电子束逐层浇注高温合金充型及凝固过程数值模拟

电子束熔炼已成为制备高温合金铸锭的关键技术,其凝固组织直接决定着铸造质量以及后续开坯锻造的性能。对铸锭凝固过程中组织的形成进行系统、详细分析,具有现实和重要意义。考虑到实验成本高、难度大,本文基于ProCAST软件建立了高温合金制备充型与凝固过程数学模型,以预测电子束熔炼条件下逐层充型与凝固过程中温度场、流场及凝固结构演变,模拟了不同浇注速度下(0.5、1.0、1.5、2.0和4.0 kg/s)铸造直径220 mm高温合金铸锭的温度场、流场及凝固组织,探讨了温度场、流速及凝固组织随浇注速度的变化规律。结果表明,镍基高温合金铸锭逐层浇注过程中,铸锭顶部合金温度高,底部合金温度低,实现了从底部到顶部的顺序凝固。随着浇注速度的增大,温度梯度明显增大,上层合金熔体对下层合金温度变化影响变小,即温度回升幅度减小。在中心区域,热量积聚更为显著,可能导致铸锭内部产生较大的热应力和缺陷。浇注速度的变化对合金流动的最大速度及合金液面波动的影响较大。随着浇注速度增加,监测点的流体速度变化呈现出更为明显的波动现象,特别是在靠近浇注入口的区域,浇注速度越大,合金液的冲击深度越大。浇注速度显著影响了凝固过程中晶粒的生长行为与取向分布。较低的浇注速度有利于柱状晶的形成,晶粒尺寸较大且取向较为有序;而较高的浇注速度则促使中心区域晶粒细化,晶粒取向更加杂乱。

喷涂-烧结法制备SiC涂层及抗冲蚀性能的研究

为了提高低密度C/C复合材料的抗冲蚀性能,使用喷涂-烧结法在其表面制备了均匀完整的SiC涂层,研究了反应原材料中蔗糖、葡萄糖、活性炭、磷粉四种碳源对SiC涂层的物相组成、微观形貌以及抗冲蚀性能的影响。结果表明:碳源种类对涂层中的物相组成产生影响,蔗糖和葡萄糖作为碳源时涂层均以单一的SiC物相存在,在10次冲蚀性能测试后涂层仍完整覆盖基体表面,冲蚀损失率分别为1.288%和1.144%,可能是由于残碳现象的改善以及大体积SiC颗粒的生成使冲蚀粒子发生了回弹作用,导致抗冲蚀性能提升。

电子束精炼FGH4097母合金夹杂物迁移行为研究

采用电子束熔炼技术精炼FGH4097母合金,分析了熔炼过程中非金属夹杂物的迁移行为。结果显示,电子束精炼技术可以使FGH4097合金中Al_(2)O_(3)、SiO_(2)、Ce_(2)O_(3)等低密度(<8.30 g/cm^(3))非金属夹杂物上浮并保留在最后凝固区。夹杂物的上浮行为主要与夹杂物的尺寸和密度有关,尺寸越大、密度越小的夹杂物上浮速度越快。根据计算结果显示,本实验工艺可使尺寸大于6.5μm的低密度夹杂物有效上浮,熔体表面存在马兰戈尼效应产生的液流,能够带动上浮的夹杂物向熔池中心运动,并聚集形成夹杂物浮筏。当母合金O含量略高于4×10^(-4)%时,能在铸锭上观察到面积不大于10 mm^(2)的夹杂物聚集区,而当母合金存在缩孔时,夹杂物聚集的面积则急剧增大至100 mm^(2)以上。

熔体过热处理对FGH4096镍基高温合金纯净化行为及凝固组织的影响

在不同熔体过热温度(1415,1463,1523℃)和过热时间(10,20,30 min)下对FGH4096镍基高温合金进行熔体过热处理,研究了熔体过热对合金纯净化行为及凝固组织的影响。结果表明:随着熔体过热温度的升高或过热时间的延长,二次枝晶间距逐渐减小;随着过热温度的升高,合金中元素的偏析程度降低,过热时间对元素偏析程度的影响不大;当过热温度为1415~1463℃时,熔体主要发生碳-氧反应,吸氮反应较弱,合金中氧含量和氮含量均较低;当熔体过热温度为1463~1523℃时,熔体主要发生MgO坩埚分解反应和吸氮反应,因此合金中的氧含量和氮含量均较高。

Ti_(3)Ni合金中TiO_(2)和TiN夹杂物的去除

采用电子束精炼技术精炼Ti3Ni合金,研究了合金中TiO_(2)和TiN夹杂物的去除机制。结果表明:在精炼条件下熔体中心处的温度最高,为2681.2 K,远高于TiO_(2)的熔点,熔体表面及近表面区的TiO_(2)夹杂物主要以溶解的方式去除;在精炼条件下TiN夹杂物溶解的最低温度为2671.5 K,略低于熔体中心的温度,分解的最低温度为1869.6 K,远低于熔体中心的温度,熔体表面及近表面区的TiN夹杂物可通过溶解和分解的方式去除。