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： 动力与电气工程 >> 工程热物理学 提交时间： 2017-11-07 合作期刊: 《工程热物理学报》
摘要： 针对飞机结冰的特殊凝固过程，基于Enthalpy-porosity模型，发展了改进的结冰特性预测模型及数值计算方法，并基于凝固实验开展了所建模型及预测方法的验证。研究表明，相对于传统Enthalpy-porosity方法，所发展的方法可有效表征非平衡凝固过程，因而对冷水滴凝固特性的表征具有较好的改进。基于所建方法，开展了水滴凝固特性的影响因素分析，获得了不同过冷条件下水滴凝固过程的温度分布及相界面变化特征。相关研究可为结冰热力学模型的改进，以及结冰特性的精细化预测提供重要参考。
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： 研究了铸件形状因素对雀斑形成的影响,揭示了雀斑产生的几个新特点, 如型芯会诱导铸件内表面雀斑产生，雀斑易于产生的部位是铸件的边角而不是平面上, 是外廓收缩而不是扩张处等。提出了糊状区液体流动的趋壁效应这一新理念来合理解释这些超出了现有知识的新发现。本文的研究结果提升了雀斑研究领域的理论水平，对实际生产中雀斑的预防和控制具有重大的理论和实用意义。
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： 分析了高温合金叶片复杂部位的凝固过程, 提出了单晶组织的三维生长机制和精确制导的新理念. 通过展示一系列的新发明, 如导热体引晶技术、平行式加热和冷却定向凝固设备、对叶片不同部位分别进行定点冷却和定点加热的复合控制引晶技术、薄壳降升法制造单晶叶片技术等, 显示了高温合金叶片单晶凝固技术发展的新思路和新举措. 这些新理念的提出和新发明的实施, 将有助于高温合金单晶叶片这种高精产品的制造方式实现从粗放式到精细式的根本转变.
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： 合金中微量元素的偏析加剧了主元素的偏析，形成有害相，恶化性能。如何控制微量元素的偏析，得到性能均匀的高性能合金？师昌绪先生领导的铸造高温合金团队自八十年代初开始了低偏析技术的研究，他们在研究高温合金的凝固过程中发现，控制微量元素P、B、Si和Zr含量可以降低高温合金的凝固偏析。采用低偏析技术提高了高温合金的使用温度和性能，并发展了M17系列合金及GH738及125合金等低偏析合金。 低偏析技术所研究的铸造高温合金是在真空炉中熔炼经电渣或自耗炉重熔得到的，当时产品的最大重量不超过1吨。现在，我们欲探索在数十吨甚至数百吨常压电弧炉熔炼合金钢中低偏析技术的实用性。通过低压转子用30Cr2Ni4MoV百吨大钢锭试验，获得了控制微量元素O、Al含量，可以显著减少直至消除偏析。此外，用低偏析技术研究了核电蒸发器传热管用690形变高温合金，通过控制690合金中的微量元素S、N达到了成分和组织均匀，性能提高的目的。在具有放射性元素的U-Nb合金中控制C、N、O，在高碳U中控制C、O也能达到同样的效果。 低偏析技术具有普适性，但是不同合金或钢中需要控制的微量元素是不同的，应广泛地在其它金属结构材料中进行研究、查找和分析，得出不同合金中严重影响偏析的微量元素，在冶炼和制备工艺上加以控制，以获得高质量的低偏析钢种，这将大大地支撑工业制造2025的装备制造水平。
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： 将U-Co二元系中的富U合金UxCo100-x (x=50~87.5)作为研究对象, 采用电弧熔炼与甩带方法制备它们的母合金锭与薄带样品, 通过XRD和DSC研究合金样品的相组成与稳定性, 同时采用动电位极化方法研究非晶合金的耐腐蚀性能. 结果表明, 条带非晶形成的成分区间为58.5≤x≤78, 其最佳成分出现在U66.7Co33.3附近; 在20 K/min 加热速率下, U-Co非晶的晶化温度位于534~550 K之间, 晶化放热焓为4.8~8.5 kJ/mol, 约化晶化温度Trx值最高达0.535; 在50×10-6 Cl-溶液中, U-Co 非晶合金的腐蚀电位大都接近-50 mV, 其抗腐蚀能力显著优于贫铀, 且U-Co非晶耐腐蚀性与其形成能力显示出正相关性.
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： 在Bridgman 定向凝固炉中对Ti-46Al-(8, 9, 10)Nb 合金进行定向凝固实验, 研究了生长速率和Nb含量对TiAl-Nb合金的微观组织、相变路径以及溶质偏析的影响, 获得了定向凝固TiAl-Nb合金相变过程与微观组织选择图. 结果表明, 生长速率的增加使得固/液界面发生了平界面-胞状界面-枝晶界面转变, 并促进完全b 相凝固转变为具有L+b→a 包晶反应凝固过程, 最终组织由a2/g 层片组织转变为具有a2/g 层片和B2 相的多相组织. 溶质Nb的添加对b 相具有稳定作用, 促进了完全b 相凝固过程的发生以及a2/g 层片和B2 相多相组织的形成. 生长速率和Nb含量对相变过程和微观组织的影响与溶质偏析(S 型偏析, b 型偏析)过程密切相关. 其中S型偏析程度的提高有利于促进包晶反应的发生, 从而导致最终组织发生严重的溶质偏析以及大量B2 相在枝晶心部的集中分布. b 型偏析中溶质Nb在残余b 相中的富集是形成B2 相的主要来源, Nb的富集程度直接决定了B2 相的形态和尺寸. 根据关于生长速率和Nb含量的Ti-46Al 合金相变过程和微观组织选择图可知, 选择较高的Nb含量和较低的冷却速率能获得完全b 相凝固过程, 可以得到组织分布均匀、溶质偏析程度较低的定向凝固组织.
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2016-11-10 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 将U-Co二元系中的富U合金UxCo100-x（x = 50~87.5，原子分数，下同）作为研究对象，采用电弧熔炼与甩带方法制备它们的母合金锭与薄带样品，通过X 射线衍射和差示扫描量热分析研究合金样品的相组成与稳定性，同时采用动电位极化方法研究非晶合金的耐腐蚀性能。结果表明，条带非晶形成的成分区间为58.5? x ?78，其最佳成分出现在U66.7Co33.3附近；在20 K/min加热速率下，U-Co非晶的晶化温度位于534~550 K之间，晶化放热焓为4.8~7.9 kJ/mol，约化晶化温度Trx值最高达0.535；在50 x 10-6 Cl-溶液中，U-Co非晶合金的腐蚀电位大都接近-50 mV，其抗腐蚀能力显著优于贫铀，且U-Co非晶耐腐蚀性与其形成能力显示出正相关性。
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： 采用热模拟实验研究了定向凝固与等轴晶U720Li合金的高温塑性变形行为,利用OM,SEM和EBSD分析了不同变形条件下合金的组织特征及动态再结晶机制.结果表明,定向凝固与等轴晶合金的变形抗力均随变形温度升高而降低.定向凝固U720Li合金沿垂直柱状晶方向变形时变形抗力较低,枝晶间协调变形能力良好,未出现裂纹.与等轴晶合金相比,相同变形条件下定向凝固合金的动态再结晶组织均匀;高温塑性变形过程中,定向凝固合金的动态再结晶主要以晶界弓弯和位错塞积方式形核.定向凝固U720Li合金的变形激活能为766 kJ/mol,比等轴晶合金降低了38.6 %,定向凝固合金呈现出更好的热加工特性.
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： 元胞自动机(cellular automaton, CA)方法能够有效地描述凝固过程中显微组织形貌的复杂演化过程, 且计算效率较高, 展现出良好的实际应用潜力. 近20年来, CA模型取得了很大的进展. 本文简要综述几种模拟凝固显微组织的CA模型, 包括纯扩散和对流作用下的枝晶生长、共晶凝固、多元合金中的热力学和动力学耦合、枝晶耦合凝固气孔的生长、以及多尺度的耦合模拟. 最后, 对今后CA模型的发展提出作者的几点思考.
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： 考虑了液态金属冷却定向凝固过程中动态对流边界, 建立了高温合金铸件温度场数学模型, 采用三维元胞自动机(cellular automaton, CA)方法和KGT生长模型, 建立了镍基高温合金凝固过程晶粒形核及生长的数学模型. 采用宏观模型与微观模型双向同步耦合, 实现了温度场和晶粒组织的数值模拟. 进行了浇注实验, 用冷却曲线和晶粒形貌验证了数学模型的准确性. 对液态金属冷却定向凝固规律的研究表明, 抽拉速率不仅对糊状区形状有重要影响, 而且对晶粒的平行度以及枝晶组织的细密性也有很大的影响. 抽拉速率过小时, 糊状区上凸, 晶粒组织易发散; 抽拉速率过大时, 糊状区下凹, 晶粒组织汇聚, 同时造成枝晶组织的粗化; 适当的抽拉速率下能获得平坦的糊状区, 提高晶粒的平行度, 细化枝晶组织.
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Cu-10%Co-10%Fe (质量分数)亚稳液态组元不混溶合金开展了气体雾化快速凝固实验, 制备了富Fe-Co相球形粒子均匀分布于基体Cu的复合粉末, 建立了Cu-Co-Fe 合金雾化液滴冷却过程中的温度场、浓度场和液-液相变动力学控制方程, 研发了耦合合金热力学和相变动力学的模拟方法, 模拟分析了Cu-10%Co-10%Fe 合金雾化液滴的凝固组织形成过程.实验和模拟结果表明, 在气体雾化快速凝固条件下, 液-液相变过程中富Fe-Co相液滴Marangoni 迁移和Ostwald 熟化的影响很弱, 粉末中心绝大部分区域内富Fe-Co相粒子的空间分布均匀. 对于直径小于220 mm的Cu-10%Co-10%Fe 合金粉末, 富Fe-Co 相粒子的平均半径Ra和数量密度N与雾化粉末直径d 之间符合指数关系.
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： 对Cu-10%Co-10%Fe(质量分数，下同)亚稳液态组元不混溶合金开展了气体雾化快速凝固实验，制备了富Fe-Co相球形粒子均匀分布于基体Cu的复合粉末，建立了Cu-Co-Fe合金雾化液滴冷却过程中的温度场、浓度场和液-液相变动力学控制方程，研发了耦合合金热力学和相变动力学的模拟方法，模拟分析了Cu-10%Co-10%Fe合金雾化液滴的凝固组织形成过程。实验和模拟结果表明，在气体雾化快速凝固条件下，液-液相变过程中富Fe-Co相液滴Marangoni迁移和Ostwald熟化的影响很弱，粉末中心绝大部分区域内富Fe-Co相粒子的空间分布均匀。对于直径小于220 μm的Cu-10%Co-10%Fe合金粉末，富Fe-Co相粒子的平均半径 和数量密度N与雾化粉末直径d之间符合指数关系。
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： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 建立了宽弦叶片定向凝固过程的宏微观数理模型, 计算结果与实验结果吻合, 铸件表面大部分晶粒的位置和形状一一对应. 通过数值模拟预测了不同引晶方式和拉速下温度场和晶粒组织的演变过程, 研究了2 种因素的影响规律. 通过建立糊状区形态和晶粒数的数学判据, 实现了温度场和微观组织优劣的定量评价, 基于判据揭示了工艺参数对糊状区和晶粒的影响机理, 从而对工艺进行了定量的优化. 研究表明, 采用叶身正下方的引晶方式, 有利于增加柱状晶数目, 提高晶粒平行度, 防止横向晶界生成, 同时还可以在糊状区形状保持平直的前提下使用较高拉速, 从而避免晶粒粗化, 并提高生产率.
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： 在定向凝固钴基高温合金中采用V型缺口分别垂直和平行于凝固方向的板状热疲劳试样, 并在缺口位置预制再结晶组织, 研究了在最高温度为1000 ℃, 最低温度为室温的冷热循环下, 缺口取向和再结晶对定向凝固钴基高温合金热疲劳性能的影响. 结果表明, 缺口取向垂直于凝固方向时, 基体在应力作用下循环氧化开裂; 缺口平行于凝固方向时, 热疲劳性能下降, 裂纹沿枝晶间扩展. 再结晶降低定向凝固钴基高温合金的热疲劳性能, 再结晶晶界氧化开裂, 晶界析出的M23C6型碳化物氧化脱落后形成的孔洞加速了裂纹扩展; 连接枝晶间碳化物的再结晶晶界成为缺口平行于凝固方向时热疲劳裂纹的优先扩展通道.
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： 利用高温度梯度定向凝固-液态金属冷却(LMC)技术制备了重型燃机定向结晶空心高压涡轮叶片, 采用ProCAST有限元模拟软件计算了LMC定向凝固工艺下, 不同抽拉速率时空心定向结晶叶片凝固过程的温度场、晶粒组织以及一次枝晶间距(PDAS), 预测了抽拉速率对杂晶、雀斑等缺陷的影响. 结果表明, 模拟结果与实验结果吻合良好. 随着抽拉速率增加, 叶片的凝固速率、冷却速率均增加, 远高于高速凝固法(HRS)的凝固速率、冷却速率; 叶片不同部位达到最大纵向温度梯度时的抽拉速率不同, 纵向温度梯度是评价定向工艺的有效方法; LMC工艺制备的燃机叶片消除了雀斑缺陷, PDAS远小于HRS工艺.
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： 建立了宽弦叶片定向凝固过程的宏微观数理模型，计算结果与实验结果吻合，铸件表面大部分晶粒的位置和形状一一对应。通过数值模拟预测了不同引晶方式和拉速下温度场和晶粒组织的演变过程，研究了2种因素的影响规律。通过建立糊状区形态和晶粒数的数学判据，实现了温度场和微观组织优劣的定量评价，基于判据揭示了工艺参数对糊状区和晶粒的影响机理，从而对工艺进行了定量的优化。研究表明，采用叶身正下方的引晶方式，有利于增加柱状晶数目，提高晶粒平行度，防止横向晶界生成，同时还可以在糊状区形状保持平直的前提下使用较高拉速，从而避免晶粒粗化，并提高生产率。
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"V"型缺口分别垂直和平行于凝固方向的板状热疲劳试样, 并在缺口位置预制再结晶组织, 研究了在最高温度为1000℃, 最低温度为室温的冷热循环下, 缺口取向和再结晶对定向凝固钴基高温合金热疲劳性能的影响. 结果表明: 缺口取向垂直于凝固方向时, 基体在应力作用下循环氧化开裂; 缺口平行于凝固方向时, 热疲劳性能下降, 裂纹沿枝晶间扩展. 再结晶降低定向凝固钴基高温合金的热疲劳性能, 再结晶晶界氧化开裂, 实验中晶界析出的M23C6型碳化物氧化脱落后形成的孔洞加速了裂纹扩展; 连接枝晶间碳化物的再结晶晶界成为缺口平行于凝固方向时热疲劳裂纹的优先扩展通道。
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： 利用高温度梯度定向凝固-液态金属冷却(LMC)技术制备了重型燃机定向结晶空心高压涡轮叶片，采用ProCAST有限元模拟软件计算了LMC定向凝固工艺下，不同抽拉速率时空心定向结晶叶片凝固过程的温度场、晶粒组织以及一次枝晶间距(PDAS)，预测了抽拉速率对杂晶、雀斑等缺陷的影响。结果表明，模拟结果与实验结果吻合良好。随着抽拉速率增加，叶片的凝固速率、冷却速率均增加，远高于高速凝固法(HRS)的凝固速率、冷却速率；叶片不同部位达到最大纵向温度梯度时的抽拉速率不同，纵向温度梯度是评价定向工艺的有效方法；LMC工艺制备的燃机叶片消除了雀斑缺陷，PDAS远小于HRS工艺。
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