高温合金精密铸造用陶瓷型壳及其与合金界面反应的研究进展

高温合金因优异的高温性能广泛应用于航空发动机和工业燃汽轮机等领域,而制备性能优异的陶瓷型壳是生产精密高温合金铸件的前提。本文归纳了近年来陶瓷型壳制备技术的发展,分别叙述了陶瓷型壳基体材料的选择、黏结剂的影响、纤维材料改性、制备工艺等方面的研究进展以及现存的问题。同时,对于陶瓷型壳与高温合金发生的界面反应进行了分析讨论,总结了界面化学反应机理和润湿性机理,并归纳了陶瓷材料/合金组分元素对界面反应的影响,以及现有研究中存在的不足之处。最后指出基于高温合金精密铸造用陶瓷型壳制备技术未来研究的重点方向。

X射线超快成像原位表征激光增材制造过程研究进展

在增材制造过程中,熔池经历快速熔化、冷却、凝固的过程,其物理、化学、结构和应力等处于极端非平衡状态,容易导致孔隙、裂纹等缺陷产生,影响制件力学性能。同步辐射X射线具有高空间分辨率和时间分辨率,可以实现增材制造过程中熔池动力学和缺陷演化的原位表征。本文综述了近年来激光增材制造原位实验平台的搭建,并从熔池结构演化、缺陷形成机理和成形工艺优化三个方面介绍了同步辐射X射线原位表征激光增材制造过程的研究进展。最后基于目前增材制造原位观察的局限性,从表征系统改进、原料多样化和计算修正等方面对未来研究进行了展望。

高熵碳化物材料研究进展

高熵陶瓷是近年来得到快速发展的新型材料,吸引了许多研究者的关注,具有的高熵效应赋予了其优异的性能。其中高熵碳化物具有优异的硬度、断裂韧性、隔热性能与抗腐蚀性能,在环境障涂层、热障涂层等领域具有广阔的应用前景。本文详细介绍了高熵碳化物的预测理论、合成方法,同时对其抗氧化性能、力学性能、耐腐蚀性能以及隔热性能等方面进行了综述,指出了高熵碳化物在制备应用方面面临的问题,最后展望了高熵碳化物的发展方向。

激光增材制造中残余应力形成机理、表征及调控方法的研究进展

激光增材制造可以实现高性能复杂金属构件的一体化直接成形,但该过程中存在的非均匀温度梯度分布、微熔池的近快速凝固、原位热处理效应以及非平衡固态相变、微观结构的不均匀性等会产生复杂的残余应力,严重影响成形构件质量和综合性能。因此,本文围绕激光增材制造残余应力,首先介绍了残余应力的基本定义、分类及产生原因;然后针对激光增材制造过程中残余应力的特殊性、形成机理、表征方法及调控方法的研究现状进行了系统的综述,介绍了残余应力的表征方法及其特点,并说明了各方法的适用性及优缺点,总结了调控残余应力的方法可分为后处理调控和原位处理调控;最后,展望了研究激光增材制造残余应力的产生原因和演化机制应考虑几类应力的叠加效应。残余应力的表征应采用多种方法结合,相互辅助验证。为避免成形过程中应力集中影响成形质量以及避免后处理对构件精度产生影响,应重点研究原位调控残余应力的方法。

静磁场下电子束运动行为仿真

电子束具有能量集中、能量转化效率高等特点,广泛用于金属精炼、增材制造等金属加工领域。在电子束熔炼过程中引入外磁场,可调控熔体流动与凝固组织,改善材料性能,但磁场会导致电子束偏转,造成熔区偏移。针对此问题,本研究基于COMSOL仿真软件对静磁场下电子与电子束在不同外加磁场强度、发射角、扫描角及发射距离参数下的运动行为进行建模与仿真分析。结果表明:磁场下电子束与单电子的运动行为相似;在一定外加磁场下实现电子束熔炼需满足一定的临界发射角和扫描角条件,如在背景磁场为0.15 T时,发射角需小于35°,且当发射角为0°时,扫描角介于−3.5°~+3.5°之间;磁场越强,电子(束)偏转越剧烈,其临界条件范围越窄;磁场对电子(束)具有筛选、聚焦及约束作用,在满足临界发射角和扫描角条件下任意发射距离的电子(束)均能进入坩埚。本研究可为磁场辅助电子束熔炼及其他相关技术的开发提供指导。

铸造镍基高温合金K417G中高温拉伸断裂机理研究

研究了高温合金K417G热等静压热处理后700℃和950℃时拉伸的断裂机制,使用万能试验机进行中高温拉伸试验,通过扫描电子显微镜对组织、断口形貌、断口纵截面进行观察。结果表明:热处理后试样枝晶形貌明显,枝晶干上γ′相立方度较高,尺寸为0.4~0.5μm,且排列整齐,枝晶间有尺寸为1.5~2.6μm的花瓣形γ′相析出。与700℃时试样的拉伸性能相比,950℃时抗拉强度降低了46.3%,而伸长率提高了200%,这说明高温拉伸强度降低,塑性增加。中温拉伸时,枝晶间长条形碳化物是断裂的主要裂纹源及扩展通道。而高温拉伸时,晶界处的碳化物、共晶成为裂纹源,裂纹沿晶界扩展,形成了沿晶断裂形貌。

抽拉速率对一种第三代镍基单晶高温合金微观组织和偏析的影响

采用不同抽拉速率制备了一种第三代镍基单晶高温合金,研究了抽拉速率对合金微观组织和元素偏析的影响。结果表明:随着抽拉速率的增加,一次枝晶臂间距和二次枝晶臂间距减小;孔隙率先增大再减小,γ′相的尺寸和体积分数均减小且立方度增加;负偏析元素Re、W的偏析程度减小,正偏析元素Al的偏析程度变化较小,Ta的偏析程度略微增大。

La对CMSX-4单晶合金与型壳润湿性及界面反应的影响

为了获取高质量的含稀土单晶叶片,采用座滴法研究了La含量对CMSX-4单晶合金与陶瓷型壳润湿性及界面反应的影响。实验结果表明,添加90×10^(-6) La时,合金与型壳的润湿角略有下降,合金中仅发现Al与型壳中的SiO_(2)发生反应,形成产物为Al_(2)O_(3);当合金中w[La]达到143×10^(-6)时,合金与型壳的润湿角显著下降,合金中的La和Al都与型壳中的SiO_(2)发生反应;随后继续增加La含量,界面处析出不同La、Al原子比的铝酸镧化合物,润湿角变化不大。由此可见,实验中,143×10^(-6)为CMSX-4单晶合金中La发生界面反应的临界含量,而且,La与SiO_(2)的反应可以提高合金/型壳体系的润湿性。

燃气轮机叶片制备技术研究进展

涡轮叶片是燃气轮机的核心热端部件,其研发和制造是一个国家工业的发展规模和技术水平的重要体现.概述了燃气轮机叶片制备技术的近期研究进展.结合课题组的研究,围绕燃气轮机叶片的定向凝固、微观组织的电磁场辅助调控、陶瓷型芯制备、尺寸精度控制、高温合金纯净化冶炼、增材制造等,介绍了在相关领域取得的研究进展,并提出重点关注方向.

软接触结晶器电磁连铸技术的发展

介绍了软接触结晶器电磁连铸技术的基本原理 ,评述了该技术的发展过程 ,分析了在该技术研究中尚需解决的问题。作者认为 ,对于该技术的基本原理和规律的研究已较充分 ,但仍存在某些关键技术问题有待解决 ,为使该技术实用化 。

合金在电磁场中凝固时生成的特殊表面

分析了在旋转电磁场的作用下,Al—Si共晶合金在定向凝固时形成富Si特殊表面的过程,认为它是在次级流的作用下,一些Si颗粒被传输到坩埙壁处,并滞留下来进一步粗化而形成的。

水平电磁连铸中金属磁悬浮行为

实验研究了交流水平电磁连铸中磁场悬浮金属的悬浮力和侧向力的变化规律．结果发现，悬浮力随电流强度和屏蔽宽度的增加而显著增加，屏蔽金属板回路的电阻明显减小悬浮力．侧向力随距凸台距离的增加而迅速减小．

交流悬浮水平电磁铸造初步研究

在自行设计的水平悬浮电磁铸造装置内,进行了金属悬浮特性研究。测定了磁场分布和悬浮力,考察了电磁学参数及装备条件的影响规律。结果表明,除电流外,屏蔽宽度、金属液所处位置和屏蔽—金属液回路的电阻值也对悬浮力有较大影响。

强磁场在金属材料制备中应用研究的进展

强磁场下金属材料制备加工过程是一个新兴的研究领域,近年来发展迅速.作者综述了这一领域的主要进展,重点讨论了强磁场的晶体取向作用、磁场对金属凝固的作用、磁场下金属热处理和磁场的相变热力学效应等,指出强磁场对金属材料制备的影响是独特和复杂的,具有广阔的发展前景.同时分析了需进一步研究的主要方向.

小型扁锭的电磁铸造技术研究(Ⅱ)

The slab of Al-Si alloy has been cast in electromagnetic casting process (EMC). For com- parison, the slab is also cast in conventional continuous casting process. With EMC,the surface of the slab iS much smoother and brighter. Its solidified structure has been refined and homoge- nized,and the number of pinholes reduced greatly; the mechanical properties are considerably in- creased. These improvements are due to the electromagnetic stirring and strong cooling of the EMC process.

薄板交流水平电磁铸造的悬浮与成形规律

实验研究了薄板交流水平电磁铸造中的悬浮力和侧向力，考察了悬浮装置结构参数对悬浮形成性的影响。结果表明：装置中的凸台明显提高悬浮力而不增加侧向力，屏蔽－铝液回路的电阻明显减小悬浮力，在距凸台２ｃｍ处基本不存在侧向力。

强磁场下金属凝固研究进展

强磁场下金属凝固研究是一个新开辟的研究方向,有着广阔的前景。叙述了强磁场的基本效应,综述了强磁场下金属凝固的研究进展。重点介绍了磁场对凝固动力学、固/液界面稳定性、单相合金生长、共晶生长、热电磁流动及其作用、第二相颗粒运动的影响等方面的研究工作。指出了需要进一步研究的主要问题,以及所需的相关物理参数。

交流水平悬浮电磁连铸的数值模拟

分析了交流水平悬浮电磁连铸的电磁场和悬浮特点，建立了相应数学模型，进行了数值模拟研究。结果表明，随着输入电流增加，悬浮力近似成抛物线迅速增加，悬浮力随着磁场频率的增加而增加，但达到一定值后，增加不再明显。

磁场对Bi-Mn合金两相区中MnBi相凝固组织的影响

将 Ｂｉ－３％Ｍｎ和Ｂｉ－６％Ｍｎ合金加热至固液两相区内低于 ＭｎＢｉ相 Ｃｕｒｉｅ点的温度，保温 ３０ ｍｉｎ后在一定条 件下降温凝固，施加 ０－１．０ Ｔ磁场． 结果表明，磁场对 ＭｎＢｉ相凝固组织和材料磁性能有明显的影响 ． Ｂｉ－Ｍｎ合金在固液 两相区恒温时，ＭｎＢｉ晶体在大于 ０．１ Ｔ的磁场作用下沿磁场方向定向排列和优先长大、定向排列因子 Ｔ 随外磁场强度的增大 而提高 在磁场作用下的降温凝固过程中、沿磁场方向ＭｎＢｉ晶体长度增加，其平均长度随磁场的增大和合金在磁场中凝固时间 的延长而增加． 此外，磁取向试样具有明显的磁各向异性，平行定向排列方向的剩磁显著增强，而垂直方向的磁性很弱． 从铁磁性 ＭｎＢｉ晶体的磁各向异性和磁化晶体之间磁相互作用出发，建立了ＭｎＢｉ晶体在磁场中取向和优先长大的理论模型，并利用该模 型对实验结果进行了讨论．

合金凝固过程中晶粒磁取向的动力学研究

提出了合金凝固过程中晶粒磁取向的动力学模型,获得了晶粒取向时间的分析解,确定了取向时间与介质粘度、晶粒长径比、晶粒各向异性磁化率差以及磁场强度的理论关系.应用这个关系对顺磁性超导材料Bi-2212和磁性材料Bi-3％Mn的取向时间进行了预测.将Bi-3％Mn合金在300℃下熔化,并在不同的磁场下淬火,获得了有取向的MnBi织构,晶粒的取向时间小于1s,与理论预测一致.