利用引晶技术制备大尺寸镍基单晶涡轮导向叶片

采用引晶技术制备了大尺寸双联镍基单晶涡轮导向叶片。利用高速凝固法(high rate solidification,HRS)进行单晶叶片定向凝固,并对单晶叶片进行宏观腐蚀,揭示叶片单晶完整性。通过扫描电镜、电子背散射衍射(EBSD)技术及高温持久实验,评估单晶叶片实际性能。同时,利用有限元模拟软件ProCAST对单晶叶片的定向凝固过程进行数值模拟及分析。结果表明:采用引晶技术可有效避免杂晶缺陷的形成,并可成功制备单晶完整性良好的大尺寸双联涡轮导向叶片,但在Vane 1叶片主晶与引入晶体之间仍会形成角度分别为1.5°和2.7°小角度晶界(LABs)缺陷;LABs使得单晶叶片的高温持久性能虽稍有降低(寿命损失小于15%、断后伸长率损失小于7%),但仍可满足叶片的服役性能。根据ProCAST软件对大尺寸双联单晶导向叶片凝固过程的模拟结果得知,设置引晶结构后,叶片的原始凝固路径得到了优化,叶片前缘位置的过冷条件得到了改善,杂晶缺陷的形核概率得到了降低,有效避免了杂晶缺陷的形成。

微量氮对DD33单晶高温合金雀斑形成倾向的影响

通过扫描电镜、能谱及差示扫描量热仪等手段研究了不同氮含量(0.0002%与0.005%)对DD33单晶高温合金中雀斑缺陷的影响。利用ProCAST与JMatPro分别模拟了铸件糊状区的形状与熔体流体粘度。结果表明:随氮含量的提高,合金凝固温度区间减小,枝晶间共晶体积分数减少,一次枝晶间距及糊状区流体粘度增大;粘度增加使糊状区热溶质对流强度及枝晶间液体径向补缩流动变弱,最终导致定向凝固过程中雀斑形成倾向降低。

电磁搅拌对Mg-6%Zn-0.3%Zr合金组织及拉伸性能的影响

通过显微组织观察与室温拉伸性能测试,研究了电磁搅拌对铸态Mg-6%Zn-0.3%Zr合金的显微组织及拉伸性能的影响。结果表明:随着磁场强度的增大,晶粒尺度明显减小且均匀化,晶粒形状趋于等轴晶,合金的抗拉强度、屈服强度以及伸长率增大。拉伸断口形貌观察表明,重力铸造和电磁搅拌铸造Mg-6%Zn-0.3%Zr合金的断裂方式都是脆性断裂。

预渗入法衬瓷工艺参数研究

传统陶瓷涂层在质量、能耗、以及环保等方面都存在一定的问题,针对这一现象,提出了预渗入法制备陶瓷涂层技术。即预先在坯体表面造出孔洞,将陶瓷复合粉料预先渗入到坯体表面的孔洞中,通过烧结,在金属表面制备一层具有优异耐磨性的衬瓷层。研究了造孔剂加入量、预烧工艺等参数对孔分布的影响规律,利用扫描电镜分析了预烧后坯体的孔洞分布规律和烧结后衬瓷层的显微组织,实验结果表明:造孔剂的加入量(淀粉)为10%、预烧工艺参数为400℃×1h时,坯体中孔的分布较为均匀,孔径大小适合纳米氧化锆的预渗入;预渗入法获得的衬瓷层厚度为50μm～150μm,烧结后的陶瓷颗粒被金属镍牢固包覆。

截面尺寸和固溶制度对单晶高温合金DD33中显微孔洞的影响

研究了截面尺寸和固溶制度对DD33单晶高温合金中显微孔洞的影响。结果表明:随着截面尺寸的增大铸态合金的枝晶间距增大,共晶的含量提高。合金中的铸态微孔存在于共晶附近,其体积分数随着截面尺寸的增大稍有提高。在固溶制度相同的条件下,随着截面尺寸的增大残余共晶的含量和微孔的体积分数增加。当截面尺寸相同时,随着固溶温度的升高微孔体积分数增加。在固溶处理过程中各元素的不平衡扩散产生的Kirkendall效应导致合金内部固溶微孔的产生,不同截面尺寸造成组织偏析程度的不同是截面尺寸影响固溶微孔体积分数的主要原因。根据叶片的组织演化规律,给出了叶片固溶制度的设计方案并进行了实验验证。