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第三代单晶高温合金WZ30的凝固组织研究
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作者 赵运兴 马德新 +4 位作者 魏剑辉 员莹莹 徐维台 李侣 邓阳丕 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期478-486,共9页
采用螺旋选晶法制备国产第三代单晶高温合金WZ30的单晶试棒,对其铸态组织进行研究,利用电子探针分析铸件中的元素偏析,测算WZ30单晶铸件中各合金元素的分凝系数,并与第二代单晶合金CMSX-4进行对比。研究结果表明:WZ30合金铸件中出现了... 采用螺旋选晶法制备国产第三代单晶高温合金WZ30的单晶试棒,对其铸态组织进行研究,利用电子探针分析铸件中的元素偏析,测算WZ30单晶铸件中各合金元素的分凝系数,并与第二代单晶合金CMSX-4进行对比。研究结果表明:WZ30合金铸件中出现了更为严重的雀斑形成倾向和更多的γ/γ′共晶组织。经EBSD检测,γ/γ′共晶团与γ基体的晶体取向保持一致,说明枝晶间的共晶组织是在γ基体上形核并长大的。枝晶臂中的元素分布并不是连续渐变,而是存在台阶式的突变,表明在凝固过程中,枝晶臂的长大是分阶段进行的。由于合金中添加了更多的高偏析难熔元素Re,大部分合金元素的偏析更为严重,从而导致铸态组织中雀斑形成倾向和共晶含量的增加。 展开更多
关键词 第三代单晶高温合金 定向凝固 微观组织 共晶 元素偏析
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TiAl金属间化合物定向技术研究进展 被引量:2
2
作者 马云路 杨劼人 +1 位作者 刘泽栋 陈瑞润 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第15期25-36,共12页
TiAl合金具有低密度和良好的高温性能,被视为航空航天领域极具应用潜力的一类新型结构材料。具有柱晶/单晶组织特征的全片层结构TiAl合金展现出极为优异的高温综合力学性能。本文首先介绍了定向TiAl合金的发展背景、定向组织、力学性能... TiAl合金具有低密度和良好的高温性能,被视为航空航天领域极具应用潜力的一类新型结构材料。具有柱晶/单晶组织特征的全片层结构TiAl合金展现出极为优异的高温综合力学性能。本文首先介绍了定向TiAl合金的发展背景、定向组织、力学性能各向异性等基本概念;然后,基于工作原理、关键技术、组织特征三个层面,对传统Bridgman法、光学浮区法、电磁约束以及电磁冷坩埚等定向技术进行了论述;进一步,结合最新研究成果,对定向退火制备TiAl合金的工作进行了阐述;最后,展望了TiAl合金定向技术的研究方向,指出需要从优化成分设计、组织/相变可控、大尺度定向晶稳定制备等方面发展新原理与新技术。 展开更多
关键词 TIAL合金 定向凝固 定向退火 柱晶/单晶 力学性能 高温结构材料
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叶片排列方式对一种第四代单晶高温合金叶片杂晶影响的数值模拟研究
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作者 撒世鹏 杨文超 +2 位作者 秦嘉润 张军 刘林 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期871-878,共8页
针对组模生产第四代单晶高温合金叶片时由于温度场不均匀导致的缘板杂晶问题,采用有限元模拟软件ProCAST对叶片在组模中以不同方式排列时凝固过程的温度场和晶粒组织进行模拟计算,并且分析了添加引晶杆对杂晶的影响。结果表明,在组模生... 针对组模生产第四代单晶高温合金叶片时由于温度场不均匀导致的缘板杂晶问题,采用有限元模拟软件ProCAST对叶片在组模中以不同方式排列时凝固过程的温度场和晶粒组织进行模拟计算,并且分析了添加引晶杆对杂晶的影响。结果表明,在组模生产时,由于中柱的保温作用小,导致横向温度场不均匀,叶片以0°排列时,缘板边角靠近中柱,其凝固过程中温度下降较快,会在边角形成大的过冷,同时凝固过程的温度梯度较小,枝晶生长慢,杂晶的形成倾向最大。随着排列角度的增加,横向温度场的不均匀性得到改善,但由于第四代合金形核过冷度小,在缘板位置都会有杂晶形成。添加引晶杆可以消除缘板杂晶,但对于叶片以0°排列时,由于叶片进气边靠近中柱,会在引晶杆内产生杂晶。叶片以90°排列时,横向温度场较为均匀,添加的引晶杆内不会产生杂晶,同时组模直径小,可以降低对炉体型腔的尺寸要求,有望成为生产高代次单晶叶片的最优排列方式。 展开更多
关键词 高温合金 单晶叶片 杂晶 定向凝固 数值模拟
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镍基单晶高温合金杂晶缺陷的研究进展 被引量:2
4
作者 陈楚玥 霍苗 简航岳 《精密成形工程》 北大核心 2024年第1期129-139,共11页
随着单晶涡轮叶片结构的不断优化和高温合金中难熔元素添加量的增大,镍基高温合金单晶叶片在凝固过程中更易出现杂晶、条纹晶、枝晶碎臂、小角度晶界等缺陷。其中,杂晶是单晶叶片制备过程中最常见的一类凝固缺陷,严重影响单晶叶片的成... 随着单晶涡轮叶片结构的不断优化和高温合金中难熔元素添加量的增大,镍基高温合金单晶叶片在凝固过程中更易出现杂晶、条纹晶、枝晶碎臂、小角度晶界等缺陷。其中,杂晶是单晶叶片制备过程中最常见的一类凝固缺陷,严重影响单晶叶片的成品率。为了减少该类凝固缺陷的产生,提高叶片的成品率,研究镍基单晶高温合金杂晶缺陷的形成机制、影响因素及其控制措施,对提高单晶叶片的服役性能具有重要意义。因此,关于定向凝固过程中杂晶缺陷的形成机制、影响因素及其控制措施的研究,引起了国内外研究者的广泛关注。本文综述了单晶叶片的制备技术,分析了籽晶法和选晶法制备单晶叶片过程中不同位置杂晶的形成机理,分别讨论了选晶段杂晶、籽晶回熔区杂晶、缘板杂晶的影响因素和控制措施,并对未来的研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 镍基单晶高温合金 定向凝固 杂晶缺陷 控制方法
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定向结晶及单晶技术发展态势 被引量:8
5
作者 张国庆 邓德国 +2 位作者 黄炳醒 管伟明 尹志民 《贵金属》 CAS CSCD 北大核心 1999年第3期42-48,共7页
全面叙述定向结晶及单晶技术方法及理论分析, 介绍近期的研究发展, 提出深入研究定向结晶及单晶组织性能及晶体取向与塑性变形的机理, 为材料加工提供1 种先进的技术路线, 这对贵金属精细材料的加工有重要意义。
关键词 定向结晶 单晶 凝固 铸型 铸造工艺
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镍基单晶高温合金研究进展 被引量:127
6
作者 孙晓峰 金涛 +1 位作者 周亦胄 胡壮麒 《中国材料进展》 CAS CSCD 2012年第12期1-11,共11页
单晶高温合金因具有较高的高温强度、优异的蠕变与疲劳抗力以及良好的抗氧化性、抗热腐蚀性、组织稳定性和使用可靠性,广泛应用于涡轮发动机等先进动力推进系统涡轮叶片等部件。由于采用定向凝固工艺消除了晶界,单晶高温合金明显减少了... 单晶高温合金因具有较高的高温强度、优异的蠕变与疲劳抗力以及良好的抗氧化性、抗热腐蚀性、组织稳定性和使用可靠性,广泛应用于涡轮发动机等先进动力推进系统涡轮叶片等部件。由于采用定向凝固工艺消除了晶界,单晶高温合金明显减少了降低熔点的晶界强化元素,提高了合金的初熔温度,能够在较高温度范围进行固溶和时效处理,其高温强度比等轴晶和定向柱晶高温合金也大幅度提高。经过几十年的发展,单晶高温合金已经在合金设计方法、组织结构与力学性能关系、纯净化冶炼工艺和定向凝固工艺等方面取得了重要进展。从单晶高温合金成分特点、合金元素作用、强化机理、力学性能各向异性、凝固过程及缺陷控制、单晶制备工艺等方面,简要介绍了单晶高温合金的主要研究进展。 展开更多
关键词 单晶高温合金 强化机理 定向凝固 各向异性
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连续铸造铜单晶棒材的工艺参数与性能 被引量:22
7
作者 许振明 李建国 +1 位作者 耿关祥 傅恒志 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第3期281-286,共6页
在自制水平单晶连铸设备上研究铜单晶的连铸技术。结果表明,当铸型温度Tc2=1100~1120℃、固液界面前沿温度梯度GL=5~6℃/mm、连铸速度R=20~30mm/min时,可获得镜面状的单晶铸棒。连铸时固液界... 在自制水平单晶连铸设备上研究铜单晶的连铸技术。结果表明,当铸型温度Tc2=1100~1120℃、固液界面前沿温度梯度GL=5~6℃/mm、连铸速度R=20~30mm/min时,可获得镜面状的单晶铸棒。连铸时固液界面位于铸型内部,并向熔体呈凸出形状。铸棒内的杂晶是由于铸型温度低于铜的熔点(1083℃)和连铸速度增加所致,当R大于30mm/min时形成单向凝固的柱状晶铸棒。单晶的生长方向为[100],结晶面为(200)。铜单晶与多晶铸棒相比,抗拉强度降低了20.85%,屈服强度降低86.54%,延伸率增加了80.24%,断面收缩率增加了3.945倍;电阻率降低了15.57%。因此,连铸铜单晶具有优异的塑性和低电阻率。 展开更多
关键词 单晶 连续铸造 凝固 电阻率 力学性
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单晶高温合金晶体取向的研究进展 被引量:9
8
作者 赵新宝 刘林 +2 位作者 张卫国 徐义库 傅恒志 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第10期62-66,共5页
单晶高温合金晶体取向与轴向的偏离已成为单晶叶片的一个重要缺陷。简述了单晶生长过程中在不同界面形态下择优取向的转变规律,以及取向对枝晶形貌和尺度的作用;分析了不同取向晶粒的竞争机制,并展望了晶体取向今后研究发展方向;指出了... 单晶高温合金晶体取向与轴向的偏离已成为单晶叶片的一个重要缺陷。简述了单晶生长过程中在不同界面形态下择优取向的转变规律,以及取向对枝晶形貌和尺度的作用;分析了不同取向晶粒的竞争机制,并展望了晶体取向今后研究发展方向;指出了温度梯度、界面形状、熔体等是影响单晶高温合金晶体择优取向的重要因素。 展开更多
关键词 单晶高温合金 定向凝固 择优取向 界面形态
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镍基单晶高温合金DD2梯度定向凝固行为 被引量:5
9
作者 杜炜 魏朋义 +2 位作者 李建国 傅恒志 孙家华 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 1997年第2期1-5,共5页
利用高梯度(250K/cm)走向凝固装置(LMC),对不同凝固条件下DD2单晶高温合金的定向凝固行为进行了研究。结果表明,在一定温度梯度下,通过改变凝固速率可以得到以平面状、胞状、树枝状凝固界面生长的DD2单晶;随着冷却速率的增大... 利用高梯度(250K/cm)走向凝固装置(LMC),对不同凝固条件下DD2单晶高温合金的定向凝固行为进行了研究。结果表明,在一定温度梯度下,通过改变凝固速率可以得到以平面状、胞状、树枝状凝固界面生长的DD2单晶;随着冷却速率的增大,一次枝晶间距减小、组织均化,且所得一次枝晶间距与凝固参数的关系基本符合Hunt模型。 展开更多
关键词 单晶 高温合金 定向凝固 枝晶间距 温度梯度
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凝固方向对单晶高温合金枝晶组织的影响 被引量:10
10
作者 张龙飞 燕平 +2 位作者 赵京晨 曾强 韩凤奎 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期67-71,76,共6页
用籽晶法制备了沿不同晶体取向凝固的镍基单晶高温合金试样,研究了单晶中枝晶形貌和一次枝晶臂距随凝固取向的变化规律。结果表明:凝固方向偏离[001]取向小于15°时,枝晶排列比较规则,一次枝晶臂距随偏离角度增大而减小;偏离角度为2... 用籽晶法制备了沿不同晶体取向凝固的镍基单晶高温合金试样,研究了单晶中枝晶形貌和一次枝晶臂距随凝固取向的变化规律。结果表明:凝固方向偏离[001]取向小于15°时,枝晶排列比较规则,一次枝晶臂距随偏离角度增大而减小;偏离角度为25°时,部分二次枝晶臂阻断了相邻一次枝晶干的生长,导致一次枝晶臂距增大。沿[011]和[111]取向凝固的单晶中由于分别存在2个和3个择优生长的枝晶干,发展出了复杂的枝晶形态。 展开更多
关键词 镍基单晶高温合金 凝固方向 枝晶形态 一次枝晶臂距
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定向凝固晶粒宏观竞争生长机制的实验研究 被引量:8
11
作者 何国 李建国 +1 位作者 毛协民 傅恒志 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 1995年第4期278-283,共6页
本文选用DD8单晶高温合金,应用籽晶技术在高温度梯度定向凝固装置上进行了系统的双晶粒竞争生长实验,定量地获得了不同取向双晶粒之间的竞争生长规律,并从凝固组织亚单元尺度系统研究了不同取向双晶粒竞争生长机制。结果表明,双... 本文选用DD8单晶高温合金,应用籽晶技术在高温度梯度定向凝固装置上进行了系统的双晶粒竞争生长实验,定量地获得了不同取向双晶粒之间的竞争生长规律,并从凝固组织亚单元尺度系统研究了不同取向双晶粒竞争生长机制。结果表明,双晶粒之间的竞争生长过程即是不同取向树枝晶发生三次分枝的过程,不同取向的枝晶具有不同的生长和分枝优势,并因此造成不同取向晶粒之间晶界的移动,宏观上即表现为两晶粒不同的生长优势。 展开更多
关键词 定向凝固 单晶 高温合金 晶体生长
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先进定向凝固技术 被引量:17
12
作者 陈光 李建国 傅恒志 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第5期5-7,共3页
简要回顾了传统定向凝固技术及其存在的问题,概述了西北工业大学凝固技术国家重点实验室近年来在定向凝固技术领域所取得的重要成果,其中包括超高梯度定向凝固、电子束区熔定向凝固、深过冷定向凝固、电磁约束成形定向凝固、单晶连铸、... 简要回顾了传统定向凝固技术及其存在的问题,概述了西北工业大学凝固技术国家重点实验室近年来在定向凝固技术领域所取得的重要成果,其中包括超高梯度定向凝固、电子束区熔定向凝固、深过冷定向凝固、电磁约束成形定向凝固、单晶连铸、经熔体热处理的定向凝固等先进定向凝固技术。提出了外场(电、磁、光等)作用下定向凝固的新构想。 展开更多
关键词 定向凝固 深过冷 电磁约束 单晶连铸 热液控制
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镍基单晶高温合金缩松缺陷研究 被引量:5
13
作者 高斯峰 肖俊峰 +3 位作者 南晴 唐文书 张炯 李永君 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2016年第19期70-72,共3页
采用选晶法在改进型Bridgman定向凝固炉上制备镍基单晶高温合金DD403和DD407,研究不同合金缩松含量以及凝固参数对缩松的影响。结果表明,抽拉速率V=100μm/s时,DD403和DD407缩松含量分别为:0.034vol%和0.014 vol%;随抽拉速率增加,DD403... 采用选晶法在改进型Bridgman定向凝固炉上制备镍基单晶高温合金DD403和DD407,研究不同合金缩松含量以及凝固参数对缩松的影响。结果表明,抽拉速率V=100μm/s时,DD403和DD407缩松含量分别为:0.034vol%和0.014 vol%;随抽拉速率增加,DD403中缩松含量呈先减少后增加的趋势。 展开更多
关键词 镍基单晶高温合金 定向凝固 缩松 共晶
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镍基单晶高温合金DD403显微偏析 被引量:3
14
作者 高斯峰 刘林 +2 位作者 张军 肖俊峰 张炯 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期800-803 799,799,共5页
采用选晶法在改进型Bridgman定向凝固炉中制备镍基单晶高温合金DD403,利用电子探针(EPMA)技术研究了DD403合金在枝晶生长条件下的显微偏析。结果表明,随着抽拉速率增加DD403的偏析程度逐渐加剧。偏析于枝晶间元素Al、Ti和枝晶干元素Co、... 采用选晶法在改进型Bridgman定向凝固炉中制备镍基单晶高温合金DD403,利用电子探针(EPMA)技术研究了DD403合金在枝晶生长条件下的显微偏析。结果表明,随着抽拉速率增加DD403的偏析程度逐渐加剧。偏析于枝晶间元素Al、Ti和枝晶干元素Co、W的偏析程度随着抽拉速率的增加而增大,而合金元素Mo和Cr的偏析比接近于1,基本不存在偏析,且偏析比随抽拉速率增加没有明显变化。研究结果同时表明,随着抽拉速率增加DD403的共晶含量逐渐增加。 展开更多
关键词 镍基单晶高温合金 定向凝固 显微偏析 共晶
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原始组织对高温合金热处理组织和力学性能的影响 被引量:3
15
作者 李金山 张万明 +5 位作者 寇宏超 李双明 张丰收 胡锐 刘林 傅恒志 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第2期290-293,共4页
对具有不同枝晶间距的CMSX 2单晶高温合金的凝固组织特征及其对热处理组织和持久性能的影响进行了研究。考察了不同温度下不同枝晶间距组织的固溶情况及热处理后的组织均匀性 ,测试了持久性能。结果表明 :随着凝固组织的细化 ,合金的组... 对具有不同枝晶间距的CMSX 2单晶高温合金的凝固组织特征及其对热处理组织和持久性能的影响进行了研究。考察了不同温度下不同枝晶间距组织的固溶情况及热处理后的组织均匀性 ,测试了持久性能。结果表明 :随着凝固组织的细化 ,合金的组织均匀性得到提高 ,从而有效提高了合金的固溶温度 ,增大了热处理均匀化效果 ;CMSX 2合金铸态超细组织单晶的持久寿命是粗枝晶单晶的 1.4 5倍 ,热处理态超细枝晶单晶的持久寿命是粗枝晶单晶的 1.85倍。 展开更多
关键词 镍基单晶高温合金 定向凝固 持久性能 热处理组织 组织细化
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叶片制造技术:镍基单晶叶片制造技术及再结晶研究进展 被引量:10
16
作者 卜昆 邱飞 +2 位作者 王志红 田国良 张现东 《航空制造技术》 2016年第21期32-40,62,共9页
针对航空发动机单晶涡轮叶片的制造技术以及再结晶缺陷进行分析.结合国内外研究现状,从单晶尘心涡轮叶片铸造技术、单晶空心涡轮叶片再结晶缺陷及单晶叶片再结晶控制方法等方面,对单晶叶片制造技术及再结晶控制方法取得的研究成果进... 针对航空发动机单晶涡轮叶片的制造技术以及再结晶缺陷进行分析.结合国内外研究现状,从单晶尘心涡轮叶片铸造技术、单晶空心涡轮叶片再结晶缺陷及单晶叶片再结晶控制方法等方面,对单晶叶片制造技术及再结晶控制方法取得的研究成果进行总结和分析.重点介绍了叶片制造技术和再结晶控制技术的方法及研究对我国单晶空心涡轮叶片制造技术及再结晶缺陷的进一步研究重点进行分析。 展开更多
关键词 单晶空心涡轮叶片 定向凝固技术 再结晶缺陷 再结晶控制技术
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镍基单晶高温合金DD11杂晶形成的过冷度时间判定 被引量:2
17
作者 贾玉亮 贺莉丽 +3 位作者 赵云松 郭会明 方向 张剑 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期8-15,共8页
以第二代镍基单晶高温合金DD11为研究对象,参照工程单晶铸件横向突变结构设计平台试样进行浇注及定向凝固实验。采用光学显微镜(OM)观察平台晶体组成及其形貌特征,并借助差热分析法(DSC)研究DD11合金的过冷效应。以过冷度时间(ΔT/v)判... 以第二代镍基单晶高温合金DD11为研究对象,参照工程单晶铸件横向突变结构设计平台试样进行浇注及定向凝固实验。采用光学显微镜(OM)观察平台晶体组成及其形貌特征,并借助差热分析法(DSC)研究DD11合金的过冷效应。以过冷度时间(ΔT/v)判定杂晶形成条件,探讨平台尺寸、空间位置及抽拉速率对杂晶形成倾向性的影响机制,并研究定向凝固过程中的杂晶形成规律。结果表明,当抽拉速率为2mm/min时,外侧平台长度从8mm到26mm均未形成杂晶,而内侧平台尺寸超过18mm时开始形成杂晶,表明较大的平台试样长度和内侧位置会增加杂晶形成的倾向性。随着抽拉速率提高到6mm/min,不同尺寸的外侧平台均形成杂晶,内侧平台则在尺寸大于12mm后出现杂晶,表明增加抽拉速率均提高内外侧平台试样的杂晶形成倾向。与内侧平台试样相比,抽拉速率对外侧平台试样形成杂晶的影响更显著。平台尺寸、空间位置及抽拉速率影响了定向凝固过程中的环境温度和冷却速率,其通过产生较小过冷度时间(ΔT/v)从而增加了杂晶形成的倾向性。 展开更多
关键词 单晶高温合金 定向凝固 杂晶 过冷度时间 抽拉速率
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北京航空材料研究院铸造高温合金及工艺发展40年 被引量:26
18
作者 陈荣章 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第10期3-10,18,共9页
简要介绍了航空材料研究院40年来在铸造高温合金及工艺包括熔炼、铸造、定向凝固及细晶铸造等领域取得的成就。
关键词 高温合金 熔模铸造 定向凝固 单晶 铸造合金
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A1CuMgZn单晶合金的空间凝固 被引量:2
19
作者 罗兴宏 封少波 李洋 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期445-449,共5页
重力对合金凝固过程与缺陷形成具有重要影响.在常规地面条件下难以清晰揭示凝固过程中的重力效应及其作用规律,而在微重力环境中重力对熔体的作用以及对凝固过程的影响大大降低.利用天宫二号空间实验并结合地面对比实验,研究AlCuMgZn单... 重力对合金凝固过程与缺陷形成具有重要影响.在常规地面条件下难以清晰揭示凝固过程中的重力效应及其作用规律,而在微重力环境中重力对熔体的作用以及对凝固过程的影响大大降低.利用天宫二号空间实验并结合地面对比实验,研究AlCuMgZn单晶合金在微重力和重力环境下枝晶生长形貌和特征参数差异以及成分偏析和缺陷形成的异同,揭示重力对枝晶生长过程和成分偏析等现象的影响及其在凝固缺陷形成中的作用. 展开更多
关键词 AL合金 单晶合金 空间微重力 定向凝固
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高温度梯度定向凝固振荡性微观结构的特征和形成机制 被引量:2
20
作者 魏朋义 傅恒志 +1 位作者 毛协民 王祖锦 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第3期127-131,共5页
利用新型高温梯度(GL=256~1300K/cm)定向凝固装置,研究了籽晶法制备含细亚结构的镍基高温合金DD3单晶及二元模型合金Al0.85%Cu晶体生长过程的组织演化与选择特征中的非稳态组织特性,特别是定向胞状振... 利用新型高温梯度(GL=256~1300K/cm)定向凝固装置,研究了籽晶法制备含细亚结构的镍基高温合金DD3单晶及二元模型合金Al0.85%Cu晶体生长过程的组织演化与选择特征中的非稳态组织特性,特别是定向胞状振荡性微观结构的组织特征及其与定向凝固工艺条件的关系,并将其与在晶体生长透明有机物模拟装置Jackson温度平台(GL可达150K/cm)上原位观察到的CBr4定向生长结果相对比,从而分析其形成机制,探索有效控制和利用该现象的工艺途径。 展开更多
关键词 镍基 高温合金 单晶 高温度梯度 定向凝固 DD3
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