,Al、Ti等元素在表层的扩散消耗了γ’相的主要形成元素,在氧化层Ⅰ区)下方形成了有利再结晶形核的再结晶区(Ⅱ区)。喷砂退火后的两种合金在Ⅱ区形成不连续Al2O3的同时伴随着Ⅱ区以下TiN的形成,称该区域为组织失稳区(Ⅲ区),而喷丸没有Ⅲ区。(3)随着保温时间的延长,胞状再结晶倾向越来越大,且喷砂的两种合金胞状再结晶倾向比喷丸大。喷砂/丸的PWA1483合金经1100℃保温后的胞状再结晶倾向比DD483合金小。喷砂后的两种合金在保温4h时表层已经发生了不完全等轴再结晶,此时已经有细小的新的晶粒产生,保温16h时晶粒有所长大,等轴再结晶倾向增大。(4)两种合金在不同喷砂/丸压力下的再结晶深度与喷砂/丸表面实际应力的变化趋势一致,保温时间越长,再结晶深度越大。喷砂/丸压力为0.6MPa下DD483合金表面所引入的压应力最小,再结晶厚度也相对较小,因此适合DD483合金的最佳表面喷砂/丸压力为0.6MPa,同理可得PWA1483合金的最佳表面喷砂/丸压力为0.5MPa/0.6MPa。
张健,王莉,王栋,谢光,卢玉章,申健,楼琅洪[2](2019)在《镍基单晶高温合金的研发进展》文中研究表明本文概述了近年来镍基单晶高温合金的研发进展。在合金研制方面,总结了单晶合金近几年的发展及其成分设计方法。针对单晶合金常见的变形和损伤、失效机制,分别介绍了单晶合金蠕变、疲劳、氧化及热腐蚀机理,以及单晶合金中常见缺陷对力学性能的影响。在单晶叶片制造工艺方面,总结了高速凝固、气冷、液态金属冷却、以及流态床冷却等几种常见定向凝固工艺的研发和应用现状,并介绍了单晶叶片中几种常见缺陷的形成机制和相关控制技术。此外,本文还讨论了单晶高温合金及单晶叶片在应用基础研究领域面临的困难和挑战。
陈占兴[3](2019)在《电流作用下TiAl合金凝固组织和力学性能研究》文中提出TiAl合金密度较小、比强度和比模量高、高温抗蠕变及抗氧化性能好,具有良好的力学性能、物理性能及特殊的机械性能,是军事、航空航天推进系统的静止件和转动件的最佳候选材料之一,亦是汽车增压涡轮和排气阀等高温部件的理想用材。然而,TiAl合金的室温塑性与断裂韧性不足,成为TiAl合金领域需要解决的问题,也是制约TiAl合金继续发展和扩大应用的关键问题。将电流处理作为一种外场技术作用于TiAl合金的凝固过程,能够细化凝固组织,又避免了高活性的TiAl合金熔体采用化学细化时引入细化剂。本文将直流电流和脉冲电流作用于Ti-4822合金的凝固过程,研究电流形式和电流参数对TiAl合金的柱状晶生长偏离角度、柱状晶宽度及生长连续性、凝固界面形貌、片层厚度及取向、合金偏析的影响,调节凝固行为和优化凝固组织,并揭示电流在TiAl合金凝固组织形成的作用机理,测试不同参数电流作用下TiAl合金的力学性能,分析电流参数、TiAl合金凝固组织及其与力学性能的相关性。利用Ansys软件模拟电流作用下TiAl合金熔体中的磁场和Lorentz力的分布情况。直流电流作用下的TiAl合金熔体中的磁场和Lorentz力均是由表及里逐层减弱,熔体中心处的磁感应强度B或Lorentz力最小,熔体沿半径方向磁感应强度变化幅度大于沿轴向磁感应强度的变化幅度;熔体内磁场或Lorentz力随着直流电流密度增大而增强。加载脉冲电流的TiAl合金熔体中的磁感应强度B或Lorentz力集中于熔体的集肤层内,并由集肤层向两侧衰减,脉冲电流的电流密度或脉冲频率越高,集肤效应就越显着,集肤层内的磁感应强度B和Lorentz力就越大;在集肤层内沿轴向方向的磁感应强度和Lorentz力的分布较均匀。在Ti-4822合金定向凝固过程中加载直流电流产生Joule热抵消了径向传热,加载电流密度增大时,在TiAl合金熔体棒中产生的Joule热增多,造成沿轴向温度梯度增大,使柱状晶生长连续性增大、柱状晶的生长偏转角减小、凝固界面下凹程度减轻;Joule热造成枝晶重熔和碎断,增大形核率和过冷度,促进柱状晶细化;电流作用促进了熔体成分均匀化和合金组织的均匀性提高、微观偏析减少。凝固组织中的柱状晶生长偏离角减小和生长连续性增加、柱状晶和片层细化、小角度片层数目增多、凝固组织中偏析减小,导致合金的力学性能明显提高。随着直流电流密度增大,Ti-4822合金的高温压缩性能、室温拉伸性能和断裂韧性呈先增大后减小的变化趋势。在电流密度为64 m A/mm2时,Ti-4822合金的800°C高温压缩屈服强度及抗压强度达到最大分别为1050 MPa和1310 MPa,比未加载直流电流时分别提高了131.8%和25.3%,室温屈服和抗拉强度达到最大分别为526 MPa和563 MPa,断裂韧性达到最大为23.25 MPa·m1/2,而在电流密度为96 m A/mm2时,拉伸伸长率达到最大为0.90%。在Ti-4822合金定向凝固过程中加载脉冲电流,产生Joule热效应和集肤效应抵消了径向传热,从而造成沿轴向温度梯度增大。在增大脉冲电流密度或频率的过程中,柱状晶生长连续性增大、柱状晶生长的偏转角减小、凝固界面更加平直,溶质元素偏析度减小。脉冲电流的磁场压力引起过冷度增大,从而增加形核率,导致一次枝晶间距减小。脉冲电流的电流密度或频率越大,脉冲磁压力以及熔体生长过程受到的扰动也越大,固/液界面前沿将越容易失稳,脉冲电流的作用效果也越显着。当加载脉冲电流频率不变,随着脉冲电流密度增大,Ti-4822合金的高温压缩、室温拉伸和断裂韧性都呈先增大后减小的变化趋势;在脉冲电流密度为64 m A/mm2不变时,高温压缩屈服强度及抗压强度达到最大分别为1020 MPa和1396 MPa,比未经脉冲电流处理时分别提高了128%和34.2%,室温拉伸屈服强度达到最大为557 MPa,断裂韧性达到最大为25 MPa·m1/2;电流密度为96 m A/mm2时,抗拉强度达到最大为595 MPa,伸长率达到最大为0.97%。当加载脉冲电流密度不变,随着脉冲电流频率增大,Ti-4822合金的高温压缩、室温拉伸和断裂韧性均增大;在脉冲电流频率为200 Hz时,高温压缩屈服强度及抗压强度达到最大分别为1255 MPa和1370 MPa,比未加载脉冲电流处理时的材料分别提高了180.6%和31.7%,室温拉伸屈服强度和抗拉强度最大分别达到为568 MPa和605 MPa,断裂伸长率为0.93%,断裂韧性最大达到26.5 MPa·m1/2。经过电流处理的Ti-4822合金力学性能提高的主要原因是晶粒的细化和偏析减小。
刘石球[4](2019)在《TiAl基合金凝固组织及热处理纳米化强韧机制研究》文中提出目前,TiAl基合金作为一种先进高温结构材料已初步应用于航空发动机和汽车耐热部件的制造,但室温脆性、相对较低的强度以及成形性能差等缺点限制了其大规模工业化应用。因此,进一步实现TiAl基合金的强韧化具有重要意义。然而,现有强韧化方法(例如热加工和PST单晶制备)存在成本高和技术成熟度低等问题,难以满足实际生产的需要。研究发现,快冷非平衡凝固TiAl基合金经热处理会获得纳米片层组织,这有利于实现TiAl基合金强韧化,但目前并没有对这一结果进行拓展研究。同时,鉴于铸造与热处理工艺的低成本和易实施性,本文提出了一种TiAl基合金非平衡凝固与热处理相结合的强韧化方法,并对其所涉及的组织演变规律和热处理纳米强韧化机制进行了基础研究。本文针对TiAl基合金非平衡凝固结合热处理强韧化方法中两种具有代表性的情况(快速凝固/常规非平衡凝固+热处理)进行了研究。首先,采用电磁冷坩埚分别对包晶凝固Ti-48Al-2Cr-2Nb和β凝固Ti-45.5Al-4Cr-2.5Nb合金进行了熔体淬火和连续铸造,然后对所制备试样进行了热处理实验。主要研究了快淬和冷坩埚连铸TiAl基合金凝固组织、凝固组织在热处理过程中的演变、力学性能以及变形纳米孪晶的形成和强韧化机制,从而揭示了非平衡凝固和热处理相结合方法的强韧化机制。通过采用将Ti-48Al-2Cr-2Nb合金熔体淬火于Ga-In液中的方法制备出了一种非常细小和均匀的快速胞晶组织,这种胞晶组织主要由α2相组成,其生长长度和胞晶间距分别为358460μm和0.683.6μm。快速胞晶组织的形成源自Ga-In合金液对合金熔滴最外层极快速的冷却作用,其生长行为主要受传热过程的影响。快速胞晶在生长过程中的冷却速率变化范围为2.61×1061.26×105 K/s,相应的生长速率范围为1638 mm/s。Ti-45.5Al-4Cr-2.5Nb母合金的微观组织主要包括由块状γ和B2相组成的耦合组织和B2/γ片层组织,该合金的平衡凝固路径为:L→L+β→β→β+α→α→α+γ→B2+α+γ→B2+α2+γ。连铸Ti-45.5Al-4Cr-2.5Nb合金的宏观晶粒尺寸随着抽拉速率的增加先减小后增大,并在抽拉速率为1.5 mm/min时达到最小值。连铸合金主要由γ、B2和α2三相组成,其微观组织主要由片层组织基体和分布其中的长条状耦合组织组成;随着抽拉速率的增加,片层区域宽度先减小后增加,并在抽拉速率为1.5 mm/min时达到最小值。随着抽拉速率的增加,连铸合金的B2相含量先减少后增加,在抽拉速率为1.2 mm/min时达到最小值,而B2相的含量主要取决于其中Cr含量,并随着Cr含量的增加而减少。快速胞晶组织为处于高能量状态的亚稳组织,在6941180℃加热过程中的组织演变规律为:在694℃时转变为具有α2/γ纳米片层亚结构的胞晶组织;在900℃时,快速胞晶组织几乎全部转变为γ相,并开始以再结晶的方式转变为等轴晶组织;当温度升高至976℃时,在γ相等轴晶间和晶内开始析出α2相;当在1000℃保温30 min后,快速胞晶组织完全分解为近γ等轴晶组织。Ti-45.5Al-4Cr-2.5Nb合金(α+γ)两相区的温度范围为11971275℃,其连铸非平衡凝固合金(抽拉速率为1.5 mm/min)在1250℃经不同时间保温后所制备的热处理合金,仍主要由γ、B2和α2三相组成,但耦合组织明显减少,且B2/γ片层组织几乎全部转变为α2/γ片层组织;热处理合金由“原始晶粒”和重结晶晶粒组成,随着保温时间的增加,“原始晶粒”中的耦合组织呈先减少后增加的趋势,并在保温时间为2h时达到最少。连铸非平衡凝固合金因相对较快的冷却速率和大的相变应力产生了大量高密度位错等亚结构,在1250℃保温2h后,高密度位错分解为大量肖克利不全位错和层错;热处理合金的片层间距随着保温时间的增加先减小后增大,并在保温时间为2h达到平均最小值(77.38 nm)。快速胞晶组织的纳米硬度平均值为8.457 GPa,比一般的组织形态提高了1560%,并且其纳米硬度与胞晶间距之间存在Hall-Petch关系。快速胞晶热处理组织的纳米硬度随着热处理温度的升高先减小后增加,在700℃热处理之后获得了最大的纳米硬度(平均值为8.697 GPa)。快速胞晶经700℃热处理后所获得的具有纳米片层亚结构的胞晶组织能进一步提高快速胞晶组织的强韧性,因此能够有效实现TiAl基合金的强韧化。连铸Ti-45.5Al-4Cr-2.5Nb合金的抗拉强度随着抽拉速率的增加先增大后减小,并在抽拉速率为1.5 mm/min时达到最大值(380.34 MPa);热处理合金的抗拉强度随保温时间的增加先增大后减小,然后又增大,并在保温时间为2h时达到最大值(450.76 MPa);采用连铸非平衡凝固和热处理相结合的方法可以使母合金的室温抗拉强度和伸长率分别最大提高69.28%和230.77%。通过对Ti-45.5Al-4Cr-2.5Nb母合金、连铸非平衡凝固合金和热处理合金的拉伸断裂行为及变形行为进行系统的研究,以及对变形孪晶的形核过程进行热力学分析,揭示了连铸非平衡凝固和热处理相结合方法的强韧化机制,即均匀细小的宏/微观组织结构大幅减小了TiAl基合金在变形过程中的应力集中,使合金初步强韧化;热处理合金中产生的大量肖克利不全位错和层错可作为变形孪晶的有效异质形核位点,使其在变形过程中形成高密度纳米孪晶,最终实现了TiAl基合金的显着强韧化。
黄顺友[5](2019)在《CoCrFeNi系高熵合金定向凝固组织与力学性能》文中研究指明高熵合金良好的高温稳定性和慢扩散效应使其具有作为高温结构件材料应用的潜力,然而对高熵合金单晶体的研究寥寥无几,使得高熵合金在高温领域的应用没有得到充分挖掘。本研究以FCC结构FeCoCrNi系高熵合金为研究对象,通过布里奇曼法对高熵合金进行定向凝固,辅以界面快速淬火的方式研究合金元素Al和Mo对高熵合金定向凝固的固液界面形态、溶质再分配以及晶体生长方式的影响;通过增减主元数改变高熵合金构型熵,形成单相、均质、同结构的高熵合金,研究构型熵对高熵合金定向凝固行为的影响;对制备出的高熵合金单晶体进行力学性能分析,以冷轧变形和退火二次硬化的方式对高熵合金单晶材料进行强化。实验结果表明:对于非均质,但具有单相FCC结构的高熵合金Al0.3CoCrFeNi和Mo0.2CoCrFeNi,Al和Mo在合金中以溶质形式存在,并显着降低了定向凝固界面的稳定性。对于均质、单相FCC结构的高熵合金CoCrNi和CoCrFeNi,随着构型熵的增加,界面张力增大,固液界面稳定性越好,枝晶尖端圆角半径越小,侧向分枝结构比尖端分叉结构更为稳定,易形成二次枝晶。对于均质、单相BCC结构的高熵合金AlCoCrFeNi,在抽拉速度大于50μm·s-1时晶体生长滞后,大量自由形核在界面前沿形成,堵塞了原有树枝晶的生长通道,凝固过程变为液相中自由形核并长大的过程。树枝晶的生长方式对竞争行为影响很大,在具有较强枝晶尖端分叉不稳定性的合金中,枝晶能在尖端分裂-竞争生长-分裂的循环方式下发生偏转,最终枝晶的一次主干逐渐平行于热流方向,并且枝晶分叉会取代一次晶轴参与枝晶的竞争生长,枝晶尖端分叉造成的生长角度变化会使得枝晶可以在两个方向上占据有利的竞争地位,更易于形成反常淘汰。在定向凝固行为研究结果的指导下,制备出了Al0.3CoCrFeNi、Mo0.2CoCrFeNi、Al0.2Mo0.2CoCrFeNi、Al0.4CoCrFeNi四种高熵合金单晶体,并对单晶体进行了拉伸力学性能测试,其中Al0.2Mo0.2CoCrFeNi和Al0.3CoCrFeNi塑性最好,延伸率达到了170%。四种高熵合金单晶体经应变率为78.6%冷轧和500℃退火120分钟处理后,强度均提升将近10倍,其中Al0.2Mo0.2CoCrFeNi抗拉强度最高,达到了2.2 GPa,拉伸断裂方式表现为脆断。组织分析结果表明:Al0.2Mo0.2CoCrFeNi单相FCC单晶中形成了少量FCC有序相和大量纳米亚晶粒;Al0.4CoCrFeNi中形成了少量的L12有序相。Al0.3CoCrFeNi与Al0.4CoCrFeNi高熵合金单晶在轧制后低角度界面数量增加,但仍保持原有的单晶状态;Mo0.2CoCrFeNi和Al0.2Mo0.2CoCrFeNi高熵合金单晶在轧制和退火处理后形成了大量高角度界面,其中Mo0.2CoCrFeNi新增加了大量的[111]取向织构,Al0.2Mo0.2CoCrFeNi产生了大量的[111]与[100]取向织构,未能保持原有的单晶状态。
王琪[6](2019)在《冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金蠕变行为》文中研究说明TiAl基合金具有密度低、比强度高、抗氧化和抗蠕变性优异等特点,是一种性能优异的航空发动机轻质叶片材料。高Nb-TiAl合金在保证合金室温性能的同时,可大幅提升合金的高温蠕变性能,但关于温度及外加应力对高Nb-TiAl合金蠕变性能的影响目前还缺乏系统性研究。冷坩埚定向凝固技术可制备大尺寸无污染定向凝固TiAl合金坯锭,其设计目的之一是提高TiAl合金高温蠕变性能,但目前缺乏此方面研究。本文将传统铸造与电磁冷坩埚定向凝固相结合,系统地研究了高Nb-TiAl合金的蠕变行为,揭示了TiAl合金蠕变脆-韧转变机理,提出了提升高Nb-TiAl合金蠕变性能的方法;基于蠕变研究结果,借助冷坩埚定向凝固技术制备成分梯度TiAl合金,对合金成分进行优化,获得了一种室温力学性能与高温蠕变性能优异的Ti-47Al-6Nb-0.1C合金;并进行最终定向凝固,确定了定向组织与室温力学性能和高温蠕变性能之间关系。对铸态高Nb-TiAl合金蠕变行为研究表明,合金在蠕变时存在脆-韧转变温度区间,在该温度区间表现为蠕变应变成倍增加,蠕变寿命大幅降低。这是由于高于脆-韧转变温度时,α2片层主要位错滑移系被激活,片层应变速率大幅增加;加重了晶界处的局部应力集中,导致蠕变性能大幅降低。对蠕变脆-韧转变机制分析表明,高于脆-韧转变温度时,流变应力与应变速率和温度有关,位错仅靠热激活作用就可以跨过局部障碍,外力只需克服长程内应力。低于脆-韧转变温度时,蠕变变形取决于热激活作用,流变应力取决于应变速率和温度。对冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金蠕变行为研究表明,冷坩埚定向凝固技术可大幅提升高Nb-TiAl合金的蠕变性能,且在冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金中存在B2/γ片层结构,该结构具有良好的抗蠕变性。在蠕变过程中空洞和裂纹优先在(B2+γ)相界面处形成,大幅降低了合金的蠕变性能。确定了高蠕变性能的高Nb-TiAl合金应具备特点:首先合金应具备高的Nb含量,保证合金具有高的脆-韧转变温度;其次防止合金基体中形成(B2+γ)相;再次适当的高Al含量,可限制(B2+γ)相形成并有利于合金室温性能;最后采用定向凝固消除横向晶界。提出一种利用电磁冷坩埚定向凝固技术制备成分梯度TiAl合金的方法,其梯度可以通过熔池大小及添加合金的成分来控制。在制备过程中,熔池被磁场充分搅拌,促进了溶质的均匀分布。借助成分梯度Ti-48Al/Ti-44Al和Ti-47Al-10Nb/Ti-47Al合金对高Nb-TiAl合金的成分和组织进行优化,通过组织及不同截面上试样的综合性能分析,获得了室温力学性能与高温蠕变性能优异的Ti-47Al-6Nb-0.1C合金。此方法可在一个铸锭上研究添加不同含量元素对TiAl合金组织及性能的影响,克服了熔炼钮扣锭筛选法中多组元成分差异较大的问题,为优化TiAl合金成分和组织提供新方法。研究表明,冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的室温拉伸性能主要受片层厚度和(B2+γ)相含量影响,而定向凝固组织对其室温抗拉强度的影响较小。该合金的蠕变性能主要受定向凝固组织和基体中的(B2+γ)相影响。最佳制备参数:抽拉速率为0.5mm/min,电源功率为45kW,在该条件下合金平均抗拉强度为582MPa,伸长率为1.62%,并且在760°C/250MPa蠕变时最小蠕变速率为7.55×10-10s-1。当高于脆-韧转变温度时,Ti-47Al-6Nb-0.1C合金在低应力区蠕变变形机制为位错滑移,定向与未定向组织都具有较大的应变速率,并以较快的速率产生断裂,定向组织相比于未定向组织,蠕变性能提升较小。当低于脆-韧转变温度且在中低应力区,定向组织蠕变变形机制为空位定向迁移,定向组织相比于未定向组织,蠕变性能提升较大。
于军伟[7](2019)在《不同抽拉速率下DD6单晶高温合金的组织、性能研究》文中认为镍基单晶高温合金是一种重要的结构材料,广泛应用于航空发动机热端部件制造,尤其是涡轮叶片。单晶高温合金尽管采用先进的制备工艺和热处理工艺,消除了晶界,高温性能大幅提高,但是高温合金中仍存在不同程度的显微疏松、固溶微孔缺陷。微观孔洞使得基体的连续性遭到破坏,在加载过程中,很容易造成应力集中,会对高温合金的力学性能和使用寿命产生严重危害。因此急需开展单晶合金中微观孔洞的形成机理及控制方法研究,为实现优质单晶高温合金叶片制备进行技术储备。本课题以我国自主研发的一种含2%Re的第二代单晶高温合金为研究对象,运用快速凝固法制备单晶高温合金试棒,研究抽拉速率对单晶凝固组织的影响规律,抽拉速率选了三种,分别为30μm/s、80μm/s和150μm/s。随后进行高温固溶,研究固溶温度、时间对固溶微孔及合金元素偏析的影响规律。接着开展标准热处理及长期时效,研究长期时效温度对组织稳定性的影响。最后进行热等静压,高温低周疲劳,分析热处理、等静压制度对合金组织尤其是疲劳性能的影响规律,力图为该合金的应用提供技术支持。主要结论如下:(1)随着抽拉速度增加,一、二次枝晶间距减小,显微疏松先降低后升高,共晶含量增加,主要元素的偏析加剧,γ′相的尺寸减小。中等抽拉速率下与(001)取向偏离达到4°,合金取向较好。合金的固液相线随抽拉速度无明显变化。(2)固溶处理可显着改变合金元素的偏析情况,共晶基本消失。高温固溶后,主要元素的偏析比相近,随固溶时间延长,固溶微孔显着增多,经过1320℃/6h处理后,孔洞含量可达0.46%,比铸态高一个数量级。(3)热等静压明显降低铸态组织中的显微疏松及共晶含量,热等静压后,γ′相尺寸增加,立方化程度降低,γ基体通道变宽。在热等静压过程中伴随着碳化物的形成,降低合金的硬度。(4)980℃下长期时效组织发生粗化,1050℃下长期时效会产生大量TCP相,严重损害组织稳定性。(5)热等静压+标准热处理会降低DD6的高温低周疲劳性能,主要是由于碳化物析出、再结晶及局部初熔。
张健,楼琅洪[8](2018)在《铸造高温合金研发中的应用基础研究》文中进行了进一步梳理铸造高温合金应用于制造航空、航天、能源等领域高端装备的核心热部件,其研发涉及多种材料、多个学科,先进铸造高温合金材料的应用水平(技术成熟度)也是国家工业基础的重要体现。近年来在需求牵引下,我国铸造高温合金材料和精密铸件的研发取得了显着进展,但也在工程应用中不断暴露问题,技术成熟度偏低,与国际先进水平仍有较大差距。本文结合近年来本课题组承担的材料及铸件研制任务,从先进定向和单晶高温合金材料研制、复杂铸件研制、叶片的服役行为等方面,介绍了相关应用基础研究在高温合金研制任务中发挥的重要作用。
姜铸航[9](2019)在《Ti44A19Nb1Cr-(W,Y)合金定向凝固组织与力学性能》文中研究说明γ-TiAl合金作为一种新型轻质高强的高温结构材料,具有密度低、弹性模量高、耐高温蠕变和抗氧化性强等优点。随着加入Nb元素的高含量加入,TiAl合金熔点提高,有序化温度也随之提高。γ-TiAl合金有望代替一部分Ni基合金,用于制造使用温度不高于1000℃的叶片、排气阀等航空发动机零部件。目前制约其应用的主要因素是塑性较低以及成型困难。本文设计了 Ti-44Al-9Nb-1Cr-(W,Y)合金,研究了其组织演变规律与性能特征,使用改进的液态金属冷却定向凝固法研究了 W、Y元素合金化与定向凝固抽拉速率等对合金定向凝固过程、组织取向与高温力学性能等方面的影响与作用机理,研究分析了影响定向凝固钛铝合金的主要因素与提高组织均匀性与柱状晶生长稳定性的因素。本课题主要的研究成果如下:设计出按β相凝固路径凝固的Ti-44Al-9Nb-1Cr-(W,Y)合金,通过热力学计算得到Ti-44Al-9Nb-1Cr的相转变图与转变过程中各相的元素组成变化图线,得到合金的相转变路径:L→β+α→α→α+α2→α2+laves→γ+α2+β。相转变中无包晶转变,高温β相会在室温状态下富集β相强化元素(Nb、Cr以及W等),形成弥散分布的B2相。计算得到合金的的CCT曲线与TTT曲线以预测合金中的马氏体的形成规律。力学性能的模拟结果表明材料在高温下的强度受到应变率的影响较大,高温下蠕变导致材料强度迅速下降。对等轴晶成分的铸态合金进行组织性能方面的研究。证明Cr元素的加入提高合金抵抗长期氧化的能力并细化晶粒;W、Y合金元素的微量加入可以有效细化晶粒,单独作用下Y优于W的组织优化效果。α相温区的短时间退火处理或者正火处理可以得到成分均匀稳定的近片层组织。不低于1150℃的常温水淬火处理可以得到均匀细小、硬度变化不大的马氏体组织。循环热处理的组织细化原理是在全片层组织内部弥散生成新的取向各异的小片层团,并作为长大的核心。经过α相区的短时间退火处理后,0.2W0.2Y合金表现出最好的拉伸性能,而0.2W的单独加入则降低合金的拉伸性能。对设计合金进行定向凝固实验,实测温度梯度为满足合金生长需求的19℃/mm。采用W元素单独合金化时,仅在极高抽拉速率下才能得到极细小且生长不连续的柱状晶粒,组织均匀性较差,β偏析严重。其余W、Y合金化的合金均得到均匀生长的柱状晶,微观组织均为全片层组织。抽拉速率增加,不同成分材料定向凝固试样的柱状晶尺寸均变小,同时B2相偏析均随之变严重,晶内均匀性与铸件显微组织的质量也随之下降。Y元素合金化可以显着的提高合金定向凝固晶粒的生长稳定性,并减缓热流对定向凝固合金宏观组织的影响,从而得到了良好生长的定向凝固组织。而W,Y元素共同作用则在保证柱状晶生长稳定性的前提下对组织进一步细化,在较低抽拉速率得到稳定生长、不受热流影响的柱状晶,合金中B2相偏析也得以控制。对W,Y元素共同合金化的材料进行定向凝固淬火枝晶组织的研究,证实合金确以β冷却路径凝固。随着抽拉速率的增加,初生枝晶中B2相偏析的含量与范围明显增加,同时Nb,W等β相稳定元素大量富集,合金组织成分均匀性降低。Y元素作为形核与固溶强化元素存在于先凝固枝晶中,相应的枝晶间隙则表现为贫Y,这说明Y元素在优化合金组织的同时并不会影响合金定向凝固过程。结合XRD分析得到的B2相偏析加重这一事实,生长速率的提高虽然可以细化柱状晶与晶界的尺寸,却明显降低了合金组织的均匀性。对相应速率的稳定生长定向凝固试样进行高温拉伸实验发现,抽拉速率提高,片层取向与拉伸方向的夹角增加,轴向的片层择优取向性下降,从而导致合金轴向拉伸性能降低。借助EBSD测试手段分析材料高温拉伸断裂机理,发现在高温应力作用下,材料中形核得到多取向的片层团形式,发生了新相生成的再结晶现象。
梁向锋[10](2017)在《镍基单晶空心涡轮叶片的凝固行为、微观结构与性能研究》文中认为涡轮叶片作为航空发动机核心部件,长期处在高温环境,接受复杂应力应变考验,成为工况最为恶劣的航空零部件,随着航空发动机推重比的不断提高,复合冷却的单晶空心涡轮叶片的设计与制备已成为制约航空发动机发展的核心技术。根据国家航空发动机用高性能涡轮叶片的重大需求,本论文重点研究了航空发动机用镍基单晶空心涡轮叶片在定向凝固过程中各凝固阶段微结构演变规律及机理,自主设计了单晶空心涡轮叶片铸形及型芯结构,并研究了在其制备过程中关键工艺参数对叶片成型的影响规律,分析了在叶片铸造过程中浇不足、缩松、缩孔、杂晶及小角度晶界等缺陷的形成规律及机制,探究了热处理及再结晶行为对叶片微结构的影响规律及机制,最后,对镍基单晶薄壁铸件高温拉伸和蠕变性能进行表征及断裂机制分析,为高性能单晶空心涡轮叶片的研发提供理论和实验依据。并获得的主要研究结果如下:系统研究镍基单晶合金DD5的定向凝固规律,并通过工艺优化成功制备了镍基单晶空心涡轮叶片,探索了叶片在定向凝固过程中各凝固阶段微结构演变规律及机理,结果表明:选晶器的引晶段随固液面的推进,一次枝晶间距逐渐增大,晶粒偏转角逐渐减小,取向得到优化。选晶段的螺旋结构对晶粒取向没有优化作用。叶身凝固特点是随着叶片壁厚增加,枝晶间距逐渐增大,枝晶干内γ’相的尺寸呈增加趋势。变截面的凝固特征为凝固顺序与其自身的冷却顺序相反,晶体生长是从温度最低的边缘开始不断向叶身推进,最后与叶身生长的单晶组织汇合。自主设计了单晶空心涡轮叶片型芯及铸形结构。研究了 DD5单晶空心涡轮叶片制备工艺,包括氧化硅基陶瓷型芯的制备、型壳与型芯间连接方式、刚玉陶瓷型壳的制备等。通过热重-差热分析(TG-DTA)试验,探究了 DD5单晶合金的相变温度及熔点,并研究了定向凝固过程中,保温温度及抽拉速度对单晶空心叶片微结构的影响,探讨了化学脱芯法中影响脱芯速率的主要因素。镍基单晶空心涡轮叶片铸造缺陷的形成规律及机制研究表明:浇不足缺陷通常发生在单晶空心叶片薄壁位置,金属液的充型能力与合金特性、浇注温度、壁厚尺寸等因素有关;宏观缩松通常产生于沿重力方向的枝晶间,有时会在单晶空心叶片表面形成沟槽状的“隧道式缩松”,有时产生于叶片内部,而微观缩孔产生于枝晶间γ/γ’相共晶组织附近,多呈现为圆形、不规则的长条形或三角形;杂晶通常形核于叶片变截面的边角位置,在远离保温加热器一侧的变截面更易产生杂晶,原始晶粒和杂晶竞相生长形成的晶界迁移是非线性的,一些位置的枝晶相互渗透、犬牙交错,但晶界整体推进趋势并不改变,杂晶晶界是由链条状γ’相和大块γ/γ’共晶体组成;小角度晶界位于相邻一次枝晶间区域,由三维曲面组成,在过渡区形成的二次枝晶呈不对称生长,此外,晶界内会沉淀出一定的碳化物和硼化物,沉淀析出的γ’相立方体也不完整,存在不规则排列形貌。热处理对叶片微结构演变规律研究表明:固溶处理后,枝晶干和枝晶间界限变的较为模糊,但还是有较清晰的分界,元素偏析有所减轻,粗大γ’相及枝晶间γ/γ’共晶组织消除,析出自由的细小不规则的γ’相,随着叶片壁厚增加,残余共晶增多,γγ’相尺寸增大。再经时效处理后,γ’相尺寸分布集中,尺寸差异减少,形貌规则,立方度增加,Y基体通道中析出分布不规则、细小的三次γ’相。叶片榫头再结晶行为研究表明:不同载荷下的DD5单晶试样经1230℃/4h,ac热处理后,随着载荷增加,受载荷影响区域深度增加,该区域枝晶间空间增大,未溶解的共晶组织周围弥散分布大量与γ相共格的γ’相颗粒物,γ’相粒子以胞状形式重新析出,尺寸和深度随载荷的增大而增加;经1315℃/4h, ac.热处理后发生再结晶现象,随着载荷增加再结晶区域增大,受载荷影响区域的枝晶干发生钝化,枝晶干与枝晶间界限消失,再结晶晶粒间存在γ/γ’共晶组织。镍基单晶薄壁铸件高温拉伸断裂机制研究表明:当温度为800℃时,壁厚对拉伸强度有一定的影响,但规律并不明显,随壁厚减小,延伸率减小,薄壁铸件断口形貌平坦;1000℃时,标准试样与薄壁铸件拉伸强度相差幅度比800℃小,标准试样断口有颈缩现象,形成大量的等轴韧窝。薄壁试样断口形貌相似,也存在大量的韧窝,但壁厚为1.3mm和1.6mm的断口在边缘存在解理裂纹。高温蠕变机制研究表明:薄壁铸件相对于标准铸件的变形量和断裂寿命分别减少了 10.676%和20.84h,但变形速率大,蠕变断口内韧窝尺寸相对较小,密度较大,微孔数量较多;DD5单晶合金γ’相定向粗化形式属于N(normal)型筏化,随着离断口距离的增加γ’相定向粗化程度减弱,由于薄壁试样经热处理后的原始γ’相尺寸细小,蠕变过程中γ’相筏形厚度增加明显,而标准试样γ’相筏形厚度也有所增加但并不明显。
二、定向凝固合金叶片的裂纹与再结晶研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、定向凝固合金叶片的裂纹与再结晶研究(论文提纲范文)
(1)DD483和PWA1483定向凝固镍基高温合金表面再结晶行为的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 定向凝固高温合金的发展过程 |
1.2.1 定向凝固高温合金 |
1.2.2 单晶高温合金 |
1.3 高温合金的主要元素及组成相 |
1.3.1 高温合金中各元素及作用 |
1.3.2 高温合金的组成相 |
1.4 定向凝固镍基高温合金的再结晶行为 |
1.4.1 定向凝固高温合金再结晶的特点 |
1.4.2 定向凝固高温合金再结晶的主要影响因素 |
1.5 喷砂/喷丸处理 |
1.6 定向凝固高温合金DD483和PWA1483研究进展 |
1.7 本课题研究目的及内容 |
1.7.1 研究目的 |
1.7.2 研究内容 |
2 实验方法 |
2.1 实验原材料与实验设备 |
2.1.1 实验原材料 |
2.1.2 实验设备 |
2.2 实验方法 |
2.3 X射线衍射应力分析 |
2.4 再结晶区组织形貌观察 |
2.4.1 激光共聚焦显微镜分析(LSCM) |
2.4.2 金相显微分析(OM) |
2.4.3 X射线衍射分析(XRD) |
2.4.4 扫描电子显微分析(SEM) |
2.4.5 透射显微分析(TEM) |
3 DD483和PWA1483合金喷砂变形后的再结晶行为 |
3.1 铸态合金组织形貌与喷砂变形 |
3.1.1 铸态合金组织形貌 |
3.1.2 喷砂变形后合金表面的残余应力 |
3.1.3 喷砂变形后合金表面的粗糙度 |
3.2 DD483合金喷砂变形后的再结晶行为 |
3.2.1 喷砂退火处理后DD483合金表层元素的分布 |
3.2.2 喷砂退火处理后DD483合金的组织演化 |
3.2.3 喷砂压力和加热时间对DD483合金再结晶的影响 |
3.3 PWA1483合金喷砂变形后的再结晶行为 |
3.3.1 喷砂退火处理后PWA1483合金表层元素的分布 |
3.3.2 喷砂退火处理后PWA1483合金的组织演化 |
3.3.3 喷砂压力和加热时间对PWA1483合金再结晶的影响 |
3.4 本章总结 |
4 DD483和PWA1483合金喷丸变形后的再结晶行为 |
4.1 喷丸变形 |
4.1.1 喷丸变形后合金表面的残余应力 |
4.1.2 喷丸变形后合金表面的粗糙度 |
4.2 DD483合金喷丸后的再结晶行为 |
4.2.1 喷丸退火处理后DD483合金表层元素的分布 |
4.2.2 加热时间对DD483合金再结晶的影响 |
4.2.3 喷丸压力对DD483合金再结晶的影响 |
4.3 PWA1483合金喷丸变形后的再结晶行为 |
4.3.1 喷丸退火处理后PWA1483合金组织 |
4.3.2 喷丸压力和加热时间对PWA1483合金再结晶的影响 |
4.4 本章小结 |
5 结论 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间主要研究成果 |
(2)镍基单晶高温合金的研发进展(论文提纲范文)
1 单晶高温合金研发概况 |
2 先进单晶合金的研制 |
3 单晶高温合金的性能 |
3.1 单晶高温合金的蠕变 |
3.2 单晶高温合金的疲劳 |
3.3 单晶高温合金的氧化和热腐蚀 |
3.4 单晶高温合金中常见缺陷对性能的影响 |
3.4.1 小角度晶界 |
3.4.2 再结晶 |
3.4.3 显微孔洞 |
4 单晶叶片的制备工艺 |
4.1 定向凝固工艺 |
4.2 缺陷控制 |
4.2.1 晶体取向控制 |
4.2.2 条纹晶 |
4.2.3 再结晶 |
4.3 增材制造 |
5 总结 |
(3)电流作用下TiAl合金凝固组织和力学性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究目的 |
1.2 TiAl合金研究现状 |
1.2.1 TiAl合金的发展历程 |
1.2.2 TiAl合金的组成相 |
1.2.3 TiAl合金的性能 |
1.2.4 TiAl合金组织调控及细化 |
1.3 电流技术在材料加工及制备过程中的应用 |
1.3.1 电流对金属凝固过程的影响 |
1.3.2 电流作用下材料的其它加工过程 |
1.4 其它物理场凝固技术 |
1.4.1 磁场对金属凝固过程的影响 |
1.4.2 重力场对金属凝固过程的影响 |
1.4.3 超声波对金属凝固过程的影响 |
1.5 本文的主要研究内容 |
第2章 实验材料及研究方法 |
2.1 研究方案 |
2.2 合金成分及试样制备 |
2.2.1 合金成分选择 |
2.2.2 电流作用下TiAl的连续凝固实验 |
2.2.3 实验可行性分析 |
2.2.4 熔池温度测定及温度梯度计算 |
2.2.5 实验工艺参数 |
2.3 分析方法 |
2.3.1 显微组织和成分分析 |
2.3.2 力学性能分析 |
第3章 电流作用下TiAl合金熔体受力的数值模拟 |
3.1 引言 |
3.2 电磁理论基础及模型建立 |
3.2.1 电磁场理论基础 |
3.2.2 电流在金属凝固过程中的作用 |
3.2.3 建立数值模型和网格划分 |
3.3 直流电流作用下TiAl合金熔体的分析 |
3.3.1 直流电流作用下TiAl合金熔体中的磁场 |
3.3.2 直流电流作用下Ti Al合金熔体中的Lorentz力 |
3.4 脉冲电流作用下TiAl合金熔体的分析 |
3.4.1 脉冲电流作用下TiAl合金熔体中的磁场 |
3.4.2 脉冲电流作用下Ti Al合金熔体中的Lorentz力 |
3.5 本章小结 |
第4章 电流作用下TiAl合金的凝固与作用机理 |
4.1 引言 |
4.2 不同凝固工艺加载电流制备的TiAl合金凝固组织 |
4.3 直流电流作用下TiAl合金的凝固 |
4.3.1 直流电流作用下TiAl合金的宏观凝固组织 |
4.3.2 直流电流作用下TiAl合金凝固界面形貌 |
4.3.3 直流电流作用下TiAl合金凝固过程中的偏析 |
4.3.4 直流电流对TiAl合金片层组织的影响 |
4.3.5 直流电流在TiAl合金凝固过程中的作用机理 |
4.4 脉冲电流作用下TiAl合金的凝固 |
4.4.1 脉冲电流作用下TiAl合金的宏观凝固组织 |
4.4.2 脉冲电流作用下TiAl合金凝固界面形貌 |
4.4.3 脉冲电流作用下TiAl合金凝固过程中的偏析 |
4.4.4 脉冲电流对TiAl合金片层组织的影响 |
4.4.5 脉冲电流在TiAl合金凝固过程中的作用机理 |
4.5 本章小结 |
第5章 电流作用下凝固的TiAl合金的力学性能与分析 |
5.1 引言 |
5.2 直流电流作用下凝固的TiAl合金的力学性能 |
5.2.1 直流电流作用下TiAl合金的显微硬度 |
5.2.2 直流电流作用下TiAl合金的高温压缩性能 |
5.2.3 直流电流作用下TiAl合金的室温拉伸性能 |
5.2.4 直流电流作用下TiAl合金的断裂韧性 |
5.3 脉冲电流作用下凝固的TiAl合金的力学性能 |
5.3.1 脉冲电流作用下TiAl合金的显微硬度 |
5.3.2 脉冲电流作用下TiAl合金的高温压缩性能 |
5.3.3 脉冲电流作用下TiAl合金的室温拉伸性能 |
5.3.4 脉冲电流作用下TiAl合金的断裂韧性 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(4)TiAl基合金凝固组织及热处理纳米化强韧机制研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 TiAl基合金的研究进展 |
1.2.1 TiAl基合金的组成相和组织特征 |
1.2.2 TiAl基合金的发展与分类 |
1.2.3 TiAl基合金的力学性能 |
1.3 TiAl基合金强韧化研究进展 |
1.3.1 金属材料的强韧化方法 |
1.3.2 TiAl基合金的强韧化方法 |
1.4 非平衡凝固TiAl基合金及其热处理组织 |
1.5 本文主要研究内容 |
第2章 实验材料与研究方法 |
2.1 研究方案与技术路线 |
2.2 实验材料的制备 |
2.2.1 成分选择与母合金的制备 |
2.2.2 TiAl基合金的快淬和连续铸造 |
2.2.3 TiAl基合金的热处理 |
2.3 分析与测试方法 |
2.3.1 热分析方法 |
2.3.2 组织分析方法 |
2.3.3 力学性能测试方法 |
第3章 快淬和冷坩埚连铸TiAl基合金凝固组织的制备 |
3.1 引言 |
3.2 快淬Ti-48Al-2Cr-2Nb合金凝固组织的制备 |
3.2.1 快淬Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的快速胞晶组织和相组成 |
3.2.2 快速胞晶生长过程中的传热行为和冷却速率演变 |
3.2.3 计算偏差分析 |
3.3 冷坩埚连铸Ti-45.5Al-4Cr-2.5Nb合金凝固组织的制备 |
3.3.1 Ti-45.5Al-4Cr-2.5Nb母合金的组织 |
3.3.2 连铸Ti-45.5Al-4Cr-2.5Nb合金的非平衡凝固组织 |
3.4 本章小结 |
第4章 热处理过程中快淬和冷坩埚连铸TiAl基合金凝固组织演变 |
4.1 引言 |
4.2 快速胞晶组织在热处理过程中的演变 |
4.2.1 快淬Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的DSC分析 |
4.2.2 快速胞晶在热处理过程中的组织演变 |
4.3 连铸非平衡凝固Ti-45.5Al-4Cr-2.5Nb合金在热处理过程中的组织演变 |
4.3.1 Ti-45.5Al-4Cr-2.5Nb合金的DSC分析 |
4.3.2 连铸非平衡凝固Ti-45.5Al-4Cr-2.5Nb合金的热处理组织 |
4.4 本章小结 |
第5章 快淬和冷坩埚连铸TiAl基合金的力学性能 |
5.1 引言 |
5.2 快速胞晶及其热处理组织的显微力学性能 |
5.2.1 快速胞晶组织的显微力学性能 |
5.2.2 纳米片层组织的强韧化作用 |
5.3 连铸非平衡凝固合金和热处理合金的力学性能 |
5.3.1 室温压缩性能 |
5.3.2 室温拉伸性能 |
5.4 连铸非平衡合金和热处理合金的拉伸断裂行为 |
5.4.1 连铸非平衡凝固合金和热处理合金中微裂纹的形成 |
5.4.2 连铸非平衡凝固合金和热处理合金的裂纹扩展行为 |
5.4.3 连铸非平衡凝固合金和热处理合金的断口分析 |
5.5 本章小结 |
第6章 变形纳米孪晶的形成和强韧化作用 |
6.1 引言 |
6.2 连铸非平衡凝固合金和热处理合金的变形机制 |
6.2.1 拉伸变形机制 |
6.2.2 压缩变形机制 |
6.2.3 变形孪晶形核过程的热力学分析 |
6.3 连铸非平衡凝固和热处理相结合方法的强韧化机制及展望 |
6.4 本章小结 |
结论 |
创新点 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文 |
致谢 |
个人简历 |
(5)CoCrFeNi系高熵合金定向凝固组织与力学性能(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 定向凝固发展概况 |
1.3 高熵合金发展概况 |
1.4 高熵合金定向凝固 |
1.5 冷轧过程中的微观组织演变 |
1.6 本文选题背景 |
1.7 本文研究目的 |
1.8 研究内容 |
2 试验材料与试验方法 |
2.1 成分选择 |
2.2 试验流程图 |
2.3 原料制备 |
2.4 定向凝固 |
2.5 冷轧变形及退火处理 |
2.6 分析测试 |
3 Al和 Mo对CoCrFeNi高熵合金定向凝固行为的影响 |
3.1 引言 |
3.2 原始组织 |
3.3 热分析 |
3.4 溶质分析 |
3.5 不同成分CoCrFeNi系高熵合金定向凝固界面 |
3.5.1 抽拉速度对Al_(0.3)CoCrFeNi定向凝固界面的影响 |
3.5.2 抽拉速度对Mo_(0.2)CoCrFeNi定向凝固界面的影响 |
3.5.3 抽拉速度对Al_(0.3)Mo_(0.2)CoCrFeNi定向凝固界面的的影响 |
3.6 枝晶尖端分裂与取向转变 |
3.7 本章小结 |
4 不同构型熵CoCrFeNi系高熵合金定向凝固行为 |
4.1 引言 |
4.2 原始组织分析 |
4.3 不同构型熵CoCrFeNi系高熵合金定向凝固界面 |
4.3.1 抽拉速度对CoCrNi定向凝固界面的影响 |
4.3.2 抽拉速度对CoCrFeNi定向凝固界面的影响 |
4.3.3 抽拉速度对AlCoCrFeNi定向凝固界面的影响 |
4.4 本章小结 |
5 CoCrFeNi系高熵合金单晶及轧制力学性能 |
5.1 引言 |
5.2 CoCrFeNi系高熵合金单晶体及力学性能 |
5.3 高熵合金单晶体拉伸断口分析 |
5.4 单晶轧制组织与力学性能 |
5.4.1 冷轧退火工艺的确定 |
5.4.2 冷轧退组织 |
5.4.3 冷轧退火力学性能 |
5.5 断口分析 |
5.6 本章小结 |
6 结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文 |
致谢 |
(6)冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金蠕变行为(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 TiAl基合金的研究现状 |
1.2.1 TiAl基合金的发展过程 |
1.2.2 TiAl基合金的组织及室温性能 |
1.2.3 TiAl基合金的合金化 |
1.3 TiAl基合金蠕变行为的研究进展 |
1.3.1 TiAl基合金的蠕变机制 |
1.3.2 高Nb-TiAl基合金蠕变行为的研究进展 |
1.4 TiAl基合金定向凝固的研究进展 |
1.4.1 定向凝固TiAl基合金的制备方法 |
1.4.2 定向凝固TiAl基合金的片层取向 |
1.5 本文研究内容 |
第2章 实验材料及研究方法 |
2.1 实验材料与设备 |
2.1.1 实验材料 |
2.1.2 实验装置与设备 |
2.1.3 实验研究方案及路线 |
2.2 实验研究方法 |
2.2.1 组织分析方法 |
2.2.2 力学性能测试 |
第3章 铸态及冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金蠕变行为研究 |
3.1 引言 |
3.2 高Nb-TiAl合金的初始组织 |
3.3 高Nb-TiAl合金蠕变脆-韧转变行为研究 |
3.3.1 高Nb-TiAl合金的高温拉伸脆-韧转变特征 |
3.3.2 高Nb-TiAl合金的蠕变脆-韧转变特征 |
3.3.3 高Nb-TiAl合金的蠕变脆-韧转变机理 |
3.3.4 基于蠕变脆-韧转变的蠕变测试 |
3.4 铸态及冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金的蠕变性能 |
3.4.1 铸态高Nb-TiAl合金的蠕变性能 |
3.4.2 冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金的蠕变性能 |
3.5 铸态及冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金蠕变组织变形 |
3.5.1 铸态高Nb-TiAl合金蠕变组织变形 |
3.5.2 冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金蠕变组织变形 |
3.6 铸态及冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金蠕变断裂行为 |
3.6.1 铸态高Nb-TiAl合金蠕变断裂行为 |
3.6.2 冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金的蠕变断裂行为 |
3.7 高Nb-TiAl合金蠕变失效机制及蠕变性能提高方法 |
3.7.1 高Nb-TiAl合金蠕变过程中裂纹和空洞的形核与长大方式 |
3.7.2 高Nb-TiAl合金蠕变性能的提高方法 |
3.8 本章小结 |
第4章 高Nb-TiAl合金成分优化与蠕变行为 |
4.1 引言 |
4.2 成分梯度TiAl合金的制备方法与工艺研究 |
4.3 Al对TiAl合金室温力学性能与高温蠕变性能的影响 |
4.3.1 Al梯度Ti-48Al/Ti-44Al合金的制备 |
4.3.2 Ti-48Al/Ti-44Al中Al含量与生长高度的关系 |
4.3.3 Ti-48Al/Ti-44Al中Al含量与微观组织的关系 |
4.3.4 Ti-48Al/Ti-44Al中Al含量与室温力学性能和高温蠕变性能的关系 |
4.4 Nb对TiAl合金室温力学性能与高温蠕变性能的影响 |
4.4.1 Nb梯度Ti-47Al-10Nb/Ti-47Al合金的制备 |
4.4.2 Ti-47Al-10Nb/Ti-47Al中Nb含量与生长高度的关系 |
4.4.3 Ti-47Al-10Nb/Ti-47Al中Nb含量与微观组织的关系 |
4.4.4 Ti-47Al-10Nb/Ti-47Al中Nb含量与室温拉伸性能和高温蠕变性能的关系 |
4.5 C对TiAl合金室温力学性能与高温蠕变性能的影响 |
4.5.1 C对TiAl合金微观组织的影响 |
4.5.2 C对TiAl合金室温力学性能与高温蠕变性能的影响 |
4.6 本章小结 |
第5章 冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金组织与蠕变行为 |
5.1 引言 |
5.2 冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的凝固组织 |
5.2.1 电源功率对冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金组织的影响 |
5.2.2 抽拉速率对冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金组织的影响 |
5.3 冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的室温力学性能 |
5.3.1 冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的室温拉伸性能 |
5.3.2 冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的断裂韧性 |
5.4 冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的高温蠕变性能 |
5.4.1 Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的蠕变脆-韧转变 |
5.4.2 抽拉速率对冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金蠕变性能影响 |
5.4.3 电源功率对冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金蠕变性能影响 |
5.4.4 温度及应力对冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金蠕变性能影响 |
5.4.5 冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的蠕变失效机理 |
5.5 冷坩埚定向凝固Ti-47Al-6Nb-0.1C合金的工艺选择 |
5.6 本章小结 |
结论 |
论文主要创新点 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
个人简历 |
附件 |
(7)不同抽拉速率下DD6单晶高温合金的组织、性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 高温合金概述 |
1.2 单晶高温合金及其制备 |
1.2.1 单晶高温合金发展历程 |
1.2.2 单晶高温合金元素及相组成 |
1.2.3 定向凝固 |
1.3 镍基单晶高温合金中的缺陷 |
1.4 热等静压处理 |
1.5 疲劳 |
1.6 单晶高温合金热处理 |
1.6.1 固溶 |
1.6.2 时效 |
1.7 选题背景、意义及研究内容 |
1.7.1 选题背景、意义 |
1.7.2 研究内容 |
第二章 实验材料与设备 |
2.1 实验材料 |
2.2 单晶的制备 |
2.2.1 定向凝固设备 |
2.2.2 单晶的制备过程 |
2.3 形貌观察与组织分析 |
2.4 差热分析与热力学模拟 |
2.5 热处理及热等静压 |
2.6 力学性能测试 |
2.7 CT三维重构 |
2.8 本章小结 |
第三章 不同抽拉速率下铸态及热处理态组织、性能研究 |
3.1 DD6 铸态组织分析 |
3.1.1 单晶取向测定 |
3.1.2 铸态组织分析 |
3.1.3 抽拉速率对元素偏析的影响 |
3.1.4 显微疏松形成机理 |
3.2 固溶对DD6 单晶高温合金组织、性能影响 |
3.2.1 固溶温度的确定 |
3.2.2 固溶对单晶组织的影响 |
3.2.3 固溶微孔的形成机理 |
3.2.4 固溶对合金硬度的影响 |
3.3 DD6 单晶高温合金标准热处理 |
3.4 长期时效 |
3.4.1 长期时效对组织的影响 |
3.4.2 长期时效对合金硬度的影响 |
3.5 室温拉伸 |
3.6 本章小结 |
第四章 热等静压对DD6组织和疲劳性能的影响 |
4.1 热等静压对单晶组织、性能影响 |
4.2 热等静压+标准热处理 |
4.3 热等静压对疲劳性能影响 |
4.3.1 不同热处理态合金的疲劳性能 |
4.3.2 疲劳断口分析 |
4.3.3 CT三维重构 |
4.4 本章小结 |
第五章 结论和展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间的学术成果 |
(8)铸造高温合金研发中的应用基础研究(论文提纲范文)
1 铸造高温合金的研发流程 |
2 定向和单晶高温合金研制 |
2.1 高强抗热腐蚀单晶高温合金的成分设计 |
2.2 定向和单晶合金长时服役中的组织与性能演化 |
2.2.1 定向和单晶合金长时组织性能演化 |
2.2.2 合金长时持久寿命预测 |
2.3 单晶高温合金中的缺陷 |
2.3.1 显微孔洞 |
2.3.2 小角度晶界 |
2.3.3 再结晶 |
3 复杂铸件研制 |
3.1 多场耦合下的枝晶凝固 |
3.2 条纹晶的萌生和演化 |
3.3 液态金属冷却定向凝固中Sn的污染和控制 |
3.3.1 铸件中微量Sn的控制 |
3.3.2 铸件表面的Sn污染 |
4 叶片服役行为 |
4.1 燃机叶片 |
4.1.1 叶片服役组织 |
4.1.2 叶片的寿命评估与预测 |
4.2 叶片结构特征与材料各向异性耦合作用下的力学行为 |
5 总结 |
(9)Ti44A19Nb1Cr-(W,Y)合金定向凝固组织与力学性能(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
博士学位论文创新成果自评表 |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景和目的 |
1.2 TiAl合金的研究现状 |
1.2.1 TiAl合金简介 |
1.2.2 TiAl合金材料制备方法 |
1.2.3 TiAl合金的相与相变 |
1.2.4 合金元素与组织对TiAl合金性能的影响 |
1.3 TiAl合金定向凝固研究 |
1.3.1 定向凝固技术 |
1.3.2 模壳材料对定向凝固TiAl合金的影响 |
1.3.3 实验参数对定向凝固TiAl合金的影响 |
1.3.4 合金元素对TiAl合金定向凝固组织的影响 |
1.3.5 热处理对定向组织的影响 |
1.3.6 定向凝固TiAl合金的力学性能研究现状 |
1.4 本文研究的主要内容 |
第2章 实验材料与研究方法 |
2.1 研究方案与技术路线 |
2.2 实验材料及设备 |
2.3 显微组织观察与成分分析 |
2.3.1 宏观组织观察 |
2.3.2 金相组织观察(OM) |
2.3.3 X射线相组成分析(XRD) |
2.3.4 扫描电镜分析(SEM) |
2.3.5 电子背散射衍射(EBSD) |
2.4 力学性能测试手段 |
2.4.1 常温拉伸实验 |
2.4.2 高温拉伸实验 |
2.4.3 显微硬度测试 |
2.5 热处理实验 |
2.6 高温氧化测试 |
2.7 本章小结 |
第3章 合金化与铸造合金组织性能 |
3.1 引言 |
3.2 材料设计与组织性能模拟 |
3.2.1 合金的成分设计 |
3.2.2 合金凝固过程模拟 |
3.2.3 合金力学性能模拟 |
3.3 TiAl合金铸锭熔炼 |
3.4 Cr对合金组织与抗氧化性能的影响规律 |
3.5 W、Y对合金组织的影响 |
3.6 热处理对合金组织性能的影响 |
3.6.1 退火温度与保温时间对组织的影响 |
3.6.2 正火处理对材料组织的影响 |
3.6.3 材料淬火适应性研究与淬火组织分析 |
3.6.4 循环热处理对组织的影响 |
3.6.5 热处理工艺对材料力学性能的影响 |
3.7 本章小结 |
第4章 定向凝固Ti44Al9Nb1Cr合金凝固过程与组织演化 |
4.1 引言 |
4.2 定向凝固参数的测定与模壳材料污染分析 |
4.2.1 定向凝固温度梯度的测定 |
4.2.2 模壳材料对定向凝固组织的污染 |
4.3 抽拉速率对Ti44Al9Nb1Cr合金定向凝固组织的影响 |
4.3.1 抽拉速率对Ti44Al9Nb1Cr合金定向凝固初始晶粒的影响 |
4.3.2 抽拉速率对Ti44Al9Nb1Cr合金稳定生长组织的影响 |
4.3.3 抽拉速率对Ti44Al9Nb1Cr合金组织的影响 |
4.4 本章小结 |
第5章 W、Y合金化对Ti44Al9Nb1Cr-(W,Y)合金定向凝固组织生长与片层取向的影响 |
5.1 引言 |
5.2 W合金化对DS-Ti44Al9Nb1Cr合金组织的影响 |
5.3 Y合金化对DS-Ti44Al9Nb1Cr合金组织的影响 |
5.3.1 Y合金化对DS-Ti44Al9Nb1Cr合金初始晶粒的影响 |
5.3.2 Y合金化对DS-Ti44Al9Nb1Cr-0.2Y合金组织的影响 |
5.3.3 抽拉速率对DS-Ti44Al9Nb1Cr-0.2Y合金显微组织的影响 |
5.4 W、Y共同合金化对DS-Ti44Al9Nb1Cr合金组织的影响 |
5.4.0 Y合金化对DS-Ti44Al9Nb1Cr-0.2W-0.2Y合金组织的影响 |
5.4.1 Y合金化对DS-Ti44Al9Nb1Cr-0.2W-0.2Y合金显微组织的影响 |
5.4.2 抽拉速率对DS-Ti44Al9Nb1Cr0.2Y 0.2W合金生长的影响 |
5.4.3 抽拉速率对DS-Ti44Al9Nb1Cr0.2Y 0.2W合金片层取向的影响 |
5.5 本章小结 |
第6章 定向凝固Ti44Al9Nb1Cr-(W,Y)合金的高温拉伸性能与变形机理 |
6.1 引言 |
6.2 定向凝固Ti44Al9Nb1Cr合金高温拉伸性能与变形机理 |
6.3 定向凝固Ti44Al9Nb1Cr0.2W0.2Y合金高温拉伸性能与变形机理 |
6.3.1 高温拉伸性能研究 |
6.3.2 高温拉伸组织及取向情况分析 |
6.3.3 W、Y合金化对拉伸性能的影响机理 |
6.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
致谢 |
个人简历 |
(10)镍基单晶空心涡轮叶片的凝固行为、微观结构与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 选题意义 |
1.2 国内外镍基单晶合金发展现状 |
1.3 单晶空心涡轮叶片制备技术研究进展 |
1.3.1 近净形熔模精密铸造技术 |
1.3.2 空心叶片冷却技术 |
1.3.3 定向凝固技术 |
1.3.4 单晶制备技术 |
1.4 单晶合金定向凝固机制及晶粒取向优化规律 |
1.4.1 凝固机制 |
1.4.2 晶粒取向优化规律 |
1.5 单晶空心涡轮叶片缺陷控制及形成机制 |
1.5.1 缩松 |
1.5.2 杂晶 |
1.5.3 小角度晶界 |
1.6 镍基单晶叶片组织优化及性能研究 |
1.6.1 热处理 |
1.6.2 再结晶 |
1.6.3 镍基单晶薄壁铸件力学性能 |
1.7 本文主要研究内容 |
第二章 实验材料及方法 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 合金材料 |
2.1.2 制壳材料 |
2.1.3 制芯材料 |
2.2 单晶空心涡轮叶片制备流程及设备 |
2.2.1 单晶空心涡轮叶片制备流程图 |
2.2.2 单晶/定向凝固成型设备 |
2.2.3 陶瓷型芯及型壳制备设备 |
2.2.4 热处理设备 |
2.4 组织、结构分析方法 |
2.4.1 X射线衍射物相分析(XRD) |
2.4.2 宏观组织分析 |
2.4.3 金相组织观察 |
2.4.4 扫描电镜、能谱仪分析(EDS)及电子背散射衍射分析(EBSD) |
2.4.5 热重-差热分析(TG-DTA) |
2.5 力学性能测试 |
2.5.1 高温拉伸实验 |
2.5.2 高温蠕变实验 |
第三章 镍基单晶空心涡轮叶片的凝固行为及规律 |
3.1 引言 |
3.2 选晶器引晶段凝固规律 |
3.3 选晶器螺旋段的选晶行为 |
3.4 单晶空心涡轮叶片变截面凝固规律 |
3.5 单晶空心涡轮叶片枝晶形貌特征分析 |
3.6 单晶空心涡轮叶片γ'相分布规律 |
3.7 本章小结 |
第四章 镍基单晶空心涡轮叶片制备及工艺优化研究 |
4.1 引言 |
4.2 单晶空心涡轮叶片设计 |
4.2.1 型芯结构设计 |
4.2.2 空心叶片铸形结构设计 |
4.3 氧化硅基陶瓷型芯制备及定位 |
4.3.1 氧化硅基陶瓷型芯制备 |
4.3.2 陶瓷型芯定位 |
4.4 陶瓷型壳制备 |
4.4.1 蜡模制备及组合 |
4.4.2 挂浆及淋砂 |
4.4.3 脱蜡及焙烧 |
4.5 单晶空心涡轮叶片定向凝固工艺研究 |
4.5.1 热重-差热分析(TG-DTA)试验 |
4.5.2 保温温度对单晶空心叶片微结构的影响 |
4.5.3 抽拉速度对单晶空心叶片微结构的影响 |
4.6 陶瓷型芯的脱除工艺研究 |
4.7 本章小结 |
第五章 镍基单晶空心涡轮叶片缺陷形成规律及机制 |
5.1 引言 |
5.2 浇不足缺陷形成的规律及机理 |
5.3 缩松及缩孔缺陷形成的规律及机理 |
5.3.1 宏观缩松形成规律及机理 |
5.3.2 微观缩孔形成规律及机理 |
5.4 杂晶缺陷形成的规律及机理 |
5.4.1 杂晶形成分析 |
5.4.2 杂晶晶界的生长分析 |
5.5 小角度晶界缺陷形成的规律及机理 |
5.6 本章小结 |
第六章 热处理对单晶叶片微观组织的影响及再结晶行为的研究 |
6.1 引言 |
6.2 热处理对单晶空心叶片微观组织的影响规律 |
6.2.1 热处理制度的选择 |
6.2.3 固溶处理对单晶空心叶片枝晶形貌的影响 |
6.2.4 固溶处理对单晶空心叶片γ'相形貌的影响 |
6.2.5 固溶处理对单晶空心叶片γ/γ'共晶组织的影响 |
6.2.6 时效处理对单晶空心叶片γ'相的影响 |
6.3 不同温度及载荷对再结晶组织的影响 |
6.3.1 1230℃下不同载荷对再结晶组织的影响 |
6.3.2 1315℃下不同载荷对再结晶组织的影响 |
6.4 本章小结 |
第七章 镍基单晶合金及薄壁铸件的拉伸和蠕变性能研究 |
7.1 引言 |
7.2 镍基单晶合金及薄壁铸件的拉伸性能 |
7.3.1 拉伸断裂应力-应变曲线分析 |
7.3.2 拉伸断口形貌分析 |
7.4 镍基单晶合金及薄壁铸件的蠕变性能 |
7.4.1 蠕变断裂应变-时间曲线分析 |
7.4.2 蠕变断口形貌分析 |
7.4.3 高温低应力蠕变过程中γ'相的定向粗化 |
7.5 本章小结 |
第八章 主要结论 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间发表的学术论文及其他科研成果 |
四、定向凝固合金叶片的裂纹与再结晶研究(论文参考文献)
- [1]DD483和PWA1483定向凝固镍基高温合金表面再结晶行为的研究[D]. 雷艺. 西安理工大学, 2020
- [2]镍基单晶高温合金的研发进展[J]. 张健,王莉,王栋,谢光,卢玉章,申健,楼琅洪. 金属学报, 2019(09)
- [3]电流作用下TiAl合金凝固组织和力学性能研究[D]. 陈占兴. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
- [4]TiAl基合金凝固组织及热处理纳米化强韧机制研究[D]. 刘石球. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
- [5]CoCrFeNi系高熵合金定向凝固组织与力学性能[D]. 黄顺友. 西安工业大学, 2019(03)
- [6]冷坩埚定向凝固高Nb-TiAl合金蠕变行为[D]. 王琪. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
- [7]不同抽拉速率下DD6单晶高温合金的组织、性能研究[D]. 于军伟. 上海交通大学, 2019(06)
- [8]铸造高温合金研发中的应用基础研究[J]. 张健,楼琅洪. 金属学报, 2018(11)
- [9]Ti44A19Nb1Cr-(W,Y)合金定向凝固组织与力学性能[D]. 姜铸航. 哈尔滨工程大学, 2019(04)
- [10]镍基单晶空心涡轮叶片的凝固行为、微观结构与性能研究[D]. 梁向锋. 江苏大学, 2017(01)