分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 采用二元晶体相场模型研究了Kirkendall 效应诱发的相界空洞的形成及扩展过程. 模拟结果表明: 对于取向差角较小的相界, 空洞向原子迁移率高的一侧(a 相) 方向移动, 空洞的形状由最初的平行四边形向六边形演化, 空洞周围原子湮没速率大于产生速率, 从而造成空洞扩大, 空洞扩展过程中伴有相界的移动及相的长大和缩小. 对于取向差角较大的相界, 空洞还会沿相界方向扩展, 使得空洞连通, 将相界割裂开, 割裂后的两侧相界呈现锯齿状. 扩散过程中, 体系的自由能逐渐降低. 对于取向差角较小的相界, 原子迁移率差值增大, 自由能下降无明显差异. 对于取向差角较大的相界,原子迁移率相差越大, 自由能下降速率越快. 随着相界取向差角的增大, 自由能的下降速率逐渐增大. 相界空洞的模拟结果与实验观察一致.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 单晶高温合金是一种复杂组元多相组织材料, 随着合金化程度的不断提高、难熔元素的增多和叶片结构的复杂化与大型化, 凝固缺陷控制成为提高叶片质量和性能的关键. 单晶合金的凝固组织及凝固缺陷不仅与合金成分有关, 还取决于其凝固特性及工艺条件, 本文阐述了先进单晶合金固/液相变温度、凝固分配系数等凝固特性的特点和变化规律, 重点分析了晶体取向偏离和杂晶2 种典型凝固缺陷形成机制及其与凝固特性、工艺条件的关系, 探讨了解决复杂单晶叶片典型缺陷的方法和思路, 并评述了不同控制方法的实施效果.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 研究了经过高温均匀化固溶处理+中间d 时效处理+双级时效处理的激光立体成形Inconel 718 合金的组织及力学性能, 并考察了热处理后合金的位错组态. 结果表明, 由于热处理过程中的再结晶行为, 合金组织由沉积态的初始柱状晶转化为等轴晶. Laves 相完全固溶, 针状d 相以及g″ 强化相分别在晶界处以及g 基体上大量弥散析出. 激光立体成形Inconel 718合金热处理态的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及断面收缩率均达到锻件标准. 位错与g″ 相的相互作用为位错切割g″ 相以及位错绕过g″ 相, 在位错绕过g″ 相的区域, 位错密度比位错切割g″ 相区域高. 由于热处理态d 相尺寸大于锻件, 位错会在d相中发生塞积. 碳化物和位错之间也存在强烈的相互作用, 通过钉扎和拖曳作用来阻碍位错运动.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 采用透明模型合金丁二腈-2.0% (质量分数)乙醇(SCN-2.0%Eth), 实时观察了在单晶基材(001)晶面上进行激光重熔时, 扫描方向偏离基材[100]晶向不同角度时熔池内枝晶生长的演化过程. 研究发现, 当沿平行[100]晶向的方向进行扫描时,熔池最后演变为[010]枝晶列和[01ˉ0] 枝晶列平行对称生长; 当扫描方向与[100]晶向的夹角为20°时, 整个熔池呈现不对称振荡生长模式, 即一侧一直呈[01ˉ0] 枝晶列生长, 另一侧呈[100]枝晶列和[010]枝晶列相互竞争交替生长; 当扫描方向与[100]晶向的夹角达45°时, 熔池一直呈现为[100]枝晶列和[01ˉ0] 枝晶列相互垂直生长. 根据枝晶择优生长准则, 建立了一个描述熔池内枝晶生长行为的模型, 很好地解释了实验结果. 结果表明, 熔池内凝固组织受熔池形态和基材晶体取向共同影响.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 采用激光立体成形制备了层数逐渐增加的块状试样, 分析了零件竖直外侧壁向内倾斜的原因. 基于利用粉末累积高度重构单道熔覆层横截面轮廓的方法, 构建了描述竖直外侧壁轮廓逐层演化的分析模型. 利用该模型重构了不同单道熔覆层宽高比和激光束有效作用范围下的竖直外侧壁轮廓, 并分析了2 者的影响. 结果表明, 逐层叠加过程中, 已沉积的熔覆层将影响之后熔覆层的形成; 由于单道熔覆层的横截面为弧形, 其与激光束相交形成的边界熔池将向零件内部收缩, 从而引起边界单道熔覆层向内收缩及竖直外侧壁向内侧倾斜; 随沉积高度增加, 倾斜程度减小并趋于消失. 初始单道熔覆层宽度一定时, 减小激光束有效作用范围有利于外侧壁趋于竖直但却增大其偏离量; 单道熔覆层宽高比对外侧壁的影响几乎可以忽略.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 采用一次枝晶间距、最小生成树(minimum spanning tree, MST)、Voronoi 多边形、FFT以及RO-XRD和EBSD等方法,研究了DD6 单晶高温合金枝晶分布的均匀性. 结果表明: DD6 单晶高温合金一次枝晶平均间距为325.7 mm, 变化率7.38%.Voronoi 多边形法给出的最近邻枝晶个数对应在5.87~5.93, 所占比例变化率超过30%; 另外, MST的枝干长度变化也比较明显, 达到26.95%, 不同位置处的FFT频谱也不同, 说明实验中选晶法获得的DD6 单晶高温合金组织均匀性有待于进一步提高. 上述结果也表明, 定向凝固单晶高温合金枝晶生长是一个动态调整的过程, 通过测量一次枝晶间距结合Voronoi 多边形和MST法可量证枝晶生长过程的变化程度, 而通常采用一次枝晶平均间距来衡量凝固过程稳定性是不充分的. 对选晶法获得的DD6 单晶高温合金择优取向与轴向(Z 轴)之间的偏离角进行了测量, 发现其值在10°以内, EBSD 测试的结果比ROXRD相应结果大, 这是由于RO-XRD在计算偏离角时选用了强度最大值所对应的衍射峰所致.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 采用先磁控溅射Zr 膜, 再Si-Y扩散共渗的方法, 在新型Nb-Ti-Si-Cr 基超高温合金表面制备了ZrSi2-NbSi2复合渗层, 分析了渗层的显微组织及形成机制, 并研究了其在1250 ℃的恒温氧化行为. 结果表明, 1150, 1250 和1350 ℃下Si-Y共渗4 h 所制备的渗层具有相似的显微组织, 均主要由ZrSi2外层, (Nb, X)Si2 (X=Ti, Cr, Zr 和Hf)中间层和(Ti, Nb)5Si4内层组成.恒温氧化实验结果表明, 所制备的渗层具有优异的抗高温氧化性能. 氧化时渗层表面形成了由SiO2, TiO2, ZrSiO4和Cr2O3混合组成的致密氧化膜, 能够在1250 ℃空气中保护基体合金至少100 h 不被氧化.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 采用实验和数值计算方法, 研究了Mg-4.58Zn-2.6Gd三元铸造镁合金的自由凝固路径选择. 实验结果表明, 当铸型冷却速率≤0.75 K/s 时, 合金首先生成的共晶为a(Mg)+W(Mg3Zn3Gd2); 当铸型冷却速率≥7.71 K/s 时, 合金首先生成的共晶为a(Mg)+I(Mg3Zn6Gd). 建立了综合考虑合金液相扩散和冷却速率因素的多元合金初生相凝固路径计算模型. 耦合热力学计算软件Thermo-Calc 及其数据库获得了g-4.58Zn-2.6Gd合金凝固路径计算所需的热力学数据, 发现计算结果与实验结果吻合良好.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-18 合作期刊: 《材料研究学报》
摘要： 采用高能喷丸方法在高Nb-TiAl 合金表面引入塑性变形, 研究其对高Nb-TiAl 合金扩散连接的影响。结果表明: 喷丸处理后待连接表面产生厚度约150 μm的变形影响区。表面变形区在扩散连接过程中未发生显著再结晶, 但是后续热处理后连接界面处发生强烈再结晶, γ相占据了原始平直界面。室温剪切强度的测试结果表明, 表面塑性变形可有效降低高Nb-TiAl合金的扩散连接温度, 连接接头的剪切强度最高达到420 MPa。
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-18 合作期刊: 《材料研究学报》
摘要： 用扩散渗法在Nb/NbCr2合金表面制备硅化物涂层, 研究了基体合金和涂层在1250℃的氧化行为。结果表明：在Nb/NbCr2合金表面渗Si 所得硅化物涂层由(Nb, Cr)Si2和(Cr, Nb)Si2两相组成, 过渡层为(Nb, Cr)5Si3, 涂层的生长动力学服从抛物线规律。基体合金在1250℃氧化形成的氧化膜为Nb2O5和CrNbO4交替分布的疏松组织, 与基体有剥离现象。渗Si 涂层在1250℃氧化形成的氧化膜较为致密完整, 与残留涂层结合良好, 为SiO2和CrNbO4混合氧化膜, 改善了合金的高温抗氧化性能。
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-18 合作期刊: 《材料研究学报》
摘要： 采用真空非自耗电弧熔炼的方法制备了4 种名义成分为Nb-22Ti-16Si-4Hf-3Al-xCr (x = 0, 3, 5 和10, 原子分数, %) 的合金, 并于1450℃保温50 h 进行了均匀化处理, 研究Cr 含量对Nb-Si 基超高温合金电弧熔炼态和热处理后组织, 及其电弧熔炼态下室温断裂韧性的影响。结果表明: 添加Cr 没有改变硅化物的晶型(均为γ(Nb, X)5Si3), 但其含量随Cr 含量的增加而增加, 而Nbss/γ(Nb, X)5Si3共晶的含量则逐渐降低; 添加Cr 还促进了Nbss/(Nb, X)5Si3/Cr2(Nb, X) 三相共晶的形成, 且该共晶的含量随合金中Cr 含量的增加而增加。经1450℃/50 h 热处理后, 原电弧熔炼态的Nbss 枝晶和共晶组织消失, 且合金组织明显变得均匀。Cr 含量为0, 3%和5%的合金组成相为Nbss 和γ(Nb, X)5Si3, 而在Cr 含量为10%的合金中则出现了Nbss, γ(Nb,X)5Si3和Cr2(Nb, X)的三相平衡组织。电弧熔炼态下合金的室温断裂韧性随Cr 含量的增加呈现降低的趋势。
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2016-11-15 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 采用熔体超温处理技术对新型含Re和Ru的镍基单晶高温合金熔体进行了不同温度的超温处理，利用电子探针系统研究了定向凝固过程中合金元素的溶质分布状态及溶质分配系数随熔体超温处理温度变化的规律。结果表明，在平界面定向凝固条件下，熔体超温处理对Al、Ta、Ru、Re、W元素的分布和分配系数有明显的影响，而对Mo、Cr、Co元素无明显影响。随熔体超温处理温度的升高，Al、Ta元素在固液界面前沿液相一侧的分布呈现先增高后降低的趋势，而Re、W、Ru元素则呈现相反的规律。当熔体从1500℃过热到1700℃时，Al、Ta、Re、W元素的溶质分配系数趋近于1；进一步提高熔体温度至1800℃，各元素溶质分配系数逐渐偏离1，然而熔体超温处理温度对于Ru、Mo、Cr、Co的溶质分配系数的变化影响不大。熔体超温处理使合金熔体结构发生变化，并进而影响元素分布，是导致溶质分配系数发生变化的主要原因。
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2016-11-15 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 基于经典相变理论，分析相变中关键热力学/动力学参量，提出相变热力学/动力学相关性概念；结合低合金钢TMCP涉及相变的实验研究，总结热力学驱动力、动力学能垒与相变条件间关联；进而探讨相变中热力学/动力学相关性；最后对热力学/动力学相关性的潜在应用进行了展望。
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2017-03-31 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 通过对3种不同W(6%-8%, 质量分数, 下同)含量的第三代镍基单晶高温合金铸态, 热处理态和热暴露后的组织观察和成分分析, 研究了W对元素偏析, 热处理组织及热暴露过程中组织演化的影响. 结果表明: W含量的提高对合金元素的铸态偏析, 完全热处理后的γ′相形貌, 尺寸和体积分数无明显影响. 在950 ℃热暴露过程中, W含量的提高抑制了γ′相的粗化, 但加速了γ′相的连接变形. 3种合金在热暴露过程中析出的TCP相主要为μ相和σ相, 且TCP相析出量随W含量的增加缓慢增大. 此外, 3种合金在1000 ℃热暴露时TCP相析出量最大, 在950 ℃热暴露时次之, 在1050 ℃热暴露时析出量最小.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2016-11-04 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 采用透明模型合金丁二腈-2.0%（质量分数）乙醇（SCN-2.0%Eth），实时观察了在单晶基材(001)晶面上进行激光重熔时，扫描方向偏离基材[100]晶向不同角度时熔池内枝晶生长的演化过程。发现，当沿平行[100]晶向的方向进行扫描时，熔池最后演变为[010]枝晶列和 枝晶列平行对称生长；当扫描方向与[100]晶向的夹角为20o时，整个熔池呈现不对称振荡生长模式，即一侧一直呈 枝晶列生长，另一侧呈[100]枝晶列和[010]枝晶列相互竞争交替生长；当扫描方向与[100]晶向的夹角达45o时，此时熔池一直呈现为[100]枝晶列和 枝晶列相互垂直生长。根据枝晶择优生长准则，建立了一个描述熔池内枝晶生长行为的模型，很好地解释了实验结果。结果表明，熔池内凝固组织受熔池形态和基材晶体取向共同影响。
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2016-11-04 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 本文采用实验方法和数值计算方法，以Mg-4.58Zn-2.6Gd为例，研究了Mg-Zn-Gd三元铸造镁合金的自由凝固路径选择问题。不同铸型条件下的实验表明，当铸型冷却速率较小时，实验合金生成α(Mg) + W(Mg3Zn3Gd2)共晶组织；随着铸型冷却速率的增大，实验合金生成α(Mg) + I(Mg3Zn6Gd)共晶组织。建立了综合考虑合金液相扩散和冷却速率因素的多元合金初生相凝固路径计算模型。耦合热力学计算软件Thermo-Calc及其数据库获得实验合金凝固路径计算所需热力学数据，发现计算结果与实验结果吻合良好。
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 对高熔点金属Nb, W, Ta, Mo及Ir 电子束区熔熔区高度进行了稳定性分析, 发现在区熔相同尺寸试样时, 能够稳定熔区高度大小排序依次为Nb>Mo>W>Ta>Ir. 计算获得了这5 种金属的晶体生长角在8°~13°之间, 发现生长角不为零对大尺寸试样熔区高度起主导作用, 同时金属的实际晶体生长角与界面生长机制有关. 当为粗糙界面生长机制时, 生长角随区熔凝固速率增加变化不大; 而为位错生长机制时, 生长角随区熔凝固速率增加而减少; 如为小面生长机制时, 生长角在低速下会大幅度减小, 并随凝固速率增加而增大. 采用较大的凝固速率(约1 mm/min)有利于控制Ir 和Mo晶体生长角变化和熔区高度, 这一点与Mo区熔单晶生长实验结果基本吻合.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要： Nb- Ti- Si base in situ composites which consist of Nb solid solution (Nbss) and silicides (a-Nb5Si3, b-Nb5Si3, g-Nb5Si3 and/or Nb3Si) phases, have shown great potential as alternative materials to Ni-based superalloys due to their high melting points (beyond 1700 ℃ ), good formability, low density (6.6~7.2 g/cm3) and high strength. However, a major hindrance to the applications of these alloys at elevated temperatures is their poor oxidation resistance. Alloying is an effective method to improve the integrated properties of the alloys, especially for the oxidation resistance. Up to now, many beneficial elements such as Ti, Al, Cr and Sn have been employed to ameliorate their oxidation resistance. Nevertheless, there is no systematic and comprehensive investigation on the effect of Zr contents on the microstructure and oxidation behavior of the alloys based on Nb-Ti-Si system. The aim of this work is to clarify the effects of Zr contents on phase selection, microstructure and high temperature oxidation resistance of Nb-Ti-Si based alloys in detail. The constituent phases, microstructure and composition of the alloys under as- cast state and after oxidation were investigated by OM, XRD, SEM and EDS. Thus, six Nb-Ti- Si base ultrahigh-temperature alloys with compositions of Nb-22Ti-15Si-5Cr-3Hf-3Al-xZr (x=0, 0.5, 1, 2, 4, 8, atomic fraction, %) were prepared by vacuum non-consumable arc-melting. The results show that the alloys with different Zr contents are mainly composed of Nbss and g-(Nb, X)5Si3 (X represents Ti, Hf, Cr and Zr). However, the addition of Zr has an obvious affect on the microstructure of Nb-Ti-Si base alloys. Both the sizes and amounts of primary g- (Nb, X)5Si3 increase with increase in Zr contents. Alloys with different Zr contents were oxidized at 1250 ℃ for 1~50 h, respectively. It is found that both adhesion and compactness of the scales are improved effectively by increase in Zr contents. The scales of alloys with higher Zr contents (x=4 and 8) after oxidation for 50 h show an obvious layered structure: the outmost layer is only composed of TiO2, the middle layer mainly consists of ZrO2, TiNb2O7 and TiO2, and the inner layer is mainly comprised of Si-rich oxides. The mass gain per unit area and the thickness of the scale after oxidation decrease with increase in Zr contents in the alloys, indicating that the addition of Zr can improve the oxidation resistance of the alloys significantly.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2016-11-15 合作期刊: 《金属学报》
摘要： ITER项目中，Nb3Sn超导多芯复合股线在制备，绕制，热处理和运行过程中受到材料应变状态的影响。采用Pacman弹簧装置测量在不同磁场，温度和应变条件下Nb3Sn多芯股线的V-I特征曲线。外部磁场变化范围由4T到11T，温度变化由4.2K至10K，材料轴向应变变化范围在-0.9%~+0.6%。通过偏量比例模型模拟材料临界电流Ic随应变状态的变化规律。研究轴向应变条件下，超导材料载流能力的衰退和n值的变化，获得我国ITER用Nb3Sn多芯复合股线的应变特征。
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 对2219-T62 铝合金母材和搅拌摩擦焊(FSW)接头沿板厚方向分层切片分别进行了低周疲劳实验研究, 探讨了热力耦合作用不均匀性和焊接工艺参数对接头低周疲劳变形行为的影响. 结果表明: 在低外加总应变幅0.1%和0.2%时, 低周疲劳循环应力幅和塑性应变幅曲线呈水平分布, 疲劳裂纹萌生于试样表面且具有单一性, 裂纹扩展区有明显的疲劳辉纹; 在高应变幅0.4%, 0.6%和0.8%时, 应力幅升高, 塑性应变幅降低, 发生循环硬化, 且随着应变幅的增加, 疲劳循环应变硬化程度逐渐升高, 裂纹萌生具有多源性, 以韧窝断裂特征为主. 母材疲劳寿命高于FSW接头; 与接头中部和底部切片相比, 上部疲劳寿命较低. 随转速的升高, 疲劳寿命降低, 焊速对其影响较小.
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