单晶高温合金HRS定向凝固过程凝固参数的计算机检测与分析

DZ408合金低周疲劳行为张仕朝【摘要】研究了 DZ408合金在950℃，1000℃和1050℃，应变比为0．05条件下的低周疲劳性能。

结果表明：平均应变为正时，非对称循环应变控制会产生平均应力松弛现象，且随着温度与应变幅的增大，平均应力松弛速率增大；在950℃，1000℃和1050℃时，材料具有 Massing 特性，采用修正的 SWT 模型能很好地预测不同温度下应变比为0．05的低周疲劳寿命，且给出了修正 SWT 模型参数随温度变化的关系式Δεt 2σmax ＝（－38．9＋0．101 T）N（0．96－0．0014T）。

%The total strain-controlled low cyclefatigue(LCF)behaviors of directionally solidified(DS)superalloy DZ408 at 950 ℃, 1000 ℃ and 1050 ℃ for R =0.05 were investigated.The results of LCF tests indicate that the mean stress relaxation is occurred under asymmetric straining .The rate of mean stress relaxation is increased with the increase of temperature and strain amplitude.The alloy has Massing characteristic at 950 ℃,1000 ℃ and 1050 ℃ for R =0.05.All the LCF data obtained under various temperatures are well correlated by the modified SWT approach for lifetime prediction,and also the relationship between temperature and parameter of modi-fied SWT model are obtained.【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】5页(P93-97)【关键词】DZ408;低周疲劳;应变比;平均应力松弛【作者】张仕朝【作者单位】北京航空材料研究院，北京 100095; 航空材料检测与评价北京市重点实验室，北京 100095; 先进高温结构材料科技重点实验室，北京 100095【正文语种】中文【中图分类】TG132.33定向凝固高温合金由于很好的综合力学性能，被广泛应用航空工业中。

金属高温强度和塑性及其测定实验报告一、实验目的1、了解材料的常规力学性能指标。

2、了解典型金属材料的高温强度与塑性及其随温度的变化规律以及高温脆化对材料热裂纹形成的影响。

3、掌握用材料加工物理模拟设备即动态热-力学模拟试验机Gleeble 1500D测定材料抗拉强度、屈服强度和塑性的原理。

4、掌握Gleeble 1500D试验机的简单操作与编程，了解其一般应用。

5、测定不同钢种如A3、20、45、40Cr和1Cr18Ni9不锈钢的拉伸强度及其塑性随温度的变化并进行比较；测定并分析变形速度对强度的影响规律。

二、实验内容1、了解Gleeble 1500D动态热-力学模拟试验机的基本结构与功能。

2、学习Gleeble 1500D动态热力学模拟试验机的简单操作。

3、测定以A3、20、45、40Cr及奥氏体不锈钢1Cr18Ni9的强度与塑性，研究强度、塑性随温度和加载速率或变形速率的变化规律。

4、比较A3、20、45、40Cr和1Cr18Ni9不锈钢的强度和塑性，并分析其原因。

三、实验原理材料的力学性能在科学研究和工程应用中具有非常重要的作用,如数值模拟研究必须以力学性能为依据,负载结构的设计和材料加工工艺方案(如焊接、锻压、热处理、表面改性等工艺)的制定必须以力学性能为基础等等。

材料的力学性能指标主要有抗拉强度(σb)、屈服强度(σs或σ0.2)、剪切强度(τb)、延伸率(δ)、断面收缩率(ψ)、冲击韧性(αKV或αKU)、断裂韧性(如K IC、J C、COD等);对于高温用结构材料,还有高温蠕变极限和高温持久强度等力学性能指标;对于脆性材料如金属间化合物和结构陶瓷等,还常采用三点和四点弯曲强度等力学性能指标。

高温强度和塑性是材料高温使用和热加工时需要考虑的重要力学性能指标,了解其测试方法及其随温度的变化规律是对高温结构材料进行科学研究和应用的基础。

金属材料如钢材的强度和塑性由基体组织类型(如马氏体M,铁素体F,珠光体P,贝氏体B,奥氏体γ)、晶粒大小、基体强化类型(固溶强化和弥散强化)以及与此有关的加工变形程度、热处理条件等决定,因此,不同类型的金属及其合金的强度和塑性,以及它的随温度变化的规律存在明显区别。

1。

凝固过程中有哪几类重要的传输过程？他们是如何影响凝固过程的?如何有效控制这些传输过程？答：凝固过程中包括热量传输、质量传输和动量传输；凝固过程的传热符合传热的普遍规律，包括传导、对流及辐射三种基本传热方式，但同时也具有自身的一些特点。

首先它是一个有热源的传热过程。

金属凝固时释放潜热，可以看成是一个热源释放的热，且这个热源位置在不断地移动。

其次，在金属凝固时存在着两个界面，即固液界面和金属—铸型间界面,在这些界面上，会发生极为复杂的传热现象。

质量传输包括扩散传质、对流传质、相间传质。

若溶质再分配过程不能充分完成,扩散不均匀，则产生成分偏析，金属凝固结束后，各处成分不完全相同.动量传输即为液态金属的流动，包括动量对流和自然对流。

当对流达到紊流程度时，会冲刷枝晶壁造成晶粒繁殖，促使等轴晶的发展，特别是溶质浓度较高的合金容易借助流动形成等轴晶。

2.试述等轴晶的形核机理,给出主要的晶粒细化方法和相应的工艺过程.答：等轴晶形核的机理有：a、型壁上形核按照大野笃美的机理游离；b、固液两相区的枝晶被熔断并被液流带入液相区；c、自由表面凝固形成“晶雨”；游离晶的形成:液态金属在铸型型壁的激冷作用下发生了两种变化1、在型壁上形成晶核;2、液态金属因冷却收缩而发生流动。

生长中的晶核在液流作用下从型壁脱落进入液相区。

枝晶熔断：枝晶生长过程中由于根部溶质的富集产生“缩颈”并熔断、脱落;在没有强制对流的条件下，大量被熔断枝晶的形成与漂移均与侧向生长的两相区中枝晶的流动密切相关；表面凝固和“晶雨"的形成：表面凝固取决于熔体的凝固温度与环境之差。

表面凝固必须具备的形核条件与内生生核相似，需较大的过冷度.当合金温度与环境温度之差较大时，表面获得所需要的过冷度而发生形核长大。

液相的流动和表面的扰动会使表面形成的晶核下落形成”晶雨"。

晶粒细化的方法：a、添加晶粒细化剂，即向液态金属中引入大量形核能力很强的易帜晶核，达到细化晶粒的目的;b、添加阻止生长剂以降低晶核的长大速度，使形核数量相对提高，获得细小的等轴组织；c、采用机械搅拌、电磁搅拌、铸型振动等力学方法，使枝晶折断、破碎，使晶粒数量增多,尺寸减小;d、提高冷却速度使液态金属获得大过冷度，增加形核速率；e、去除液相中的异质晶核，抑制低过冷度下的形核，使合金获得很大过冷度,并在大过冷度下突然大量形核，获得细小等轴组织。

镍基高温合金的研究和应用王睿【摘要】镍基高温合金是通常以镍铬为合金基体,并根据具体需求加入不同的合金元素,从而形成的单一奥氏体基体组织.由于镍元素在化学稳定性、合金化能力和想稳定性上的优势,镍基高温合金相对于铁基和钴基高温合金具有更优异的高温强度、抗疲劳性能、抗热腐蚀性、组织稳定性等性能.经过几十年发展和完善,我国高温合金领域在合金设计方法、合金种类、冶炼和热处理工艺、工业化管理等方面均取得了较大的进展,而凭借其独特的优势,镍基高温合金已经成为当代航空航天和燃气轮机工业中地位最重要的高温结构材料.本文主要从常见镍基高温合金分类、冶炼工艺和处理方式、强化机理以及合金化等方面,简要介绍了镍基高温合金的主要研究进展和实际应用.%Nickel-base high-temperature alloys are usually made of nickel-chromium alloy and different alloy elements are added according to specific requirements, thus forming a single austenitic matrix. Because of the advantages of chemical stability, alloying ability and relative stability of nickel element, Nickel-base high-temperature alloys has more excellent high temperature strength, fatigue resistance, thermal properties, such as corrosion resistance, stability of the organization. After decades of development and improvement, the high temperature alloys in China have made great progress in the aspects of alloy design methods, alloy types, smelting and heat treatment processes, industrialization management, etc. With their unique advantages, Ni-based superalloys have become themost important high temperature structural materials in the aerospace and gas turbine industries. In this paper, the main research progress andpractical application of nickel-based superalloy are briefly introduced from the aspects of classification, smelting process and treatment, strengthening mechanism and alloying of common Ni-based superalloys.【期刊名称】《化工中间体》【年(卷),期】2017(000)007【总页数】2页(P50-51)【关键词】镍基高温合金;航空航天【作者】王睿【作者单位】江苏省常州市武进区前黄高级中学国际分校江苏 213000【正文语种】中文【中图分类】T高温合金特指以镍、钴、铁或三者与铬的合金为基体,能够承受苛刻的机械应力和600℃以上高温环境的一类高温结构材料.它一般具有较高的室温和高温强度、良好的抗蠕变性能和疲劳性能、优良的抗氧化性和抗热腐蚀性能、优异的组织稳定性和使用可靠性.上个世纪50年代初,我国通过仿照前苏联,自主研制并生产了出第一款高温合金GH3030,从而拉开了我国对于高温合金研究和应用的序幕.20世纪60年代初,我国投入大量人力和物力研究高温合金等军工领域用材料,许多高温合金的研究和生产中心在此时得以建立,并且引进了大量的科研和检测设备.这一阶段,考虑到我国本身存在quot;缺钴少镍quot;的情况,因此我国在高温合金领域特别是铁基高温合金上取得了前所未有的突破,研究和生产均出具规模,生产了诸如GH4037、K417等多个牌号的高温合金.但是由于基体本身化学和物理性质的原因,铁基高温合金在多方面均远逊色与同成分的镍基高温合金,因此在改革开放后,镍基高温合金逐渐成为我国高温合金研究和生产的主体,通过全面紧扣镍原矿,引进欧美技术,我国在粉末镍基高温合金,单晶镍基高温合金和定向凝固柱晶高温合金等尖端领域均取得了重大突破,先后推出了FGH 系列粉末涡轮盘材料,第一、二代单晶镍基高温合金DD402、DD26等.本文主要从镍基高温合金常见分类、冶炼和制备工艺、强化机理和合金化、实际应用等几个方面来简要介绍了镍基高温合金的研究发展.镍基高温合金具有许多种类,通常按照成型工艺的不同,将其分为铸造高温合金和变形高温合金.铸造高温合金由铸造工艺制备,通常分为等轴晶、定向柱晶和单晶三种.而变形高温合金普遍由粉末工艺制备,分为粉末高温合金和弥散强化型高温合金,通常具有良好的冷热加工性能和力学性能.(1)粉末高温合金利用粉末冶金工艺制造而成的高温合金称为粉末高温合金.传统铸造-锻造工艺制成的高合金化高温合金,存在宏观偏析严重、难于成型、疲劳性低等缺点,因此在工艺生产中并未大规模使用.随着粉末工艺的推广,通过在真空或惰性气体气氛下,以制粉工艺将高合金化难变形高温合金制成细小粉末,再通过不同的成形法制成目标合金.由于晶粒细小、成分均匀、微观偏析轻微,故相对于传统铸造合金,粉末高温合金往往在热加工性能,屈服强度和疲劳强度等力学性能上均得到较大提升.目前我国常用的粉末高温合金主要有FGH系列等,其中80年代研制的FGH95是目前强度最高的粉末高温合金.(2)定向柱晶高温合金通过定向凝固技术,使得合金内的横向晶界被消除,制备出只保留了平行于主应力轴的单一晶界的合金称为定向柱晶高温合金.定向凝固柱晶工艺通过螺旋选晶器或籽晶法,只允许一个柱状晶生长,可制成消除一切晶界的单晶涡轮叶片或导向叶片.定向柱晶高温合金具有优异的高温强度和屈服强度,并且相较于单晶高温合金,工艺更为简单、制作成本和检验成本也更低,因此定向柱晶高温合金被广泛应用于涡轮叶片的制造.(3)单晶高温合金采用定向凝固工艺消除所有晶界的高温合金称为单晶高温合金.单晶高温合金同样采用定向凝固技术,但是在型壳设计上增加了单晶选择通道.由于合金内一切晶界被消除,合金化程度很高,其高温强度、疲劳性能等力学性能相对于等轴晶和定向柱晶高温合金有了大幅度的提高,因此在尖端航空领域,单晶高温合金得到广泛应用,比如美国F35战斗机涡轮叶片所采用的的即使第三代镍基单晶高温合金CMSX-10.但是单晶高温合计由于制造成本相对较高、工艺复杂,因此使用受到局限.不同种类的镍基高温合金采用的制备方式截然不同,定向柱晶高温合金和单晶高温合金均采用定向凝固技术,粉末高温合金采用粉末冶金工艺方法生产,而传统的铸造高温合金采用铸-锻工艺生产.粉末高温合金和单晶高温合金是时下应用最前沿的两类镍基高温合金,因此对于其制备方法的研究是具有直接代表意义的.(1)定向凝固技术制备单晶高温合金和定向柱晶高温合金通常采用定向凝固技术,二者差别在于单晶高温合金往往会增设单晶选择通道.现在常用的定向凝固技术有,高速凝固法(HRS)、液态金属冷却法(LMC)、发热剂法(EP)和功率降低法(PD)等,这其中高速凝固法和液态金属凝固冷却法是目前应用最广的制造工艺.高速凝固法(HRS)通过在加热区底部增设了隔热挡板,并且在水冷底盘添加水冷套,使浇注后型壳与加热器之间发生了相对移动,增大了挡板附近的温度梯度,从而实现细化组织,消除晶界各异性的目的.液态金属冷却法(LMC)则是通过加入一个冷却剂槽,通常以锡为冷却剂.当合金熔体浇注成型后,将其从加热器中移出并逐渐匀速浸入到液态锡冷却剂中,这样在合金凝固表面和内部形成了较大的温度梯度,促使晶粒以单一方向生长.通过控制诸如冷却剂温度、浸入速率等参数可以调整合金的晶粒尺寸.(2)粉末冶金工艺粉末冶金工艺通常分为粉末制备和粉末固结两个阶段.目前在实际生产中的粉末制备工艺主要采用气体雾化法和旋转电极法.气体雾化法又被称为AA法,首先将真空熔炼过的母合金加入到雾化设备中,在真空环境下进行重熔,熔解的合金经由漏嘴流出后,在高压气体流的冲击下被雾化成粉末,其中氩气是最常用的气体.旋转电极法则是将合金料在高速旋转,利用固定的钨电极产生等离子弧来连续熔化合金料,这样在离心力的作用下,形成的液滴飞出形成了细小的粉末.粉末制备成功后,需要进行固结以便成形.由于传统的高温合金粉末中往往含有难烧结且易氧化元素,因此在传统的直接烧结工艺下成形相当困难,必须引入高温高压气氛.目前常见的粉末固结方式有真空热压成形、热等静压成形、热挤压和锻造、电火花烧结等成型方法,其中热等静压和热挤压是国内常用的两个工艺.镍基高温合金的强化效应通常组织强化和工艺强化两种.第一种是因为高温合金中的合金元素和基体元素相互作用,引起组织的变化而产生的强化效应.工艺强化是通过改良生产工艺、处理方式、锻造工艺等来实现对高温合金性能的提升.众多强化方式中,合金化对于高温合金性能的改变尤为重要.镍可以通过固溶、形成第二相等方式与加入的合金元素相互作用,其中常见的合金元素有Cr,W,Mo,Re,Al,Ti,Ta,C,B,Zr和稀土元素等十余种合金元素,这些元素在合金中起着不同的作用.Cr是镍基高温合金中含量相对较高的一个元素,它以固溶态存在于基体中,从而改善镍基高温合金的抗氧化性和抗热腐蚀性.W和Mo通过提高扩散激活能,降低合金中的扩散,从而增强原子间结合力,提高合金的硬度和高温强度.Al 是最主要的γ'相形成元素,且在高温下能形成保护性的氧化膜,提高合金的抗氧化性能,因此Al也常被用于表面化处理.其他如C,B,Zr和稀土元素等微量元素,在镍基高温合金中的含量均在1%以下,但是也起着很强的作用.经过几十年的研究和发展,镍基高温合金虽已经在多个方面均取得较大的突破,但为了满足航空、航天领域对于高性能高温合金材料不断增加的需求,也为了应对相关领域的国际竞争,增加我国的制空竞争力,在以后得研究中仍得从以下几个方面加强:(1)建立和完善更有效的合金设计方法,通过调整合金元素的比例,改善制造工艺来得到强度更高,质量更轻,成本更低的镍基高温合金;(2)应该对尖端高温合金诸如第三代单晶高温合金、第五代粉末高温合金的研制,改善制备工艺,使得这类合金的性能和质量更加稳记录并完善合金的性能和数据;(3)要扩大应用范围,扩展对于民用燃气轮机中高温合金的研制和开发.总之,镍基高温合金是航空航天领域发展的核心关键,高温材料的强度决定了飞机发动机的推重比和性能,因此研究镍基高温合金是认识材料领域,了解我国乃至世界航空航天领域发展,探索我国国防事业的一块敲门砖.王睿,男,江苏省常州市武进区前黄高级中学国际分校;研究方向:材料类.【相关文献】[1]郭建亭.高温材料学[J].北京:科学出版社,2010.06.[2]张义文.粉末高温合金研究进展[J].中国材料进展,2013年第1期.[3]孙晓峰.镍基单晶高温合金研究进展[J].中国材料进展,2012年第12期.[4]王斌,Al对高温合金高温抗氧化性能的影响[J].材料热处理技术,2012年5月.。

金属及合金凝固组织的观察和分析张文北京科技大学材料学院铸锭组织分为三个区，最外层是细晶区，金属液体浇入铸模后，与温度较低模壁接触的液体会产生强烈的过冷，产生大量的晶核，并向液相内生长。

如果浇铸温度较低，铸锭尺寸不很大，整个液体会很快全部冷却到熔点一下，因此各处都能形核，造成全部等轴细晶粒的组织。

但在一般情况下，只有那些仍然靠近模壁的晶粒长成而形成细晶区。

柱状晶区，金属浇铸后，模壁被金属加热温度不断升高，由于结晶时潜热的释放吗，使模壁处的温度梯度降低。

细晶区前沿不易形核，随着液相温度逐渐降低，已生成的晶体向液体内生长。

等轴晶区，在凝固过程中，开始凝固的等轴激冷晶游离以及枝晶熔断而产生大量游离自由细晶体，它们随溶液对流漂移移到铸锭中心部分。

如果中心部分溶液有过冷，则这些游离细晶体作为籽晶最终长成中心的等轴晶区。

匀晶凝固过程是晶体材料从高温液相冷却下来的凝固转变产物包括多相混合物晶体和单相固溶体两种，其中由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。

共晶凝固过程是从液相同时结晶处两个固相。

一般把成分在共晶成分左边并有共晶反应的合金称亚共晶合金，而在右边的称过共晶合金，合金成分偏离共晶成分但冷却时仍发生共晶反应的合金，在冷却过程中先结晶出固溶体晶体，然后在生成共晶。

包晶凝固过程是有些合金当凝固到一定温度时，已结晶出来的一定成分的固相与剩余液相发生反应生成另一种固相的恒温转变过程。

1 实验材料及方法1.1实验材料光学显微镜表格 1 铝锭成分表Table 1 Aluminum composition铝锭浇铸条件样品号模壁材料模壁厚度/mm模子温度/℃浇铸温度/℃1砂10室温6802钢105006803钢10室温7804钢10室温680Table 2 Alloy composition样品成分样品成分1-a25%Ni+75%Cu铸造3-a80%Sn + 20%Sb1-b25%Ni+75%Cu 退火3-b35%Sn + 65%Sb2-a70%Pb + 30%Sn4-a51%Bi + 32%Pb +17%Sn 2-b38.1%Pb + 61.9%Sn4-b58%Bi + 16%Pb +26%Sn 2-c20%Pb + 80%Sn4-c65%Bi + 10%Pb +25%Sn1.2实验方法1.用肉眼观察5种浇铸方法所获得的铝锭的横截面和纵截面；2.调节金相显微镜的放大倍数为100倍；3.在显微镜下分别观察1-a至4-c样品，并用手机拍照记录。

Zn-25%wtAl定向凝固截面变化区的组织演化分析
查燕青;傅明喜;黄兴民;周志华;李岩;宗华
【期刊名称】《热加工工艺》
【年(卷),期】2005()1
【摘要】利用HRC定向凝固装置,选择热区温度为830℃和780℃,凝固速度为77.5μm/s和155μm/s的凝固条件,采用变截面结晶器,获得了截面变化前后的稳定组织以及截面变化区的组织演变。

结果表明,截面变化对组织的影响是一个渐变的过程。

演变区晶粒经历了分叉、合并及淘汰后,形成新的稳定区组织。

【总页数】4页(P8-11)
【关键词】定向凝固;截面变化;组织演变
【作者】查燕青;傅明喜;黄兴民;周志华;李岩;宗华
【作者单位】江苏大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG113;TG244
【相关文献】
1.试样截面尺寸变化对高温合金DZ125定向凝固组织的影响 [J], 陈波;刘林;张卫国;傅恒志
2.定向凝固Ti—43Al—3Si合金的组织演化规律Ⅰ.初始过渡区组织演化规律 [J], 樊江磊;李新中;郭景杰;苏彦庆;傅恒志
3.定向凝固Ti—43Al—3Si合金的组织演化规律Ⅱ.稳态生长区组织演化规律 [J],
李新中;樊江磊;郭景杰;苏彦庆;傅恒志
4.Zn-Cu包晶合金定向凝固组织演化Ⅰ.实验现象及分析 [J], 王猛;林鑫;苏云鹏;沈淑娟;黄卫东
5.CMSX-2单晶高温合金高梯度定向凝固下过渡区的组织演化特征 [J], 李双明;杜炜;张军;李金山;刘林;傅恒志
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定向凝固铸造高温合金DZ125热处理工艺分析费孝顺发布时间：2023-05-31T05:19:50.109Z 来源：《中国电业与能源》2023年6期作者：费孝顺[导读] 航空定向薄壁空心叶片在运行过程中有时会出现保温能力不足，冷却速度偏低等问题，直接影响到航空发动机的稳定性。

而通过对定向凝固铸造高温合金DZ125热处理工艺的应用后，可使叶片表面温度得到有效控制。

基于此结合具体的实验方式，对定向凝固铸造高温合金DZ125热处理工艺进行分析研究。

根据具体的试验结果，从合金组织、合金性能以及合金元素三个方面展开讨论。

上海万泽精密铸造有限公司 201401摘要：航空定向薄壁空心叶片在运行过程中有时会出现保温能力不足，冷却速度偏低等问题，直接影响到航空发动机的稳定性。

而通过对定向凝固铸造高温合金DZ125热处理工艺的应用后，可使叶片表面温度得到有效控制。

基于此结合具体的实验方式，对定向凝固铸造高温合金DZ125热处理工艺进行分析研究。

根据具体的试验结果，从合金组织、合金性能以及合金元素三个方面展开讨论。

研究结果表明，通过对定向凝固铸造高温合金DZ125热处理工艺的应用，可快速实现对合金叶片的修复热处理，对航空发动机产生较好的影响。

关键词：定向凝固；铸造高温合金；DZ125合金引言：随着我国航空航天事业的发展，定向凝固铸造高温合金得到了广泛的应用，成为航空发动机涡轮叶片与导向叶片的主要制作材料。

现如今随着航空发动机性能的不断提高，对于叶片散热性要求程度进一步加强，导致叶片内部结构更加复杂，周围壁厚越来越薄。

如果缺乏对表面温度的处理，会导致叶片出现晶界开裂的现象。

目前对于叶片的热处理，人们将目光放置在定向凝固铸造高温合金DZ125中，通过对该合金材料的应用，不仅保证了良好的力学性能，同时在铸造工艺性能以及薄壁性能方面有着绝对保障。

1.定向凝固铸造高温合金DZ125热处理工艺应用意义分析叶片作为航空发动机的关键组成部分，主要作用是控制好航空发动机的表面温度，使发动机能够在复杂环境下能够顺利运行。

镍基单晶高温合金
镍基单晶高温合金是一种具有优异高温性能的材料，广泛应用于航空航天、石油化工、电力等领域。

本文将从材料特性、制备工艺、应用领域等方面介绍镍基单晶高温合金。

镍基单晶高温合金具有优异的高温性能。

它具有较高的熔点、较低的线膨胀系数和较高的抗氧化性能，能够在高温环境下保持良好的力学性能和耐腐蚀性能。

这使得镍基单晶高温合金成为当前高温工作条件下的理想材料之一。

制备镍基单晶高温合金需要采用特殊的工艺。

由于镍基单晶高温合金的晶粒结构对其性能起着决定性作用，因此制备过程中需要控制晶粒的方向性生长。

常用的方法包括单晶铸造法、培养晶法和定向凝固法等。

这些方法能够使镍基单晶高温合金的晶粒在整个材料中保持一致，提高了其力学性能和耐腐蚀性能。

镍基单晶高温合金在航空航天领域有着广泛的应用。

由于其出色的高温性能，镍基单晶高温合金被广泛应用于航空发动机的燃烧室、涡轮叶片、燃烧室衬板等关键部件。

这些部件需要在极端的高温和高压环境下工作，而镍基单晶高温合金正是能够满足这些要求的材料之一。

镍基单晶高温合金是一种具有优异高温性能的材料，广泛应用于航空航天、石油化工、电力等领域。

它的制备工艺需要特殊的方法来
控制晶粒的方向性生长，以保证材料的一致性。

在航空航天领域，镍基单晶高温合金被广泛应用于关键部件，能够在极端的高温和高压环境下保持良好的力学性能和耐腐蚀性能。

随着科技的不断发展，镍基单晶高温合金的应用前景将更加广阔。

铝合金铸件凝固温度测量及分析敬必成代习彬罗定荣刘志先周麟升重庆新红旗缸盖制造有限公司，重庆 402560摘要：通过实验在线测量铸件凝固过程温度变化，绘制凝固过程温度曲线图。

计算出凝固过程中温度梯度、冷却速度、凝固方式。

根据计算结果分析及预测可能产生的缺陷。

关键词：凝固过程；温度梯度；凝固方式；冷却速度铸件是熔融金属注入铸型，凝固后得到的具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或零件毛坯[1]。

金属的凝固是铸件形成过程中的重要环节，在很大程度上决定铸件的内部质量。

铸件出现的缩孔、缩松、针孔、浇不足、偏析、冷裂、热裂、变形等缺陷都是在凝固过程中产生的。

所以，认识铸件的凝固规律，对防止产生铸造缺陷、改善铸件组织、提高铸件的性能，有十分重要的意义。

而测定铸件凝固温度场是了解铸件凝固过程的一个非常重要的途径。

铸件的凝固方式主要分为逐层凝固、糊状凝固（体积凝固）及中间凝固。

铝合金铸件几乎都是逐层凝固成型。

逐层凝固的凝固前沿与熔液直接接触，金属由液体转变为固态时发生的体积收缩，直接得到熔液的补充。

因此，凝固过程中产生缩松的倾向小，而在最后凝固部位形成缩松。

在凝固过程中，由于收缩受阻而产生晶间裂纹，容易得到溶液的补充，使裂纹愈合，所以热裂倾向小[2]。

冷却速度对铸件质量也有显著的影响。

冷却速度越大，枝晶间距越小，A356铝合金变质效果越好[3]。

冷却速度对针孔的形成也有影响[4~6]。

冷却速度越快形成的气孔较少，分布比较集中并呈规则的小圆形。

冷却速度慢时形成的气孔不仅数量多分布离散，而且大小形状各不相同[7]。

1 实验条件及方法选取公司正常生产的A356铝合金缸盖A和缸盖B，在火花塞孔（未预铸）中部选取三个点进行温度测量，具体测量点位置如图1、图2所示。

将热电偶固定在测量点后，在线测量凝固过程温度变化，做出凝固过程温度曲线图。

位置“上”为冒口，位置“中”为火花塞孔上部，位置“下”为火花塞孔下部。

图1 缸盖A温度测量点示意图图2 缸盖B温度测量点示意图2 实验结果缸盖A凝固过程温度曲线图如图3所示，缸盖B凝固过程温度曲线图如图4所示。

山东大学博士学位论文
２．３．２方程的求解条件
求解偏微分方程需要知道其初始条件和边界条件。

求解铸造凝固过程的传热方程，其初始条件是铸件浇注结束之后铸件与铸型系统的温度分布情况，而边界条件则是整个铸造系统（包括铸件、铸型、冷铁等）以及大地、空气之间的接触位置的参数设置情况。

２．３．２．１初始条件的设置
铸件凝固过程温度场的初始条件，是指在金属液刚浇注铸型时铸件和铸型各个位置的温度分布，对于离散的网格而言，就是指各个单元格的初始温度。

初始条件的处理方法不同，对模拟结果影响的也不同。

由于本文主要是为了求解凝固过程的温度场，因此忽略了金属液流动过程中的传热。

假设金属液在浇注的瞬间充满铸型，此时，铸件和铸型内部单元格的温度都没有发生变化，而在界面处的单元格，可以假设其存在一个温度下降。

此时，假设界面处铸件单元的温度由浇注温度ｋ降温至瓦，界面处铸型单元的温度由原来的温度乙删升温至瓦，如
ｒｏ＝訾仁埘图２．６所示，则瓦可通过以下公式进行求解：
式中，下标ｃ与拂分别表示铸件和铸型；
醐扩散率；
ｂ＝√ｑ朋（２．１１）式中，各变量含义同公式（２．３）。

Ｔｃ、．７
‘＼＼乃
图２．６铸件铸型初始温度分布示意图
ｔｈｅｃａｓｔａｎｄｍｏｌｄ
Ｆｉｇ．２．６Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｉｎ
３５。

液态金属冷却法制备大尺寸定向燃机叶片凝固过程的实验与模拟卢玉章，申健，张健，楼琅洪（中国科学院金属研究所，沈阳110016）摘要利用高温度梯度定向凝固技术-液态金属冷却（LMC）技术制备了大尺寸燃机叶片，采用ProCAST 有限元模拟软件计算了LMC定向凝固工艺下，不同抽拉速度下大尺寸定向叶片的晶粒组织，预测了拉速对疏松以及杂晶等缺陷的影响。

结果表明：模拟结果与实验结果吻合良好；拉速较高时，凝固界面凹陷，晶粒垂直于凝固界面收敛生长，部分晶粒取向偏离<001>方向角度很大，在缘板部位观察到疏松，叶身靠近缘板部位由于凝固界面曲率增大，出现杂晶等缺陷；拉速较低时，凝固界面平直，晶粒取向偏离<001>方向角度很小，缘板处疏松面积明显减小、位置移向缘板外沿，在叶身靠近缘板处没有出现杂晶。

利用该模型优化LMC工艺参数后制得了质量较高的大尺寸燃机叶片。

关键词液态金属冷却，定向凝固，大尺寸燃机叶片，数值模拟Simulation and experiment of large columnar grain blades processed by the assist of liquid metal coolingLU Yuzhang, ZHANG Jian, LOU Langhong(Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016) ABSTRACT Directionally solidified industrial gas turbine blades were prepared by high gradient liquid metal cooling (LMC) process. The grain structures at various withdrawal rates during LMC process have been calculated with ProCAST software. The microstructure simulation results of the directionally solidified industrial gas turbine blade agreed with the experimental results. The correlation between the shape of the S/L interface and the resulting grain structure has been clearly demonstrated. When the withdrawal rate was high, porosities were observed at the platform. Spurious grains formed at the bottom of the air foil section due to the concave S/L interface. When the withdrawal rate was low, S/L interface was relatively flat. A fairly well-defined <001> texture developed. The area of porosities at platform apparently decreased and the location of defect moved outward to the edge of the platform. No spurious grains were found at the air foil section. Large columnar grain blades were obtained by optimizing theparameter of LMC by the aid of simulation.KEY WORDS liquid metal cooling, directional solidification, large columnar grain blade, simulation0引言随着工业燃气轮机的不断发展，对其关键部件涡轮叶片（图1）的要求也在不断提高[1]。

凝固技术随着科学技术的发展，对凝固技术的重视和深入研究, 形成了许多种控制凝固组织的方法, 其中快速凝固技术，定向凝固技术，均衡凝固技术等已经取得了较快的发展。

这些新兴的凝固技术以其独特的方法在不同的方向都取得了很好的成果。

在金属，无机非金属，高分子材料中都有应用。

快速凝固快速凝固已成为一种具有挖掘金属材料潜在性能与发展前景的开发新材料的重要手段, 同时也成了凝固过程研究的一个特殊领域。

过去对凝固过程的模拟考虑了在熔融状态下的热传导和凝固过程潜热的释放，不考虑金属在型腔内必然存在的流动以及金属在凝固过程中存在的流动。

目前快速凝固技术作为一种研制新型合金材料的技术已开始研究了合金在凝固时的各种组织形态的变化以及如何控制才能得到符合实际生活、生产要求的合金。

着重于大的温度梯度和快的凝固速度的快速凝固技术，正在走向逐步完善的阶段。

快速凝固技术一般指以大于105K/s-106K/s的冷却速率进行液相凝固成固相，是一种非平衡的凝固过程，通常生成亚稳相(非晶、准晶、微晶和纳米晶)，使粉末和材料具有特殊的性能和用途。

快速凝固技术得到的合金具有超细的晶粒度，无偏析或少偏析的微晶组织，形成新的亚稳相和高的点缺陷密度等与常规合金不同的组织和结构特征。

由于凝固过程的快冷，起始形核过冷度大，生长速率高，使固液界面偏离平衡，因而呈现出一系列与常规合金不同的组织和结构特征。

快速凝固大致有气枪法，悬铸法，工作表面熔化与自淬火法，雾化法，喷射沉积法等。

气枪法：这种方法的基本原理是将熔解的合金液滴，在高压( >50 atm)惰性气体流(如Ar 或He)的突发冲击作用下，射向用高导热率材料(经常为纯铜)制成的急冷衬底上，由于极薄的液态合金与衬底紧密相贴，因而获得极高的冷却速度( >109℃/S) 。

这样得到的是一块多孔的合金薄膜，其最薄的厚度小于0.5~1.0 μm (冷速达109℃/S)。

旋铸法(chill block melt-spinning)。