基于数值模拟的K418B高温合金精密铸件组织与性能研究 被引量：3

1

作者 刘明亮 李九霄 +8 位作者 张静雯 杜大帆 隋大山 董安平 孙宝德 何林 王迪 齐飞 易出山 《精密成形工程》 北大核心 2023年第8期129-138,共10页

目的探究高温合金调压铸造的充型凝固过程,研究调压铸造工艺对铸件组织缺陷和力学性能的影响规律,并验证数值模拟对实际生产指导的可靠性。方法以某精密构件为研究对象,借助Pro CAST数值模拟软件模拟了铸件的调压铸造充型凝固过程并对... 目的探究高温合金调压铸造的充型凝固过程,研究调压铸造工艺对铸件组织缺陷和力学性能的影响规律,并验证数值模拟对实际生产指导的可靠性。方法以某精密构件为研究对象,借助Pro CAST数值模拟软件模拟了铸件的调压铸造充型凝固过程并对组织缺陷的形成进行了预测。对成形铸件的特征关键部位进行了取样,通过金相显微镜和扫描电子显微镜对铸态试样的微观组织进行了观察,借助准静态万能拉伸试验机测试了特征试样的室温和高温(750℃)拉伸性能,并对断口形貌进行了观察和分析。结果数值模拟结果表明,金属液充型平稳,凝固过程基本符合自上而下的顺序凝固,铸件缺陷较少,缩孔体积分数仅为0.22%。实验结果表明,铸件的铸态组织为典型的树枝晶组织,晶粒尺寸细小均匀;二次枝晶间距较小,组织致密,缩松缩孔缺陷较少,这与数值模拟的结果吻合较好;铸件的平均抗拉强度超过900 MPa,最大伸长率为15%,该铸件具备较好的综合力学性能。结论通过数值模拟方法指导铸造生产具有一定的可靠性,同时,通过调压铸造工艺可以生产出具有较好组织和力学性能的高温合金薄壁铸件。 展开更多

关键词 数值模拟 精密铸件 调压铸造 二次枝晶间距 晶粒尺寸 拉伸性能

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3D打印镍基高温合金研究进展 被引量：5

2

作者 曹祎凡 王瑞 +6 位作者 孙宝德 李思彤 谭庆彪 贺戬 孔德成 祝国梁 无 《精密成形工程》 北大核心 2024年第7期76-95,共20页

金属3D打印技术依照三维模型进行复杂几何形状构件的制造,可以制造传统制造手段无法实现的复杂结构,已经成为复杂高温合金构件成形的重要技术手段。然而,当采用3D打印工艺制备镍基高温合金构件时,存在原料/能量源/熔池之间的相互作用,... 金属3D打印技术依照三维模型进行复杂几何形状构件的制造,可以制造传统制造手段无法实现的复杂结构,已经成为复杂高温合金构件成形的重要技术手段。然而,当采用3D打印工艺制备镍基高温合金构件时,存在原料/能量源/熔池之间的相互作用,并在大温度梯度、极快冷等条件下会进行非平衡凝固,这些特殊的过程决定了3D打印镍基高温合金有着不均匀的微观组织与各向异性的力学性能。现阶段,对增材镍基高温合金微观结构-性能-使役行为的理解比较欠缺,严重限制了其在工业领域的广泛应用。本文讨论了3D打印镍基高温合金的特点;归纳了不同制粉方式、粒径比、粉末成分、缺陷、流动性等粉末原材料特性对3D打印镍基高温合金冶金质量的影响;梳理了3D打印激光能量、扫描速度、扫描间距等工艺参数对镍基高温合金晶粒、析出相及偏析等微观组织的影响;讨论了影响3D打印镍基高温合金拉伸、蠕变及疲劳性能的因素。最后,总结了3D打印镍基高温合金发展过程中面临的问题及可能的对策,提出了一些值得探索的方向。 展开更多

关键词 高温合金 3D打印 粉末制备 组织 性能

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增材制造专用材料标准现状与体系研究 被引量：1

3

作者 吴珊 周阳 +2 位作者 史志武 李文韬 王俊 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期859-864,共6页

近年来随着增材制造技术相关产业的快速发展以及应用范围的不断扩大,增材制造面临的标准化问题日益突出。增材制造专用材料作为增材制造技术发展的重要物质基础和根本保证,开展相应的标准化工作并构建增材制造专用材料标准体系具有重要... 近年来随着增材制造技术相关产业的快速发展以及应用范围的不断扩大,增材制造面临的标准化问题日益突出。增材制造专用材料作为增材制造技术发展的重要物质基础和根本保证,开展相应的标准化工作并构建增材制造专用材料标准体系具有重要的指导意义。首先,充分分析国内外增材制造专用材料的发展概况、标准化工作现状,研究构建了由产品实现流程、产品分类和全产业链维度构成的三维增材制造专用材料标准体系框架,该框架覆盖了所有增材制造专用材料设计、生产、流通及服务过程的标准。然后,根据标准体系框架梳理现行标准的分布情况,并结合行业实际,从原材料标准、生产工艺和设备标准、测试方法与质量标准、监管与服务标准、特定应用标准等方面给出了增材制造专用材料标准体系的制修订建议,为增材制造专用材料标准化工作的开展奠定基础。 展开更多

关键词 增材制造 专用材料 标准体系 三维框架 标准制修订建议

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DZ22B高温合金定向叶片粘砂形成机制与抑制措施 被引量：5

4

作者 李飞 陈晓燕 +4 位作者 赵彦杰 王飞 孙宝德 孙东科 李振锋 《航空材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期80-87,共8页

采用SEM、EDS等分析手段研究DZ22B合金定向叶片粘砂层的微观形貌与化学组成。结果表明:合金熔体渗入型壳面层孔隙中,包覆部分陶瓷颗粒形成金属-陶瓷状粘砂缺陷;粘砂层主要成分为Al2O3,并含有Cr2O3和HfO2这两种合金熔体与电熔刚玉陶瓷型... 采用SEM、EDS等分析手段研究DZ22B合金定向叶片粘砂层的微观形貌与化学组成。结果表明:合金熔体渗入型壳面层孔隙中,包覆部分陶瓷颗粒形成金属-陶瓷状粘砂缺陷;粘砂层主要成分为Al2O3,并含有Cr2O3和HfO2这两种合金熔体与电熔刚玉陶瓷型壳的高温界面反应产物;DZ22B合金定向叶片表面粘砂缺陷的形成机制是以热机械渗透粘砂机制为主;向型壳面层浆料中加入一定量的粘砂抑制剂,可显著改善电熔刚玉型壳面层抗合金熔体渗透性能,经浇注验证,叶片表面光洁无粘砂,呈现出明显的金属光泽。 展开更多

关键词 DZ22B高温合金 定向叶片 陶瓷型壳 粘砂 抑制措施

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钛合金热障涂层高温氧化和热循环性能 被引量：1

5

作者 刘静 梁加淼 +2 位作者 孙靖 杨天豪 王俊 《材料与冶金学报》 CAS 北大核心 2022年第5期350-357,共8页

分别采用超音速火焰喷涂和大气等离子喷涂工艺,在高温钛合金基体上制备出由Ti-48Al-2Cr-2Nb粘结层和8YSZ陶瓷面层组成的热障涂层.对这两种涂层进行高温静态氧化和热循环实验,结果表明:高温静态氧化后,两种涂层内均形成一层生长氧化层(TG... 分别采用超音速火焰喷涂和大气等离子喷涂工艺,在高温钛合金基体上制备出由Ti-48Al-2Cr-2Nb粘结层和8YSZ陶瓷面层组成的热障涂层.对这两种涂层进行高温静态氧化和热循环实验,结果表明:高温静态氧化后,两种涂层内均形成一层生长氧化层(TGO),该氧化层由Al_(2)O_(3)和TiO_(2)组成,位于粘结层和陶瓷面层之间.大气等离子喷涂制备的涂层经高温氧化后,原有的界面裂纹基本消失;而超音速火焰喷涂制备的涂层在高温氧化过程中,由于TGO过度生长导致界面处仍有裂纹存在.两种涂层在热循环实验后氧含量稍微增加,均没有出现明显的分层现象,表现出较好的抗热震性能。对两种涂层微观组织和高温性能进行对比研究后可知,大气等离子喷涂得到的涂层组织更为均匀致密,抗高温氧化和热循环的性能更好. 展开更多

关键词 钛合金 热障涂层 高温氧化 热循环

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铝空气电池阳极材料的研究进展 被引量：11

6

作者 李碧谕 东青 +2 位作者 张佼 王俊 孙宝德 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2016年第11期849-855,共7页

铝空气电池是一种金属燃料电池,发展至今已有数十年历史。与其他电池技术相比,铝空气电池在电极成本、能量密度、环保性、易充电性(阳极可更换的机械式充电)等方面具有独特的优势,是一种潜在的具有大规模商业开发和应用价值的电池技术... 铝空气电池是一种金属燃料电池,发展至今已有数十年历史。与其他电池技术相比,铝空气电池在电极成本、能量密度、环保性、易充电性(阳极可更换的机械式充电)等方面具有独特的优势,是一种潜在的具有大规模商业开发和应用价值的电池技术。可以预见铝空气电池技术的进步,将给传统电池技术和铝工业的发展带来巨大的机遇和变革。回顾了铝空气电池的发展历史,介绍了铝空气电池的结构和工作原理。主要聚焦电池的阳极材料,归纳了铝阳极的活化机理,论述了铝阳极材料当前存在的主要问题,综述了铝的纯度、微合金化、热处理及加工变形等因素对其电化学性能的影响,对铝空气电池阳极材料未来的研究重点及方向进行了展望。 展开更多

关键词 铝空气电池 阳极材料 微合金化 组织 电化学性能

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K4169高温合金铸件铸造缺陷修复及疲劳性能研究 被引量：6

7

作者 许章华 谢志雄 +4 位作者 康茂东 王俊 董仕节 彭志贤 刘静 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第22期22115-22120,共6页

采用TIG焊对K4169高温合金薄片中铸造组织缺陷进行修复,并对修复前后的合金薄片进行疲劳性能测试和显微组织分析。结果表明:铸造缺陷对合金薄片疲劳性能的影响很大,含铸造缺陷的合金薄片疲劳寿命不到3万周次,而不含铸造缺陷的合金薄片... 采用TIG焊对K4169高温合金薄片中铸造组织缺陷进行修复,并对修复前后的合金薄片进行疲劳性能测试和显微组织分析。结果表明:铸造缺陷对合金薄片疲劳性能的影响很大,含铸造缺陷的合金薄片疲劳寿命不到3万周次,而不含铸造缺陷的合金薄片疲劳寿命达7.1万周次。含铸造缺陷的样品经过TIG焊接修复后,疲劳寿命仍达6~9万周次,接近甚至超过了不含缺陷的试样疲劳寿命,这表明合适的焊接修复方法不会降低高温合金薄片的疲劳性能。铸件焊接修复后疲劳寿命高的原因是,焊缝中析出的较粗大相数量多、分布均匀,且疲劳裂纹扩展过程中产生较多的二次裂纹引发了裂纹偏移和扩展路径增长。 展开更多

关键词 K4169高温合金 焊接修复 疲劳寿命 二次裂纹

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精密铸件反重力铸造凝固组织与缺陷控制研究进展 被引量：6

8

作者 刘明亮 杜大帆 +6 位作者 李九霄 隋大山 董安平 何树先 孙宝德 何林 孙红飞 《精密成形工程》 北大核心 2023年第1期199-207,共9页

镍基高温合金、钛合金和铝镁合金等精密铸件是航空航天重大装备中重要的热端部件,目前,更高的使用温度、更大的构效比和更高的机动性等航空航天装备建设的需求,促使精密铸件向大型化、复杂化和薄壁化方向发展。反重力铸造技术具有充型... 镍基高温合金、钛合金和铝镁合金等精密铸件是航空航天重大装备中重要的热端部件,目前,更高的使用温度、更大的构效比和更高的机动性等航空航天装备建设的需求,促使精密铸件向大型化、复杂化和薄壁化方向发展。反重力铸造技术具有充型稳定、压力可控等优点,是生产优质精密铸件的理想方法。早在20世纪70年代,国外就能够利用反重力精密铸造技术制造大型精密铸件。近年来,我国一些高校和研究院所也相继在反重力铸造方面开展了大量研究,在铝镁轻合金方面积累了大量经验,也具备了小批量生产能力。目前,国内的产品技术水平与国外还有一定的差距,特别是在高温合金反重力铸造方面,国内还处于起步阶段。在精密铸造过程中,疏松、裂纹、变形和尺寸超差等各类铸造缺陷的形成严重影响了铸件的使用性能,降低了铸造产品的合格率。基于此,结合反重力铸造工艺原理及技术特点,概述了反重力铸造技术的应用现状,详细综述了精密铸件反重力铸造过程中组织、缺陷的形成规律和重要的铸造缺陷预测模型,并对反重力铸造技术的发展趋势进行展望。 展开更多

关键词 反重力铸造 精密铸件 铸造缺陷 微观组织 数值模拟 智能铸造

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镍基高温合金CM247LC增材制造研究进展 被引量：3

9

作者 乔绅 周文哲 +4 位作者 谭庆彪 董安平 祝国梁 疏达 孙宝德 《精密成形工程》 北大核心 2022年第8期93-103,共11页

航空航天领域的热端部件逐渐呈现结构复杂化和高耐热高承载的发展趋势,高温合金增材制造已成为高耐热承载复杂结构部件成形制造的重要技术方案。主要介绍了增材制造CM247LC合金微观组织特点,并对冶金缺陷形成机理与消除方法进行了综述... 航空航天领域的热端部件逐渐呈现结构复杂化和高耐热高承载的发展趋势,高温合金增材制造已成为高耐热承载复杂结构部件成形制造的重要技术方案。主要介绍了增材制造CM247LC合金微观组织特点,并对冶金缺陷形成机理与消除方法进行了综述。已有研究表明,增材制造CM247LC合金具有精细的晶粒尺寸,表现出强烈的<001>织构,增材制造CM247LC合金的胞界处存在尺寸约50 nm的颗粒状γ'相,并且胞界处存在Ti、Hf、Ta、W、C等元素明显富集的碳化物。裂纹是CM247LC合金在增材制造过程中最难以解决的冶金缺陷,仅通过优化工艺参数难以真正解决裂纹缺陷,合理优化成分有望实现裂纹消除,但优化了成分的合金在增材制造后的全面性能有待进一步评估。 展开更多

关键词 增材制造 高温合金 CM247LC 微观组织 裂纹

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航天用镍基高温合金及其激光增材制造研究现状 被引量：29

10

作者 陈娇 罗桦 +2 位作者 贺戬 谭庆彪 祝国梁 《精密成形工程》 北大核心 2023年第1期156-169,共14页

新型航天器用镍基高温合金部件呈现出复杂化、薄壁化、复合化、一体化的发展趋势,使得传统的铸造或锻造加工技术无法胜任。基于逐层堆积的激光增材制造(LAM)技术是实现这类复杂部件制备的理想解决方案,能够进一步赋予高温合金更高的价值... 新型航天器用镍基高温合金部件呈现出复杂化、薄壁化、复合化、一体化的发展趋势,使得传统的铸造或锻造加工技术无法胜任。基于逐层堆积的激光增材制造(LAM)技术是实现这类复杂部件制备的理想解决方案,能够进一步赋予高温合金更高的价值,极大地推动航天装备的发展。首先介绍了航天领域常用的镍基高温合金种类,然后以研究最多的IN 718和IN 625合金为例,总结了镍基高温合金增材制造的研究现状:归纳了镍基高温合金增材制造工艺优化方法,表明增材制造综合加工图和实验设计方法是两种行之有效的方法;指出了增材制造镍基高温合金材料的微观组织特点,讨论了增材制造后续热处理对材料微观组织和力学性能的影响规律,表明增材制造技术极快速冷却的特点引起镍基高温合金材料内部存在普遍的局部微观偏析现象,导致常规热处理工艺不再是最优工艺;并通过5个典型的增材制造镍基高温合金航天构件案例展示了增材制造技术的优势。在此基础上,针对镍基高温合金增材制造过程中存在的关键科学问题和技术难题,展望了增材制造镍基高温合金未来的研究方向。 展开更多

关键词 镍基高温合金 增材制造 微观组织 热处理 航天

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DZ22B高温合金定向凝固叶片铸造缺陷的形成机理研究 被引量：4

11

作者 李振锋 胡兵 +6 位作者 钟文惠 欧阳雪枚 李飞 王鑫铭 雷四雄 周坚 尹付成 《航空制造技术》 2020年第16期45-49,58,共6页

采用SEM、EDS等分析手段研究了DZ22B镍基高温合金定向凝固涡轮叶片不同区域铸造缺陷的特点及其形成原因。结果表明,裂纹缺陷主要分布在叶身的中上部位,其形成机理主要归因于叶片在凝固过程中的共晶组织过多;而疏松缺陷分布在叶身和缘板... 采用SEM、EDS等分析手段研究了DZ22B镍基高温合金定向凝固涡轮叶片不同区域铸造缺陷的特点及其形成原因。结果表明,裂纹缺陷主要分布在叶身的中上部位,其形成机理主要归因于叶片在凝固过程中的共晶组织过多;而疏松缺陷分布在叶身和缘板部位,产生在枝晶间共晶组织附近。枝晶间距小补缩不足和反应生成的CO气体未及时排除是疏松形成的两大原因。 展开更多

关键词 DZ22B高温合金 定向凝固叶片 陶瓷型壳 铸造缺陷 形成机理

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镁合金表面膨胀陶瓷化涂层室温制备及1100℃阻燃机制

12

作者 王博阳 郭芳威 +5 位作者 张瑞吉 李林 刘德生 李德江 曾小勤 张醒 《陶瓷学报》 CAS 北大核心 2024年第3期584-594,共11页

具有轻质高强性能的先进镁合金材料逐渐在航空航天和储氢运输领域得到应用,但是镁合金材料由于化学性质活泼燃点低,存在极大的爆炸爆燃安全隐患。针对目前镁合金表面热防护技术的不足,研制了可室温一体化喷涂成型的膨胀陶瓷化防隔热涂层... 具有轻质高强性能的先进镁合金材料逐渐在航空航天和储氢运输领域得到应用,但是镁合金材料由于化学性质活泼燃点低,存在极大的爆炸爆燃安全隐患。针对目前镁合金表面热防护技术的不足,研制了可室温一体化喷涂成型的膨胀陶瓷化防隔热涂层,对其阻燃性能和阻燃机理进行了系统性的研究。结果表明:在1100℃火焰烧蚀条件下,涂层膨胀率可以达到300%~500%,背温降低至500℃以下,且涂层质量损失率为30%~40%,残骸强度达到110 kPa~190 kPa,具有优异的阻燃隔热能力和力学强度。膨胀炭层和膨胀石墨引入的多尺度孔隙结构可以有效阻隔热量和氧气传导,且MoAlB(MAB)相材料良好的力学性能和自愈合性能形成的致密硬质结构大大提升了残骸强度,使得涂层在极端环境下表现优异的综合阻燃性能。 展开更多

关键词 阻燃性能 膨胀 陶瓷化 耐烧蚀 残骸强度

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基于Al-Ti-B细化剂的铝合金异质形核机制研究进展 被引量：12

13

作者 韩延峰 张瀚龙 +2 位作者 徐钧 张佼 孙宝德 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2018年第8期632-637,共6页

综述了Al-Ti-B中间合金细化铝合金的现有理论、假说以及发展趋势,分析了现有异质形核模型的不足。形核相在异质核心上的形核属于液-固相变,熔体与固相质点接触的液/固界面区微结构决定着异质形核过程。从液-固相变角度出发,研究熔体与... 综述了Al-Ti-B中间合金细化铝合金的现有理论、假说以及发展趋势,分析了现有异质形核模型的不足。形核相在异质核心上的形核属于液-固相变,熔体与固相质点接触的液/固界面区微结构决定着异质形核过程。从液-固相变角度出发,研究熔体与异质质点间液/固界面区熔体原子有序结构形成及其在随后异质形核过程中的演变规律,将比固-固晶格匹配的唯象分析方法更直接、更真实地反映异质形核的物理过程,据此对异质核心诱导形核相形核的能力进行判定将更为有效。 展开更多

关键词 铝合金 凝固 异质形核 晶粒细化 液/固界面

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基于ProCAST的复杂泵体熔模铸造工艺模拟 被引量：8

14

作者 孙锦玉 汪东红 +3 位作者 董安平 祝国梁 疏达 刘淑梅 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2018年第23期77-80,85,共5页

泵体结构较为复杂,壁厚变化,易出现缩孔缩松缺陷。设计了底注式与顶注式浇注系统,通过ProCAST软件模拟分析了流场、温度场、孤立液相区及缩孔缩松体积与分布。结果显示,与底注式浇注系统相比,顶注式浇注系统凝固时间少了(315.4s从2843.... 泵体结构较为复杂,壁厚变化,易出现缩孔缩松缺陷。设计了底注式与顶注式浇注系统,通过ProCAST软件模拟分析了流场、温度场、孤立液相区及缩孔缩松体积与分布。结果显示,与底注式浇注系统相比,顶注式浇注系统凝固时间少了(315.4s从2843.45s到2528.05s),缩孔缩松体积减少了63%从8.41cm^3到3.10cm^3;耗费的金属液更少,且铸件品质更好。 展开更多

关键词 复杂泵体 PROCAST软件 孤立液相区 缩孔缩松缺陷

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Ti2AlN(0001)/Al固液界面从头算分子动力学研究 被引量：2

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作者 俞彪 韩延峰 +4 位作者 李东 胡光敏 东青 张佼 孙宝德 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3709-3721,共13页

通过从头算分子动力学模拟计算,系统研究不同终止面Ti2AlN(0001)/Al固液界面在铝熔点附近的的界面结构、界面能以及电子结构。计算结果表明:Ti2AlN(0001)的4类终止界面均能诱导Al熔体按照FCC-Al{111}密排面“A-B-C”次序堆垛成准固相区... 通过从头算分子动力学模拟计算,系统研究不同终止面Ti2AlN(0001)/Al固液界面在铝熔点附近的的界面结构、界面能以及电子结构。计算结果表明:Ti2AlN(0001)的4类终止界面均能诱导Al熔体按照FCC-Al{111}密排面“A-B-C”次序堆垛成准固相区,准固相区外延扩展能力由大到小依次为N终止界面、Al终止界面、Ti(N)终止界面、Ti(Al)终止界面;Ti2AlN(0001)的4类终止界面诱导Al熔体形核强弱的原因在于界面处Ti2AlN表层原子与第1层Al原子不同强度的结合引起后续Al原子层间结合强弱,这为Ti2AlN作为铝合金新型异质形核基底以及作为铝基复合材料增强相的界面结构设计提供了理论依据。 展开更多

关键词 Ti2AlN 固液界面 从头算分子动力学 界面能 电子结构

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