真空非自耗电弧熔炼温度场模拟及熔炼效果评估

采用ANSYS软件模拟真空非自耗电弧炉熔炼TiAl基和NbSi基合金的熔炼过程,通过模拟得到熔炼过程中的温度场数据,同时计算合金锭不同位置的冷却曲线以及相应的冷却速度曲线。并结合实际熔炼的Ti-47Al-2Cr-2Nb及Nb-16Si-22Ti-2Al-2Cr-2Hf合金锭,分析不同冷却速度节点处的微观组织均匀性。结果表明,冷却速度不同,导致合金锭微观组织不均匀,说明真空非自耗电弧熔炼方法虽简单易行,但其组织不均匀性影响了较大尺寸高温合金铸件的品质。

电弧熔炼Cr-40Ti-20Nb三元合金的组织与压缩性能

采用真空非自耗电弧熔炼的方法制备了Cr-40Ti-20Nb（原子分数）合金。利用光学显微镜（OM）,X射线衍射（XRD）,扫描电镜（SEM）分析了合金不同凝固位置处的相组成和组织形态。结果表明,合金的凝固组织主要是由Laves相Cr（2Nb,T）i枝晶组织及Ti的固溶体组成。同时对合金的显微硬度和压缩性能进行了测试,显微硬度值在6 112~7 350 MPa之间,比Laves相Cr2Nb的显微硬度低20%。另外室温压缩屈服强度可达1 334~1 524 MPa,与采用多种合金化元素的Cr-12Nb-4Re-2Al合金相当,这表明Ti元素的添加不仅可以改变Laves相Cr2Nb合金的凝固组织,而且对其塑性也有很大程度的改善。

钒基贮氢合金的公斤级熔炼工艺与性能改善

研究了V-60%(TiCrFeMn)贮氢合金的公斤级熔炼工艺和热处理工艺,采用真空中频感应和非自耗真空电弧熔炼两种不同的熔炼方法制备公斤级钒基贮氢合金,采用高温退火方法改善合金的性能。结果表明,采用真空中频感应熔炼的合金由于熔炼过程中合金液与坩埚反应,致使合金含氧量过高,合金性能恶化,而采用非自耗真空电弧熔炼的合金表现出优良的吸放氢性能,初始吸氢量为3.69%(质量分数),放氢量达到了2.25%(质量分数),平台压为0.45MPa。

熔炼工艺对Cu-10Ni-5Mo合金组织和导热性能的影响

采用真空非自耗电弧熔炼和真空高频感应熔炼喷铸成型2种熔炼工艺,制备Cu-10Ni-5Mo合金,研究了熔炼工艺对合金组织和导热性能的影响。结果表明,电弧熔炼制备的合金试样组织晶粒粗大,相组成为α固溶体和少量MoNi相;高频感应熔炼喷射成型工艺制备的合金试样组织晶粒细小,相组成为单相α固溶体。实验条件下,电弧熔炼工艺制备的合金试样热导率为56.9W/(m.K),高频感应熔炼喷射成型工艺制备的合金试样热导率为35.7W/(m.K),2种工艺制备的合金熔点均有提高,但二者相差不大。

电弧熔炼态Laves相Cr_2Nb/Cr合金的微观组织演变

采用真空非自耗电弧熔炼法制备了Cr-12%Nb(原子分数,下同)和Cr-20%Nb 2种成分合金的纽扣锭,利用XRD,OM,SEM和EDS对电弧熔炼态纽扣锭不同位置的组织及其竞争生长进行了研究.结果表明:Cr-12%Nb合金纽扣锭底部为细小的离异共晶,中部和顶部则由粗大的初生Cr相和共晶组织(Cr_2Nb+Cr)组成.而Cr-20%Nb纽扣锭底部出现的是胞状层片共晶组织,层片间距为0.3μm,随着距纽扣锭底部距离的增加,冷却速率逐渐降低,凝固组织中相继出现Cr_2Nb板条枝晶和花瓣状Cr_2Nb枝晶.同时,基于TMK快速凝固共晶模型和BCT枝晶生长模型,通过计算并比较共晶组织和Laves相Cr_2Nb枝晶界面生长温度,借助最高界面生长温度判据,很好地解释了Cr-20%Nb合金凝固组织的演变及其形成原因.

制备工艺对Cu-11Ni-2W合金组织和导热性能的影响

采用真空非自耗电弧熔炼和高频感应熔炼喷铸成型两种工艺制备Cu-11Ni-2W合金,研究了制备工艺对合金组织和导热性能的影响。结果表明:电弧熔炼工艺制备的合金试样组织晶粒粗大,相组成为α固溶体和少量W相;高频感应熔炼喷铸工艺制备的合金试样组织晶粒细小,相组成为单相α固溶体;本文实验条件下,电弧熔炼制备试样的导热率为67.2W/(m.K),熔点为1157.27℃,感应熔炼喷铸工艺制备试样的导热率为47.8W/(m.K)。

Al3Zr/Al复合燃料的热性能研究

为研究Al3Zr/Al复合燃料热性质的影响,本文采用非自耗电弧熔炼技术以及紧耦合气雾化法制备了Al3Zr/Al复合燃料,并通过激光粒度仪、XRD、SEM和热分析对复合粉末的粒径、物相、形貌、结构以及热性质做了表征。结果表明,Al3Zr/Al复合燃料主要物相组成为Al和Al3Zr。锆的加入使得Al3Zr/Al复合燃料的内部形成了金属间化合物Al3Zr内嵌到铝基体的特殊结构。Al3Zr/Al复合燃料的特殊结构以及Al3Zr的非选择性氧化促进了Al3Zr/Al复合燃料的氧化。TG-DTA结果表明Al3Zr/Al复合燃料与纯铝粉相比,放热更加集中,放热温度更加提前,表现出更强的热反应活性。此外,本文还对Al3Zr/Al复合燃料的氧化过程和氧化机理进行了探讨。

合金化元素Ti对Laves相Cr_2Nb力学性能及耐蚀性的影响

采用真空非自耗电弧熔炼工艺制备了Cr2Nb-XTi(X=5,10,15,at%)合金,利用光学显微镜(OM),X射线衍射(XRD)仪,扫描电镜(SEM)对电弧熔炼态铸锭的组织进行了研究,探讨了合金化元素Ti的含量对Laves相Cr2Nb力学性能及耐蚀性的影响。结果表明:3种成分的电弧熔炼态合金凝固组织主要由C15-Cr2(Nb,Ti)相和六方的β-(Ti,Nb)以及体心立方结构的β-(Nb,Ti)相组成。在5Ti和10Ti合金冷速较小的铸锭上部凝固组织中出现了亚稳相C14-Cr2(Nb,Ti)。通过对合金力学性能研究表明,随合金化元素Ti含量的增加,Laves相Cr2Nb合金的显微硬度逐渐降低,断裂韧性增大,当Ti含量达到15at%时,合金的断裂韧性达到了3.1 MPa·m1/2,比单相Laves相Cr2Nb提高1倍。另外,对腐蚀性能的测试表明,Ti含量增加材料腐蚀性能下降,但15Ti合金仍表现出良好的耐蚀性。