【摘 要】
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基于有限元建立了单晶高温合金叶片定向凝固过程的数理模型,对3.6、4.5、7.2 mm/min等3种抽拉速度下的温度场、温度梯度、冷却速率进行了数值模拟.模拟计算结果显示,抽拉速度为7.2 mm/min时,叶片糊状区较宽,等温线倾斜程度比3.6 mm/min和4.5 mm/min时更大.随抽拉速度提高,固-液界面的温度梯度降低,选晶器内螺旋内、外侧温度梯度相差较大.起晶器和选晶器起始段中的冷却速率不受抽拉速度的影响;螺旋后段与叶身随抽拉速度增加,冷却速率增大.将温度场计算结果与CAFE模块耦合,对形核生长
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基于有限元建立了单晶高温合金叶片定向凝固过程的数理模型,对3.6、4.5、7.2 mm/min等3种抽拉速度下的温度场、温度梯度、冷却速率进行了数值模拟.模拟计算结果显示,抽拉速度为7.2 mm/min时,叶片糊状区较宽,等温线倾斜程度比3.6 mm/min和4.5 mm/min时更大.随抽拉速度提高,固-液界面的温度梯度降低,选晶器内螺旋内、外侧温度梯度相差较大.起晶器和选晶器起始段中的冷却速率不受抽拉速度的影响;螺旋后段与叶身随抽拉速度增加,冷却速率增大.将温度场计算结果与CAFE模块耦合,对形核生长情况进行模拟,研究了抽拉速度对杂晶缺陷形成的影响.结果 显示,抽拉速度为7.2 mm/min时,在缘板边缘处易形成杂晶;抽拉速度为3.6 mm/min和4.8 mm/min时,形成了完整的单晶.
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针对定向凝固过程,建立了镍基单晶高温合金宏观温度场计算模型和微观组织相场计算模型.模拟了定向凝固过程中高温合金单晶试棒的温度场变化,并基于温度场结果进一步模拟了微观组织生长情况.将模拟结果与试验结果进行对比,二者较为一致,验证了计算模型的准确性.结果 表明,定向凝固单晶试棒不同区域的枝晶形貌有较显著差异,冷却速度较快的区域一次枝晶臂间距较小;冷却速度较慢的区域枝晶粗大,具有发达的一次枝晶臂和二次枝晶臂,且一次枝晶臂间距较大.
对复杂形状的异形单晶高温合金铸件中产生的雀斑现象进行了研究.结果 表明,由于环状排列的铸件内外两侧凝固条件的差别,造成了雀斑缺陷的不对称分布.从整体上来看,所有的表面雀斑都出现在传热条件较差的铸件内侧,而温度梯度和冷却速率较高的铸件外侧则没有雀斑.从局部来看,所有雀斑都产生在铸件外凸的棱角或弧面,而不是内凹处,其原因在于糊状区液体流动的附壁效应会在外凸部位产生叠加,促进雀斑形成.另外,在铸件内部也发现了雀斑,说明雀斑也会成为单晶高温合金铸件的内部缺陷.
采用激光增材和传统铸造法制备了一种镍基高温合金,并通过扫描电镜观察了热处理后两种状态合金的微观组织结构,测试了从室温到1000℃时试样的拉伸性能,观察了试样断口特征.结果 表明,激光增材制造的合金组织较不均匀,枝晶干区域内沉淀相较规则,而枝晶间区域沉淀相形貌粗大且不规则,且抗拉强度和塑性略低于普通铸造法制备的合金.室温条件下,激光增材和普通铸造试样均以解理断裂为主;中温拉伸断裂时,二者均以剪切断裂为主;高温拉伸断裂时,二者均以微孔聚集型断裂为主.应优化激光增材制造热处理工艺,提高合金内部组织均匀性,改善其
利用真空电弧炉熔炼并制备了Fex(CoCrNiV)100-x高熵合金.采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪和万能拉伸试验机等手段测试和分析了不同Fe含量下Fex(CoCrNiV) 100-x高熵合金的组织与力学性能.结果 表明,Fex (CoCrNiV) 100-x高熵合金的金相组织为典型的树枝晶或片层组织;随Fe含量的增加,合金的相结构由FCC+金属间化合物(σ相)先转变为FCC+ BCC+d相,再转变为FCC+ BCC相,最后转变为BCC单相;x=50合金的强韧性综合性能最好,抗拉强度达到8
研究了蓝光激光器(波长为450 nm)对多层镀镍铜箔焊接的微观结构及力学性能的影响.将20层(厚度为20 μm)镀镍铜箔焊接到0.5 mm镀镍铜片上,研究焊接速度对焊缝形貌以及抗拉强度的影响.对焊缝失效模式的宏观形貌以及断口微观形貌进行分析,并对焊缝的电导率进行测试.结果 表明,在激光焊接过程中,熔深易于控制.随着焊接速度提高,焊缝熔深逐渐降低,焊缝抗拉强度先提高后降低,当焊接速度为30 mm/s时,焊缝抗拉强度达到最高,为75 MPa.激光可应用于多层镀镍铜箔的焊接,激光焊接后具有良好的力学性能.
高温合金由于其优异的高温力学性能和抗腐蚀性能,广泛应用于航空发动机、燃气轮机的叶片等关键热端部件.在高温、高压及腐蚀环境下的长期服役过程中,容易出现裂纹、磨损等损伤,导致零件失效.激光增材制造为高温合金叶片等损伤部件的修复再利用提供了新的可行途径.综述了激光修复技术在高温合金叶片等部件中的应用现状,重点从杂晶及裂纹两个方面分析了目前激光修复高温合金所面临的主要问题及研究现状.总结了激光修复高温合金的新手段新方法,并对激光修复高温合金的未来发展趋势进行了展望.
研究了电磁搅拌对Cu-10Fe合金铸锭的晶粒度、Fe枝晶、宏观偏析和性能的影响.结果 表明,电磁搅拌可以进一步细化Cu-10Fe合金的晶粒度,并降低了其凝固时的过冷度,使合金在进入亚稳液态组元不混溶温度区域前形核生长成树枝晶Fe相,有效避免了球团状Fe相的生成;在搅拌电流为300 A时,枝晶Fe相被打碎,先凝固的Fe相在剧烈旋转搅拌的离心力作用下向铸锭的边部移动,造成显著的宏观偏析;电磁搅拌对Cu-10Fe合金铸锭的电导率没有显著的影响,但由于电磁搅拌对铸态Fe枝晶的破碎细化作用,对其力学性能有着显著的强
主要研究耐热导电铝合金耐热性能不达标的补救方案,通过分别研究单丝及铝杆热处理的试验,发现对单丝进行190℃×7 h的热处理,可以将单丝的耐热性提高5％～7％,单丝耐热性能达到95％～97％,但后续绞线因单丝表面缺乏油膜容易出现擦伤;对耐热铝杆进行290℃×7h热处理,拉拔后的单丝耐热性能可以提高1.5％～3％,耐热性能达到90％～93％,且单丝表面不存在质量问题.
利用Fluent软件对2219铝合金连铸过程进行数值模拟,并通过小铸锭模拟试验结合数值模拟研究连铸过程中最佳超声施加方式,以达到使铸坯晶粒组织细小均匀的目的 .结果 表明,凝固速度不同导致铸坯内晶粒组织不均匀,超声施加方式对晶粒细化效果影响较大.当凝固时间为4 min时,在第1 min加超声细化效果较为理想,晶粒尺寸细化了24.5％;在凝固末期施加超声细化效果存在较大梯度,沿作用方向降低.连铸中宽度方向中部施加超声作用,探头应位于糊状区上方.