Microstructural evolution of directionally solidified DZ125 superalloy castings with different solidification methods

The properties of Ni-base superalloy castings microstructure, and different solidification methods have are closely related to the uniformity of their as-cast serious effect on microstructural uniformity. In this paper, the influences of high rate solidification （HRS） process （with or without superheating） and liquid metal cooling （LMC） process on the microstructure of DZ125 superalloy were investigated. Blade-shape castings were solidified at rates of 40 pm.s-1 to 110 tJm.s1 using HRS process and a comparative experiment was carried out at a rate of 70 IJm.s1 by LMC process. The optical microscope （OM）, scanning electron microscope （SEM） were used to observe the microstructure and the grain size was analyzed using electron back scattered diffraction （EBSD） technique. Results show that for the castings by either HRS or LMC process, the primary dendrite arm spacing and size of 7＇ precipitates decrease with increasing the withdrawal rate; the dendrites and 7＇ precipitates at the upper section of the blade are coarser than those in the middle, especially for the HRS castings without high superheating technique. When the withdrawal rate is 70 iJm.s1, the castings by HRS with high superheating technique have the smallest PDAS with fine 7＇ precipitates; while the size distribution of 7＇ precipitates is more homogenous in LMC castings, and the number of larger grains in LMC castings is smaller than that in the HRS castings. Moreover, high superheating technique yields smaller grains in the castings. Both the LMC method and HRS with high superheating technique can be used to prepare castings with reduced maximum grain size.

一种新型镍基单晶高温合金的制备与性能研究

采用高温度梯度液态金属冷却定向凝固方法,制备了含Sr和Y的新型镍基单晶高温合金,并进行了显微组织、拉伸性能和持久性能的测试与分析。结果表明,该新型合金具有较佳的拉伸性能和持久性能。在300MPa应力条件下,该新型合金的650℃持久性能较商业DZ125高温合金提高28.1%、1100℃持久性能提高202.8%%。

液态金属冷却定向凝固设备的研制

介绍了一种新型的液态金属冷却定向凝固设备,可以实现高温合金的熔炼、高速凝固(HRS)和液态金属冷却(LMC)定向凝固工艺。并对设备的炉体结构、抽拉系统、加热系统,液态金属冷却系统以及辐射挡板进行了介绍。

液态金属喷淋冷却定向凝固设备的研制

高温度梯度是控制高温合金定向凝固组织的重要参数。为了获得高的温度梯度,基于液态金属喷淋冷却定向凝固技术,设计并建造了一套通过喷淋液态锡使高温合金定向凝固的设备。热流分析发现,液态金属喷淋冷却定向凝固技术的热流密度比传统的高速凝固技术提高了47%。采用DZ22高温合金进行了喷淋液态锡使之定向凝固的试验。结果表明:在液态锡喷淋冷却条件下定向凝固的Φ15 mm DZ22高温合金试样枝晶组织细小,三次枝晶发达,这是液态锡喷淋冷却提高了温度梯度所致。

高纯铝定向凝固过程中固液界面特性研究

利用自制的高纯铝定向凝固装置,研究了高纯铝定向凝固过程中固液界面的结构特性。结果表明:晶粒的形态决定了晶间的溶质浓度和偏析出的杂质元素向固液界面的排出速度,其径向分布与固-液界面相对应。由杂质元素分布图可以看出,使用电解铝液做提纯原料,在试验的工艺条件下,Ke值与K0值还有较大的差距,提纯效果的进一步提升需要精确设定温度梯度和冷却速率的工艺条件并有效稳定控制凝固过程的参数匹配。

高梯度定向凝固技术及其在高温合金制备中的应用

工业燃机用大型复杂定向或单晶叶片制备的需求,对传统的高速凝固(HRS)定向凝固技术提出了挑战,以液态金属冷却法(LMC)为代表的高梯度定向凝固技术迎来了发展机遇。本文总结分析了高梯度定向凝固技术的工作原理、所制备铸件的组织特点、以及其对凝固缺陷、固溶热处理、力学性能的影响。高梯度定向凝固技术提高了铸件内的温度梯度和冷却速率,因而能够显著减小一次及二次枝晶间距、碳化物、共晶和铸态孔洞尺寸,降低了共晶和铸态孔洞的含量;并降低了热处理过程中固溶孔的含量和元素的残余偏析;该技术还有效抑制雀斑缺陷,提高杂晶形成的临界抽拉速率,减小晶粒取向偏离。高梯度定向凝固技术能够显著提高高温合金的持久性能,但对于单晶合金在高温下提高幅度较小,低周与高周疲劳性能均明显提高,且降低了数据分散度,但在氧化条件下改善幅度减小。

抽拉速率对定向凝固叶片状DZ125高温合金微观组织的影响

应用液态金属冷却(LMC)和高速凝固(HRS)定向凝固技术,对DZ125高温合金叶片状铸件在不同抽拉速率下的组织演变规律进行了研究,并对比研究了LMC和HRS法所得铸件的微观组织.结果表明,同一定向凝固方法下,随抽拉速率的提高,铸件枝晶组织及γ′析出相得到细化;应用LMC技术所制备铸件的枝晶组织和γ′析出相较相同抽拉速率HRS方法时更为细小;相同工艺参数下LMC和HRS方法所制备铸件一次枝晶间距的差异随铸件壁厚及抽拉速率的增大而更显著.通过对固/液界面前沿温度梯度进行估算发现,LMC方法可获得更高的温度梯度,且其温度梯度受抽拉速率变化影响较HRS更小.除70μm/s抽拉速率外,LMC法所得γ+γ′共晶组织的含量均显著少于HRS方法;70μm/s抽拉速率时,LMC法产生的偏析较严重,而其余凝固条件下偏析程度较相同工艺参数下HRS轻.110μm/s抽拉速率时,HRS方法较LMC方法制备铸件中MC型碳化物尺寸更大.

定向凝固方法对叶片类DZ125高温合金铸件显微组织及晶体取向的影响(英文)

对应用液态金属冷却(LMC)和高速凝固(HRS)方法制备的叶片状高温合金铸件的铸态组织进行了研究,以比较2种定向凝固方法的优缺点。分别对沿铸件凝固方向不同截面位置处的晶粒取向、一次枝晶间距和γ′相尺寸进行了分析。结果表明,对于HRS铸件的中部截面,枝晶的<001>方向偏离铸件轴向的最大角度在抽拉速率由40μm/s提高至110μm/s的过程中不断减小。在70μm/s的抽拉速度下,LMC铸件中部截面处的中心区域内晶粒的最大偏离角度要大于HRS铸件的相应位置处的偏离角,但是晶粒的整体取向却呈现较HRS铸件更集中的趋势。铸件顶部截面处的枝晶组织比中部截面处要粗大,这种现象在HRS铸件中更严重。γ′相尺寸在铸件由叶身位置凝固至平台位置的过程中不断粗化。但当抽拉速率高于70μm/s时,叶身位置和平台位置之间γ′相尺寸之间的差异在LMC铸件中更小。