电磁搅拌下混合稀土对半固态A356合金初生α相的细化机理

为获得细小、圆整且分布均匀的半固态A356合金初生α相,向合金熔体中添加了不同含量的混合稀土La和Ce对合金进行变质处理,熔体经620℃浇注后,利用变频控制的电磁搅拌装置对熔体进行电磁搅拌15 s并使其在610℃保温10 min,观察并分析合金凝固组织中初生α相的形貌与尺寸。利用扫描电镜和能谱仪分析测定La和Ce在基体的分布情况,探讨混合稀土元素在电磁搅拌条件下对初生α相的细化机制。结果表明:La和Ce在电磁搅拌条件下易于均匀分布在初生α相周围,混合稀土元素La与Ce在短时弱电磁搅拌的条件下可以高效地细化半固态A356合金组织,稀土对半固态A356铝合金的初生α相细化机制与稀土在铝合金中产生的共晶反应有关。

Ti-60合金时效处理时初生α相的长大

对Ｔｉ－５．６Ａｌ－４．８Ｓｎ－２Ｚｒ－１Ｍｏ－０．３２Ｓｉ－１Ｎｄ（ｗｔ％）高温钛合金（简称Ｔｉ－６０）１０１０℃／２ｈ－ＷＱ，７６０℃／２ｈ－ＡＣ热处理样品的分析表明，时效处理时，初生α相的晶界向β转变组织内部移动，形成弓出型晶界。淬火状态的相界以一列颗粒形式的残留物显示出来，残留物为富Ｓｉ－Ｚｒ析出物。同时还观察到被残留物阻碍的位错。

初生α相含量对TC4 ELI钛合金动态应力应变行为的影响

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对低间隙Ti-6Al-4V(TC4 ELI)钛合金中4种初生α相含量不同的等轴组织在不同应变速率(2 000、3 000和4 000 s 1)下进行动态压缩试验,通过动态压缩试验得到材料的动态真应力—应变(σ—ε)曲线,并利用金相显微镜(OM)等对试验后发生剪切失效破坏试样的端面进行观察分析。结果表明:随着初生α相含量的增加,TC4 ELI的平均动态流变应力、均匀动态塑性应变和冲击吸收功(E)的变化规律不明显,在4 000 s 1应变速率加载条件下,4组试样均发生剪切失效破坏,在失效试样的端面观察到几乎呈同心的圆弧形白亮绝热剪切带(ASB),部分剪切带发生分叉,裂纹在剪切带内形核、长大和聚合,最终导致试样断裂。

初生α相含量对近α钛合金TG6拉伸性能和热稳定性的影响

采用力学性能测试和断口分析等方法研究了初生α含量对TG6高温钛合金双态组织拉伸性能和热稳定性的影响。当双态组织中的初生α含量大约在20%-50%的范围内时,TG6钛合金的拉伸强度和塑性没有特别大的差别。但当经过600℃/100h的试样热暴露后,TG6钛合金的拉伸强度略有增加,而塑性则明显降低。塑性下降的程度与合金的初生α相含量密切相关,初生α含量越少,则热暴露后塑性下降幅度越大。导致TG6钛合金热暴露后塑性损失的主要因素有共格α2相的析出、硅化物的析出以及表面氧化。相对而言,其中共格α2相的析出是合金热暴露后塑性损失的最主要因素。

电磁搅拌频率对半固态A356初生α相的影响

利用低过热度浇注和电磁搅拌技术制备半固态A356铝合金浆料。采用变频技术控制电磁搅拌装置,探讨了电磁搅拌频率对半固态初生α相形貌的影响;通过数值模拟获得了磁感应强度较强的电磁搅拌频率。研究结果表明,在半固态A356合金浆料的制备过程中,电磁搅拌频率对半固态初生相的形貌影响很大,通过实验研究获得了制备半固态A356铝合金浆料的合适工艺参数,即在浇注温度620℃、保温温度590℃、保温时间10min、搅拌时间15s的条件下,搅拌频率为30Hz的晶粒细化效果最佳,其平均形状因子为0.80,平均等级圆直径为76.1μm。

一种新型β钛合金不同固溶冷却条件下初生α相演变行为研究

对西北有色金属研究院研制的新型Ti-Al-Cr-Mo-W-Fe系β钛合金在α+β相区固溶,经不同条件冷却后初生α相的演变行为进行研究。结果表明:当冷却速率为0.05℃/min时,初生α相为近球形,呈现球状生长的特征,且晶粒尺寸随着冷却时间的延长没有明显增加;当冷却速率为0.005℃/min时,部分初生α相端面出现"叉型"结构定向生长,呈现片层结构特征,α相平均等效直径随冷却时间的延长连续增大,形状因子越来越偏离最初的0.9,不均匀生长越来越加剧。

Al-Sc共晶反应对半固态A356合金初生α相的影响

利用低过热度浇注和等温保温技术制备了半固态A356-Sc铝合金浆料,研究了Sc对所制备的半固态A356铝合金初生α相形貌和尺寸的影响。结果表明:细化处理的半固态A356-Sc铝合金经低过热度浇注和等温保温可制备具有球状和颗粒状初生α相的浆料,稀土Sc可显著改善A356铝合金中初生α相的尺寸和形貌。获得了制备半固态A356-Sc合金浆料合适的工艺条件:Sc加入量为0.6 mass%,保温温度为630℃,保温时间为200 s,此时,初生α相的等效圆直径达到36.48μm,平均形状因子为0.85。探讨了Al-Sc共晶反应对半固态A356铝合金初生α相细化机理。

Al-7%Si凝固组织初生α相的截面组织模拟

通过计算机模拟技术将Al 7%Si凝固组织的初生α相在空间的生长过程与试样的截面组织联系起来,模拟了截面形貌和析出过程。经试验验证,模拟结果与试验结果基本一致。

初生α相含量对TC18时效组织及力学性能的影响

目的探究TC18合金中初生α相含量对时效后次生α片层形貌及力学性能的影响。方法通过改变两相区固溶温度控制初生α相含量,观察固溶后合金元素分布及相同时效后合金的组织形貌,研究固溶温度对合金拉伸性能的影响。结果固溶过程中发生元素再分配,固溶温度低,初生α相含量高,β基体中β稳定元素含量高,β基体稳定性强,抑制时效过程中次生α片层析出,时效强化效果弱。固溶温度高,β基体稳定性弱,促进时效过程中次生α片层析出,时效强化效果显著。结论固溶温度升高,初生α相比例降低,即β基体稳定性降低,促使时效过程中大量次生α相析出,显著提高合金强度。

γ-Al_2O_3颗粒和铝屑粉末对半固态A356合金初生α相形貌的影响

对比研究了亚微米γ-Al_2O_3颗粒和铝屑粉末对半固态A356合金初生α相的细化行为。结果表明:γ-Al_2O_3颗粒含量增大时,α相晶粒尺寸呈先减小后增大的趋势,形状因子则呈先增大再减小的趋势。铝屑粉末含量增加时,晶粒尺寸呈减小趋势,减小幅度逐渐趋缓;形状因子则呈增大趋势,增大幅度也逐渐趋缓。

变截面TA15钛合金大锻件初生α相控制与定量估算方法

研究了TA15钛合金变截面大型锻件初生α相含量与室温和500℃高温拉伸性能的关系,系统分析了TA15钛合金两相区锻造工艺窗口内锻造加热温度、冷却速率、截面厚度、加热火次等参数对初生α相含量的影响规律。结果表明:加热温度高、冷却速率快、截面厚度薄、加热火次多,初生α相含量低;反之亦然,并给出了定量关系。对于大型复杂TA15钛合金锻件的制备,在制订工艺时必须充分考虑各种因素的影响,在了解初生α相含量对性能影响规律的基础上,根据服役性能要求,控制初生α相的含量。

亚β固溶对TB17钛合金初生α相、元素重分布及时效析出的影响

对TB17钛合金进行了亚β固溶处理(固溶温度800~835℃,固溶时间0.5~9 h),采用电子探针分析了Al、Mo、Nb元素在初生α相和β基体中的分布,研究了亚β固溶对合金初生α相析出、元素重分布规律及时效次生α相的影响。结果表明,合金在亚β温度固溶时晶内析出以针状初生α相为主,晶界析出以片层状初生α相为主。初生α相析出量随亚β固溶温度升高而降低,固溶温度高于825℃时基本不析出α相。初生α相尺寸随固溶时间延长而增大,固溶温度815℃时固溶时间超过2 h后,初生α相析出量达到稳态。Al元素倾向于在初生α相中富集,Mo和Nb元素则倾向于β基体富集。初生α相中心部位Al元素浓度较高,边缘部位较低,而Mo和Nb元素中心部位则浓度较低,边缘部位较高。增加初生α相析出量,会使β基体Al浓度降低,Mo、Nb元素浓度升高。初生α相较少(2%)时初生α相周围的次生α相以针状或片层状形貌为主,远离初生α相区域的次生α相以似网篮结构为主,初生α相较多(10%)时次生α相均以片层状形貌为主。

初生及次生α相对Ti-1023合金拉伸性能和断裂韧性的影响

Ti-1023合金中初生α相(α_p)的体积分数对材料性能影响较大:在固溶(ST)条件下,α_p相体积分数减少,材料强度降低;在固溶时效(STA)条件下,α_p相体积分数减少,材料强度和断裂韧度(K_(IC))呈升高趋势,但后者增加的趋势没有前者明显.α_p相对材料性能的影响与其体积分数的变化改变亚稳β晶粒内溶质原子浓度和亚稳β晶粒尺寸有关.时效过程中析出的次生α相(α_s)可明显影响材料的力学性能,随α_s的长大和数量的减少强化效应减弱,但K_(IC)和塑性明显提高.对Ti-1023合金,减少α_p相的体积分数、控制合适的α_s相数量和尺寸并尽可能减少连续晶界α相数量与尺寸,可以获得较高的强韧性匹配.

电磁搅拌频率对半固态A356铝合金初生α相和铈分布的影响

利用低过热度浇注和电磁搅拌技术制备半固态A356-Ce铝合金浆料。探讨了电磁搅拌频率对半固态初生α相形貌和Ce在凝固组织中的分布的影响。研究结果表明:在半固态A356-Ce合金浆料的制备过程中,电磁搅拌频率对半固态初生相的形貌以及Ce的分布影响很大,通过实验研究获得了制备半固态A356-Ce铝合金浆料的合适工艺参数,即在浇注温度为620℃,保温温度590℃,保温时间为10 min,稀土添加量为0.4%,搅拌时间为15s的条件下,搅拌频率为30 Hz的晶粒细化效果最佳,其平均形状因子为0.80,平均等级圆直径为76.1μm,稀土分布也更均匀。

不同温度场下半固态铝-稀土合金初生相形貌

利用Fluent软件主要研究半固态A356稀土合金熔体在施加电磁搅拌后的温度场分布规律以及电磁场对半固态A356稀土合金熔体中初生α相形貌演变的影响。结果表明:在电磁搅拌相同时间(15 s)、不同频率下,熔体在40 Hz时的温度场较5 Hz、15 Hz和30 Hz时的分布更加均匀;半固态A356-Yb合金熔体经620℃浇注,在电流频率30 Hz时搅拌15 s,并在590℃保温10 min,初生相的平均等积圆直径为62.3μm,平均形状因子为0.78,此时,晶粒最圆整细小,组织形貌最佳。

Ti750合金中初生α相的体积分数对固溶温度的敏感性

研究了Ti750合金中初生α相的体积分数对固溶温度变化的敏感性。结果表明,在α+β两相区热处理的Ti750合金中初生α相的体积分数随着热处理温度的提高呈现先慢后快的下降趋势;合金中Mo元素的含量由0.25%(质量分数,下同)提高到1.0%使初生α相体积分数对固溶温度变化的敏感性降低。用电子探针分析了Al和Mo元素在初生α相中的分布,结果表明:在初生α相含量相同的合金中,Mo元素含量的提高使初生α相中的Al元素富集,使初生α相具有更高的热力学稳定性,从而降低了αp相体积分数对固溶温度变化的敏感性,有利于准确控制热加工和热处理组织。

Ti60钛合金α相溶解动力学及固溶组织特征

采用热膨胀法和金相法研究近α钛合金Ti60溶解动力学和固溶组织特征。结果表明:快速加热使得α相开始溶解温度升高,溶解速率加快;两相区固溶时α相发生溶解和球化,其形貌由等轴状转变为椭球或条状,形成细小、弥散的α相颗粒;随后在熟化过程中形成大小不一的初生α相。

近液相线铸造过程中近球形α相的形成机理

为从理论上弄清近液相线半连续铸造过程中铝合金半固态组织形成的基本规律和机制,研究了浇注温度、铸造速度和冷却强度等工艺参数对6061合金初生α相演变的影响,根据金相检测和多尺度计算机模拟结果,分析了近球形α相的形成机理.实验发现,在浇注温度为657℃、铸造速度为150 mm/min、冷却水流量为0.05 m3/min时可获得具有细小、分布均匀的近球形初生α相的6061半固态合金.理论分析和计算机模拟表明:晶粒周围浓度场的叠加将提高固/液界面的稳定性和晶粒在各个方向上生长的均匀性,促进近球形初生α相的形成;铸造工艺参数通过影响熔体内的形核率和长大速率决定最终的微观组织形貌特征;控制近液相线半连续铸造工艺参数可使熔体中的形核和长大过程达到合理匹配,从而获得优质的半固态浆料.

半固态A356-0.4%Gd合金制备过程的电磁场模拟与试验研究

通过数值模拟研究了半固态A356-0.4%Gd合金熔体中磁感应强度和电磁力的分布,并分析了电流强度和电流频率对其的影响。模拟结果表明:磁感应强度及电磁力由熔体中心沿半径方向逐渐增大,呈“中间小,边缘大”分布,且增大电流强度及频率能明显增大合金熔体边缘区域的磁感应强度及电磁力,合金熔体整体得到充分搅拌的关键在于其边缘区域的电磁力。基于数值模拟结果,结合试验,进一步探明电流强度及频率对合金铸坯中心与边缘区域处初生α相的影响。试验结果表明:在电磁场作用下,铸坯边缘位置的初生相形貌与尺寸皆优于中心位置;当合金熔体于650℃浇注,在搅拌电流5 A、频率30 Hz下搅拌15 s,590℃下保温10 min后,其合金初生相在整体上较为均匀,且形貌最佳。

固溶时效处理对TA10钛合金组织与力学性能的影响

选取TA10钛合金棒材,对其固溶时效热处理,随后使用光学显微镜、扫描电子显微镜研究其组织与力学性能的关系,结果表明:合金经固溶处理后,金相组织由初生α相和β转变组织组成,其中β转变组织由细小的次生α′相和残余β组成,此时组织为典型的双态组织,经时效处理后,会形成细小的次生αs相,时效温度越高αs相越细小;合金经固溶处理后,其抗拉强度为510 MPa,屈服强度为395 MPa,延伸率为23%,时效处理,使其强度增大,塑性降低,随着时效温度升高,趋势相同;仅经固溶处理后,合金的拉伸断口形貌是以等轴状的韧窝为主,断口形貌主要由韧窝构成,当合金再经时效处理后,断口微观形貌中会出现二次裂纹,当时效温度继续增大,断口微观形貌中出现明显的撕裂棱。