浸渗处理及真空度对喷射粘结成形氧化钙基陶瓷型芯性能影响

采用喷射粘结成形技术,以重质碳酸钙作为原料,浸渗纳米ZrO2分散液后烧结得到了氧化钙基陶瓷型芯,研究了浸渗处理以及浸渗真空度对陶瓷型芯性能的影响。研究发现,浸渗处理后的陶瓷型芯内部生成了大量CaZrO3,使内部孔隙减少,微观组织更加致密,弯曲强度最大增加幅度为277.87%。浸渗处理时增大真空度可以进一步改善陶瓷型芯的性能,当真空度从0增加至0.05 MPa时,弯曲强度由7.15 MPa提升到8.88 MPa,但当真空度进一步增加至0.08 MPa时,弯曲强度却降至6.85 MPa,陶瓷型芯性能降低。不同处理工艺烧结后得到的陶瓷型芯浸泡在热水中5 min后即开始溃散,表现出良好的可溶性。

超声场作用下Al-Si合金的除气效果及晶粒细化

在不同的恒温条件下,对Al-Si合金熔体进行不同时间的超声处理,当超声处理时间为60 s时,试样含气量显著降低,除气效果明显.在Al-Si合金凝固过程中施加超声场,晶粒发生球化、细化现象;在Al-Si合金凝固区间恒温条件下施加超声场,晶粒发生细化但未发生球化现象.超声场作用下Al-Si合金晶粒细化主要是由于空化泡破碎产生的过冷生核所造成的.

电磁场对Al-1Si合金冷却曲线及凝固组织的影响

研究了工频电磁场对水平连铸Al-1Si合金凝固曲线和铸坯凝固组织的影响。通过在水平连铸过程中对合金冷却曲线的测量可知,施加100A的工频电磁场后,合金的开始结晶温度由未施加电磁场时的645℃上升到656.4℃,而且凝固时间缩短,结晶温度间隔变小。施加电磁场后,凝固组织得到了细化,励磁电流值的逐步增大使凝固组织更加细化均匀,但当励磁电流达到120A时,组织又发生粗化现象。

ZTC4钛合金大型复杂铸件组织及性能均匀性

目的以工程应用的大型复杂结构ZTC4钛合金铸件为研究对象,研究铸件复杂结构特征对组织、化学成分、力学性能分布均匀性的影响规律。方法用金相显微镜和扫描电镜对组织形貌进行观察。结果 Ti,Al元素在铸件各位置的分布比较均匀,V元素不均匀性较高。随铸件壁厚尺寸的增大,β晶粒尺寸和α片层间距成近线性增加的趋势,且β晶粒尺寸增幅较α片层间距大。结论铸件壁厚尺寸增加,宏观硬度和显微硬度呈近线性下降的趋势。

不同工艺下ZTC4钛合金铸件微观组织研究

目的研究不同浇注工艺下ZTC4大型薄壁复杂结构铸件各部位组织的差异。方法对大型复杂钛合金铸件结构进行分析,确定选取3种不同浇注工艺参数下典型铸件的厚大区、中厚区、薄壁区和厚薄转接区为研究对象,通过铸造钛合金β晶粒及α片层间距定量分析方法,对ZTC4钛合金铸件微观组织进行定量化检测,分析了铸造钛合金不同位置试样的β晶粒尺寸及α片层间距。结果铸件各部分的β晶粒尺寸、α片层间距与铸件壁厚相关,随着试样厚度的增加,其β晶粒尺寸、α片层间距呈线性增大的趋势;对比不同工艺下1#,2#,3#铸件在相同位置处试样的β晶粒尺寸,发现2#铸件试样的β晶粒尺寸均存在明显的晶粒粗大现象。结论通过铸造工艺可以调节改善钛合金铸件微观组织。

超声场作用下Al-1wt%Si合金水平连铸工艺参数的研究

为提高Al-1wt%Si合金键合线铸坯的质量,研究在功率超声作用下水平连铸工艺参数对φ10mm Al-1wt%Si合金铸坯的影响,阐明了铸造温度、拉坯速度、冷却水量与合金铸坯微观组织形貌的关系,在此基础上测量不同工艺参数条件下Al-1wt%Si合金铸坯的力学性能。实验结果表明:在1 000 W功率超声作用下,铸造温度为720℃,拉坯速度为100 mm/min,冷却水量为40 L/h时Al-1wt%Si合金铸坯的微观组织均匀细小,力学性能最佳,从而确立了制备Al-1wt%Si合金铸坯的最优铸造工艺参数来。

航空铸造钛合金及其成型技术发展

简述了铸造钛合金及TiAl合金的特点及在国内外航空领域的应用。根据我国钛合金领域专利申请情况分析了铸造钛合金技术在近30年的变化,特别是在航空领域的变化。随着航空制造技术的发展和高性能飞机的需求,钛合金铸件正向大型、整体和复杂化变化,TiAl合金铸件的发展将大大提高航空钛合金的使用温度。而航空领域的钛合金铸造技术将不再是单一的熔模精密铸造,将融合铸造模拟仿真技术和增材制造技术的优势,采取复合式发展的道路,以提高其整体精铸水平和生产效率。

超声场对Al-1％Si合金水平连铸坯显微组织及力学性能的影响

对直径为10 mm的Al-1％Si合金水平连铸过程施加超声处理后,铸坯的表面质量得到了改善,凝固组织得到了细化,力学性能得到了提高．当超声功率达到1000 W时,表面粗糙度由未施加超声波时的40μm降为10μm;平均晶粒度由94.1μm降为31．2μm;抗拉强度、延伸率和硬度分别提高了20．5％、37．5％和23．9％;同时,Si元素在α(AI)基体中分布的均匀性得到了提高,晶界偏析得到了抑制,析出的Si相形貌由条状变为颗粒状．

高能超声处理Al-1Si合金凝固组织分析

采用高能超声处理Al-1Si合金熔体,借助金相显微镜和电子探针进行组织分析,并测定合金的熔化潜热,分析了熔体中超声空化效应和声流效应影响凝固过程的机理。结果表明,试样晶粒平均尺寸由超声处理前的94μm减小到超声处理后的34μm;合金试样的熔化吸热量由263.90J/g降低为159.81J/g,在熔体中施加高能超声显著改善了合金成分的均匀性并细化了晶粒。

立式离心铸造中夹杂物运动规律数值模拟研究与应用

对立式离心铸造充型过程流体质点受力进行分析,依据流动控制方程和夹杂物运动控制方程,基于华铸CAE系统开发了立式离心铸造充型过程夹杂物运动追踪程序。对钛合金支板铸件采用CT扫描获得其夹杂物分布信息,结果表明其夹杂物分布与数值模拟预测的夹杂物分布位置一致,验证了数值模拟程序的有效性。最终利用上述模拟程序对该支板零件的离心铸造转速参数进行了优化,得到适合该支板铸件的最佳离心转速为150 r/min。

功率超声作用下水平连铸装置的设计及试验研究

为了提高水平连铸坯的使用性能,设计了一套带有功率超声系统的线坯水平连续铸造装置,并选择键合线用Al-1Si合金作为试验材料在此装置上进行了模拟试验。采用光学显微镜分析了所得到的铸坯凝固组织,观察了铸坯的表面质量,并且对铸坯进行了力学性能测量。结果表明,功率超声作用下,铸坯的凝固组织得到细化,表面质量得到改善,当经功率为1000W的超声波处理后,合金抗拉强度和伸长率分别比未超声处理的合金提高了20.5%和37.5%。

外场对水平连铸Al-1Si合金组织细化的影响

研究了电磁场和超声场对Al-1Si合金晶粒细化的影响。研究结果表明在结晶器外部施加电磁场,随着电流强度的增加,合金的晶粒得到了细化,但当电流增大到120A时,晶粒却发生了粗化;对金属熔体施加超声场以后,晶粒得到了明显的细化,平均晶粒度由94.1μm降为31.2μm。对外场作用下水平连铸Al-1Si合金的组织细化机理进行了探讨。

电磁场对水平连铸Al-1Si合金线材组织和性能的影响

研究了工频电磁场对水平连铸10mm的Al-1Si合金键合线铸坯表面质量、凝固组织、溶质偏析和力学性能的影响。试验结果表明,在工频电磁场作用下,铸坯的表面质量得到了改善,当励磁电流达到100A时,表面粗糙度由未施加电磁场时的40μm降为20μm;凝固组织得到了细化,晶粒尺寸均匀;溶质偏析得到了抑制,Si元素在α(Al)基体中的固溶度及其分布的均匀性得到提高;并且力学性能得到了改善,抗拉强度和伸长率分别提高了16·5%和36%。

镶铸管铸造工艺铸件无损检测分析

目的研究镶铸工艺成形钛合金铸件镶铸部位冶金缺陷形成原因及无损检测表征,为镶铸工艺铸件的无损检验判定提供依据,并为此类产品冶金质量评价提供依据,建立质量评价体系标准。方法通过对采用镶铸钛管工艺成形铸件的镶铸部位进行X射线检测及微观形貌、成分检测,结合铸造成形工艺的数值模拟过程进行对比分析。结果预埋钛管表面在铸造工艺过程中出现表面氧化,浇注过程中,在镶铸部位存在多股金属液充型交汇,镶铸管部位结构融合效果存在差异,存在未融合现象。结论采用镶铸工艺制备的铸件在无损检测方面存在不同于传统的冶金评判特征,镶铸部位的未融合缺陷可以通过X射线检测发现,在X光底片显示为沿钛管界面的黑线。

基于组织统计分析的大型铸件无损评估方法

针对大型、薄壁、复杂、整体、精密钛合金铸件各区域组织分布差异较大的问题,提出一种基于组织统计分析的大型铸件无损评估方法,在不破坏铸件的前提下,通过手持式显微镜获得铸件表层组织信息,建立表层组织统计学模型,给出铸件组织整体分布结果。通过对比分析无损评估获得的组织分布结果(A方法)与解剖取样后表层金相检测结果(B方法),研究该无损评估方法的可行性。结果表明:大型ZTC4钛合金铸件的晶粒尺寸均值、晶粒尺寸分布曲线的半高宽均符合高斯分布特征;采用无损评估方法能够有效评估其组织分布状况;本实验条件下,两种方法获得的铸件晶粒尺寸均值均随壁厚增加而线性增大,其变化率偏差在6%的范围内;所得晶粒尺寸分布曲线半高宽的相对偏差随铸件壁厚的增加呈指数增加的趋势,趋近于26%。

含细长孔ZTC4/TA2钛合金铸件界面熔合效果研究

目的研究镶铸复合机理和钛合金镶铸件的界面熔合效果。方法采用熔模精密铸造和镶铸技术复合的方法制备含细长孔的钛合金铸件,通过酸洗减薄管体壁厚的方式增加镶铸比,探讨镶铸比对铸件组织、界面及熔合率的影响,并分析管体被熔透的临界壁厚值。结果铸件基体组织主要由片状的α相和残余的β晶界构成,管体是片状的魏氏体组织。铸件界面熔合率随着镶铸比增加而增大。在本实验条件下,当铸件为8︰1时,铸件熔合率超过80%;当镶铸比超过15︰1时,铸件内部管体出现熔透现象。结论采用熔模精密铸造和镶铸技术复合的方法可制备含细长孔的钛合金铸件,并且通过减薄管体的方式可提高铸件界面熔合率。

ZTC4激光熔覆修复力学性能及失效分析

采用同轴送粉式激光熔覆技术对ZTC4板材的圆孔形缺陷进行修复,通过采用封边搭接和旋转搭接的方式研究了不同工艺、不同扫描路径及不同热处理工艺下激光熔覆修复对ZTC4修复件力学性能的影响。结果表明,封边搭接和旋转搭接的修复质量及修复效率相近,能在保证修复效率的情况下保证一定的修复质量。光斑直径相较于修复层数是更主要影响修复质量的工艺参数。对深3 mm和5 mm孔进行封边搭接及旋转修复时,发现采用φ2.5 mm光斑直径的封边搭接工艺所获得的力学性能优于光斑直径φ1.0 mm封边搭接和旋转修复工艺。光斑直径φ2.5 mm封边搭接拉伸结果呈韧性断裂;光斑直径φ1.0 mm封边搭接拉伸结果呈准解理断裂。同时,修复试样的综合力学性能在经过固溶处理和固溶时效处理前后变化不大。

ZTC4钛合金铸件组织晶粒度测定及评估方法研究

目的针对大型复杂精密钛合金铸件等飞机关键结构件组织和性能的评估,提出了一种ZTC4钛合金铸件组织晶粒度的评估及分析方法。方法通过对各类钛合金典型铸件的结构复杂性、凝固过程等关键因素进行分析,对铸件组织随机取样、试样制备与试样显示、试样检验、图像自动拼接、晶界描绘、图像处理测量和数据统计分析的组织定量表征方法。结果确定铸件在取样过程中需要关注的重要因素,如壁面厚度变化、筋板的交接状态、铸型的种类以及浇冒口位置等,建立了反映铸件上性能的取样原则,建立了基于像素统计的组织定量表征方法,涵盖了晶粒最大尺寸、最小尺寸、平均尺寸和晶粒不规则度等指标。结论该方法可以真实、准确、定量地反映钛合金铸件的显微组织特征,为钛合金铸件的综合评估提供基础数据支撑。

钛合金熔模铸造型壳焙烧温度场数值模拟

对钛合金熔模铸造用型壳材料的传热系数、密度及比热容进行了测量,为型壳焙烧温度场的数值模拟提供了参数支撑;将传统凝固降温理论逆向转化,开发了熔模铸造型壳焙烧求解器,建立了型壳高温焙烧过程的升温模型,实现了对型壳焙烧过程升温与降温过程的模拟。基于铸件的几何模型,实现了型壳几何模型自动生成,并以钛合金铸造用复杂薄壁骨架型壳为研究对象,对其焙烧过程的温度变化规律进行了模拟分析。结果表明,建立的型壳焙烧模型能较好描述其焙烧温度的变化规律。

功率超声对Al-Si合金凝固过程中溶质偏析的抑制效应

研究了功率超声作用下,直径为10mmAl-1%Si合金键合线水平连铸坯的微观组织形貌以及溶质元素在基体中的分布情况.实验结果表明:在功率超声作用下,铸坯的凝固组织得到了细化,Si元素在α(Al)基体中的固溶度及其分布的均匀性得到了提高,溶质偏析得到了抑制.从功率超声对Al-1%Si合金凝固过程中的溶质扩散,结晶温度间隔,液穴形态,温度场和流动场以及合金微观组织形貌的影响出发,尝试性地对功率超声抑制溶质元素微观偏析的机理进行探讨性的解释和说明.