国际标准GCuAl10Fe5Ni5合金熔模铸件工艺实践

分析了国际标准GCuAl10Fe5Ni5合金铸件的结构特点及工艺性能,结合熔模精密铸造浇注系统的设计原则,进行了熔模铸件浇注系统的工艺设计,给出了含有蛇形浇道底注式的工艺设计方案。通过控制制壳及合金熔炼工艺过程,对工艺方案进行了工艺实践,并对其间出现的铸件缺陷进行了原因分析,提出了改进措施并加以实施,使铸造工艺方案得到了进一步完善,所生产铸件合格率大幅提高。

Fe元素微量添加对Al-5Ni高导热合金性能及流变行为的影响

Al-Ni近/共晶合金兼具高强韧和高导热性能,Ni在Al中的共晶成分点较其他常见过渡族元素更高,其铸件在热管理材料领域具有可观的应用潜力。研究了微量添加Fe元素对Al-5wt%Ni合金的微观组织、导热系数、力学性能和流变行为的影响。结果表明,Al-5wt%Ni中添加0.1wt%Fe元素可实现α-Al晶粒的显著细化,(α-Al+Al3Ni)共晶组织球化且第二相分布更为均匀。当Fe元素添加量在0.1wt%时,Al-5wt%Ni合金导热系数和力学性能同步提升,导热系数由211.4 W/(m·K)提升到218.8 W/(m·K),抗拉强度由132.5 MPa提升到170.9 MPa。通过高温熔体库埃特粘度仪表征合金熔体流变行为,发现添加0.5wt%Fe元素在Al-5wt%Ni合金中会导致该液态熔体粘度上升,但645℃时其剪切稀薄特性更强。

Zr_(55)Al_(10)Ni_(5)Cu_(30)非晶合金晶化相转变的价电子结构分析

基于EET理论,计算了F-Zr_(2)(Ni,Cu)和tI-Zr_(2)Cu及tI-Zr_(2)(Cu,Ni)相的价电子结构,用最强键键合力n1、结构单元总成键能力F和单位成键能力Fv分析了F-Zr_(2)Ni亚稳相向tI-Zr_(2)Cu型稳定相的转变过程。研究发现:F-Zr_(2)Ni的n1F-Zr_(2)Ni值比tI-Zr_(2)Cu的n1tl-Zr_(2)Cu值大115.36%,FF-Zr_(2)Niv值比tI-Zr_(2)Cu的FtI-Zr_(2)Cuv值大34.03%;F-Zr_(2)(Ni_(0.3),Cu_(0.7))的n1(F-Zr_(2)(Ni_(0.3),Cu_(0.7)))值比tI-Zr_(2)Cu的n1tl-Zr_(2)Cu值大0.36%,F(F-Zr_(2)(Ni_(0.3),Cu_(0.7)))v值比tI-Zr_(2)Cu的FF-Zr_(2)Niv值大1.25%;tI-Zr_(2)(Cu_(0.6),Ni_(0.4))的n1(tI-Zr_(2)(Cu_(0.6),Ni_(0.4)))值比F-Zr_(2)(Ni_(0.3),Cu_(0.7))的n1(F-Zr_(2)(Ni_(0.3),Cu_(0.7)))值大12.95%,F(tI-Zr_(2)(Cu_(0.6),Ni_(0.4)))v值比F-Zr_(2)(Ni_(0.3),Cu_(0.7))的Fv(F-Zr_(2)(Ni_(0.3),Cu_(0.7)))值大14.41%;从价电子结构角度看,F-Zr_(2)Ni不能直接转变为tI-Zr_(2)Cu,F-Zr_(2)(Ni,Cu)不易分解重构为tI-Zr_(2)Cu;F-Zr_(2)(Ni_(0.3),Cu_(0.7))可分解并转变为tI-Zr_(2)(Cu0.6,Ni0.4)。

Fe-17Mn-5Si-10Cr-5Ni形状记忆合金管接头性能分析

对 Fe- 17Mn- 5 Si- 10 Cr- 5 Ni合金管接头的形状记忆效应和连接性能进行了系统地分析 ,结果表明 :1形状恢复率随着预变形量的增加而降低 ;最大可恢复应变出现在 4%～ 6 %之间 ;预变形量为 4.5 %～ 8%时管接头的紧固力较大 ,耐压密封性较好。 2热—机械训练可显著提高管接头的形状记忆效应、连接的紧固力和耐压密封性。 3管接头的形状记忆效应随着其壁厚的增大而降低 ;管接头壁厚有一个合理的取值范围 ,可使其连接的紧固力较大、耐压密封性较好。 4管接头连接长度越长 ,管接头的紧固力越小而耐压密封性越好。5管接头结构对管接头连接的耐压密封性影响很大 。

膨胀法分析Fe-17Mn-10Cr-5Si-4Ni形状记忆合金的恢复特性

利用FormasterFTM - 4型膨胀仪对Fe - 17Mn - 5Si - 10Cr - 5Ni合金的形状恢复特性进行了分析 ,测得了恢复应变随加热温度变化的连续曲线 .结果表明 ,合金在加热恢复前后 ,其热线性膨胀系数基本不变 ;合金发生ε→γ马氏体逆相变的起始温度As和预变形量无关 ,而终止温度Af 随预变形量的增加而升高 ;试样在恢复过程中 ,前期和后期恢复较慢 ,中期恢复较快 ;合金的形状恢复率随预变形量的增大而降低 ;但最大可恢复应变出现在预变形量为 5

Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_30块状非晶合金的高温压缩断裂

利用Gleeble 1500热模拟试验机研究了Zr55Al10Ni5Cu30块状非晶合金的高温压缩断裂.在室温情况下,在块状非晶合金断面的脉纹壁上出现了带有锯齿形边缘的裂口.在高温情况下,Zr55Al10Ni5Cu30块状非晶合金的宏观断面变得粗糙不平并出现了台阶.随着实验温度的不断上升,断面粘性流动特性变得更加明显,断面出现了大面积类似流动熔体凝固后的特征结构.塑性形变产生的最大剪切面的绝热温升或熔化是块状非晶合金局部粘性流动的原因.

Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)合金熔体与金属W的润湿行为

用座滴法研究了Zr55Al10Ni5Cu30合金液滴与W基片在连续升温和不同温度下保温20 min的润湿动力学.结果表明:随着温度的升高, Zr55Al10Ni5Cu30与W基片的接触角不断减小,润湿半径不断增大,润湿过程大约在6 min内完成.在连续升温过程中,润湿动力学分为孕育、准稳态和稳态三个阶段.在1173-1223 K温度范围内等温润湿动力学分为准稳态和稳态两个阶段. Zr55Al10Ni5Cu30合金液滴与W之间的润湿为反应性润湿,在界面处发生了W的溶解和扩散现象.在制备Zr55Al10Ni5Cu30/W非晶复合材料时,必须合理选择制备工艺,严格控制界面反应.

Fe_(60)Co_8Zr_(10)Mo_5W_2B_(15)块体非晶合金的形成及热处理对性能的影响研究

用铜模吸铸法获得直径为2mm的Fe60Co8Zr10Mo5W2B15和Fe60Co8Zr8Mo5W2Nb2B15块体非晶合金。采用X射线衍射(XRD)、示差扫描量热分析(DSC)、显微硬度及压缩实验等研究了非晶合金的结构、热稳定性及热处理前后的显微硬度与压缩性能。结果表明Nb的引入不利于非晶合金的形成;Fe60Co8Zr10Mo5W2B15非晶合金的显微硬度为1343HV0.2,抗压强度bσc为972.6MPa;在低于晶化起始温度的热处理,硬度稍有下降;但在高于晶化峰值温度的热处理,硬度值随时间变化先升高,后下降;在热处理时间相同的条件下,随着热处理温度的升高,合金的硬度升高,但压缩强度会明显下降。

Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)块状非晶合金靠近玻璃转变点的等温纳米晶化

研究了Zr55Al10Ni5Cu30块状非晶合金靠近玻璃转变点等温晶化过程.结果表明:420℃退火5h,出现了尺寸为20 nm左右的晶相,同时,非晶基体也出现了尺寸为1-2 nm分布均匀的团簇状结构;退火10 h,析出的晶相尺寸为20-50nm,所占的体积分数为40％;退火20 h之后,非晶相完全转变为亚稳相,析出的晶相尺寸为50 nm左右,并没有出现明显的长大现象.退火得到的晶相为Cu10Zr7,Zr2Ni及一些未能标定的相,这些相在420℃具有相对的稳定性,没有向稳定相转变.退火后,残余非晶相的热稳定性降低.等温退火过程经历了从非晶相→团簇状结构→亚稳相的转变过程.

粉末状态对激光立体成形Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5块体非晶合金晶化行为的影响

基于金属熔体结构的遗传性,激光熔池的快速熔凝导致粉末的晶化状态可能会对最终成形件的晶化产生重要影响,理清其影响规律对于制备大块非晶合金具有重要意义.本文选取等离子旋转电极法所制粉末和1000 K退火态粉末为沉积材料,采用激光立体成形技术沉积Zr55Cu30Al10Ni5块体非晶合金,考察了粉末中已有晶化相对熔池及热影响区晶化行为的影响.结果发现,原始粉末组织由非晶相及粗大的Al5Ni3Zr2相组成;当激光线能量较低时,相应熔覆层的熔池和热影响区皆含有Al5Ni3Zr2相;随着线能量的提高,熔池中Al5Ni3Zr2相消失,保持了非晶态,但热影响区晶化加重,并有大量Al5Ni3Zr2相析出;当采用退火态粉末时,即使线能量较小,相应熔覆层仍主要由非晶构成,几乎无Al5Ni3Zr2相析出.这是由于原始粉末在退火时其微观结构发生重排,与Al5Ni3Zr2相关的原子短程/中程有序结构减少,导致已沉积层非晶区的热稳定性提高,不利于Al5Ni3Zr2相析出.可见,提高线能量将会加剧非晶沉积体的晶化,而粉末中的Al5Ni3Zr2团簇相状态对Zr55Cu30Al10Ni5合金沉积层的晶化有重要影响.

95W-5(Ni/Fe/Co)合金高温变形及影响因素

通过温度、应变速率对95W-5(Ni/Fe/Co)合金流变应力曲线的影响,分析了该合金的变形特点.结果表明:该合金在200℃～600℃温度范围内变形时,初始加工硬化十分显著.宏观上表现为合金的屈服强度较高.95W-5(Ni/Fe/Co)合金在700℃～1300℃的流变应力曲线有一明显的特点就是曲线的斜率变小,而且出现短暂稳定态的流动.这是由于粘结相发生动态回复的结果.此外该合金的高温塑性亦随应变速率的增大而增加.扫描电镜分析结果从微观上验证了该合金高温塑性变化的原因.

95W-5(Ni/Fe/Co)合金的低温显微组织和力学性能①

分析了95W 5(Ni/Fe/Co)合金的粉末冶金工艺特点及低温显微组织与力学性能,给出了力学性能与温度的关系曲线。通过对合金拉伸试样断口的扫描电镜分析,揭示了该合金低温力学性能与组织变化的微观本质。结果表明:95W 5(Ni/Fe/Co)合金室温下具有较高的强度及一定的塑性;该合金低温脆化的主要原因是由于屈服强度随温度的降低而增加,钨颗粒过早解理及粘结相变形极小引起的;95W 5(Ni/Fe/Co)合金的冷脆性转变温度在-50℃左右,此时脆性断裂以钨颗粒的自身解理为主。

Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)合金熔体与不锈钢的润湿行为

用座滴法研究了Zr55Al10Ni5Cu30合金熔体与不锈钢基片在连续升温和不同温度下保温20min的润湿动力学,用扫描电镜观察了润湿冷凝样品的界面形貌,用能谱分析、X射线衍射等研究了界面反应,分析了Zr55 Al10Ni5Cu30与不锈钢基片之间的扩散和界面问题。结果表明:随着温度的升高,Zr55Al10Ni5Cu30与不锈钢基片之间的润湿角减小,润湿半径增大;1223,1273K时等温润湿动力学分3个阶段:孕育阶段、准稳态减小阶段和趋于平衡阶段,温度高于1323K时润湿只有趋于平衡阶段;Zr55Al10Ni5Cu30合金与不锈钢之间的润湿为反应控制型润湿,界面处有明显的扩散层和界面反应层;合金熔体一侧含熔体与不锈钢反应生成的Cr2Zr,界面处含反应生成的Al5Cr;在制备Zr55Al10Ni5Cu30/不锈钢非晶复合材料时必须合理选择制备工艺,严格'控制界面反应。

Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)块状非晶合金的循环形变及疲劳特性

对称循环载荷作用下Zr55Al10Ni5Cu30块状非晶合金的循环疲劳特性的测试表明,完全非晶试样在常应力幅循环载荷作用下出现了轻微的循环软化现象.非晶基体中析出的细小淬态相使试样出现了更加明显的循环软化现象,而且细小淬态相在循环载荷作用下有从非晶基体向外突出的趋势,在淬态相与非晶基体的界面处还出现了微裂纹.但是带有粗大晶相块状非晶试样在循环形变过程中循环软化现象又变得不是很明显.

Fe_(61)Co_(10)Zr_5W_4B_(20)块体非晶合金的形成及其力学性能

采用铜模吸铸法获得直径为2 mm的Fe61Co10Zr5W4B20块体非晶合金.采用X射线衍射、扫描电镜、示差扫描量热仪、微显硬度及压缩实验等研究了非晶合金的结构、热稳定性、显微硬度与压缩性能.结果表明:Mo的引入不利于非晶合金的形成;Fe61Co10Zr5W4B20块体非晶合金表现为二级晶化,玻璃转变温度为561.1℃,晶化起始温度为619.0℃,第一晶化峰值温度为632.6℃,第二晶化峰值温度为747.0℃,过冷液相区为57.9℃;该非晶合金的显微硬度为1207HV0.2,抗压强度σbc为1707.6 MPa.

热处理对Fe_(61)Co_(10)Zr_5W_4B_(20)块体非晶合金显微硬度与压缩强度的影响

通过铜模吸铸法获得直径为2mm的Fe61Co10Zr5W4B20块体非晶合金。采用X射线衍射(XRD)、示差扫描量热(DSC)、显微硬度及压缩试验等方法研究了非晶合金的结构、热稳定性,特别是等温热处理对其显微硬度与压缩强度的影响。结果表明,Fe61Co10Zr5W4B20非晶合金的显微硬度为1207HV0.2,压缩强度σbc为1707.6MPa。当等温热处理温度低于晶化起始温度时,硬度不随热处理时间的增长而变化;但在高于晶化峰值温度时,硬度值随时间变化先升后降。在热处理时间相同的条件下,随着处理温度的升高,合金的硬度增大,但压缩强度会逐步减小。

Fe_(81)Zr_5Nb_4B_(10)非晶合金的晶化过程及其磁性能研究

采用单辊快淬法制备Fe81Zr5Nb4B10非晶合金带,并在不同温度下对其进行退火处理,利用XRD和振动样品磁强计(VSM)测试了合金自由面和贴辊面的结构及磁性能。结果表明:随着退火温度的增加,淬态合金由完全的非晶态结构转变为非晶与纳米晶的混合结构,晶粒尺寸、晶化体积分数增大,晶粒间的非晶层厚度减小。和自由面相比,贴辊面的晶粒尺寸较大,晶化体积分数较小,晶粒间的非晶层厚度较大。合金的矫顽力和比饱和磁化强度σs随着退火温度的升高逐渐增大。

Al_(65)Fe_(10)Zr_(20)Gd_5非晶态合金的制备与晶化

研究Al65Fe10Zr20Gd5混合粉末的机械合金化引起的非晶态化过程,采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)分析混合粉末的结构演变和形貌,用差热分析仪(DTA)分析非晶态合金的热稳定性。结果表明,粉末在机械合金化过程中先细化,由初始粉末直接扩散固溶导致晶格崩溃形成非晶,球磨60h后Al65Fe10Zr20Gd5完全非晶化。DTA曲线显示非晶合金晶化呈现单一的放热峰。合金在923K等温退火1h后,完全晶化,析出复杂的中间相,表现出多晶型晶化的特点,晶化产物为Fe5Gd、Fe2Zr、Al2Gd3和α-(Al)固溶相。Al65Fe10Zr20Gd5非晶晶化激活能为259.64 kJ.mol-1,该非晶合金具有较高的热稳定性和较强的抗晶化能力。

Ni对Al-5%Fe合金中初生Al_3Fe相形貌的影响

采用普通熔铸方法研究了Ni对Al-5%Fe合金铸态组织的影响。结果表明,Ni可明显改善合金中初生Al3Fe相形貌。不加Ni时,合金中的初生Al3Fe相大多为针状、针片状;加入0.2%～1.0%Ni时,Al3Fe相转变为细小针状,针点状和花朵状;Ni含量超过1.0%时,组织开始粗化,出现粗大的长针状Al3Fe相。

退火对Zr_(55)Al_(10)Ni_(5)Cu_(30)非晶合金晶化过程及压缩性能的影响

通过差示扫描量热法、X射线衍射和压缩性能测试等研究了退火对Zr_(55)Al_(10)Ni_(5)Cu_(30)非晶合金晶化过程和压缩性能的影响。结果表明:Zr_(55)Al_(10)Ni_(5)Cu_(30)非晶合金的玻璃转变温度和晶化行为与升温速率有关,随着升温速率的增加,玻璃转变温度T_(g)、初始晶化温度T_(x)、第一放热峰温度T_(p1)和第二放热峰温度T_(p2)均有所增加。Zr_(55)Al_(10)Ni_(5)Cu_(30)非晶合金在T_(g)以下的温度退火时,合金处于非晶态。合金在过冷液相区加热并保温足够的时间将发生相分离或晶化现象。F-Zr_(2)Ni和tP-AlZr相的析出与退火温度和保温时间有关,而tI-Zr_(2)Cu相只会在高于T_(p2)温度析出。当析出F-Zr_(2)Ni晶化相时,Zr_(55)Al_(10)Ni_(5)Cu_(30)非晶合金的抗压强度大幅减小,当析出tI-Zr_(2)Cu晶化相时,合金的抗压强度比析出F-Zr_(2)Ni晶化相时有所提高,但仍远小于铸态合金。