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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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镍基单晶高温合金定向凝固雀斑形成机理研究
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作者 吴怀洲 玄伟东 +4 位作者 张翔宇 段方苗 任兴孚 马德新 任忠鸣 《热加工工艺》 北大核心 2025年第3期120-124,共5页
对单晶高温合金熔模组铸件定向凝固过程中产生的雀斑缺陷进行了实验研究和理论分析。结果表明,雀斑缺陷容易出现在铸件的加热侧,组织中存在较多取向随机的等轴晶晶粒,平均尺寸为340μm;并且试样从背阴侧到加热侧再到雀斑区域,共晶含量... 对单晶高温合金熔模组铸件定向凝固过程中产生的雀斑缺陷进行了实验研究和理论分析。结果表明,雀斑缺陷容易出现在铸件的加热侧,组织中存在较多取向随机的等轴晶晶粒,平均尺寸为340μm;并且试样从背阴侧到加热侧再到雀斑区域,共晶含量逐渐增多,分别为1.21%、2.53%和5.41%。分析认为在熔模组铸造过程中铸件处于不对称的温度场下,受温度梯度下的区熔现象(TGZM效应)的影响,铸件加热侧的糊状区形成溶质富集,使加热侧枝晶的元素偏析程度大于背阴侧枝晶,增加了铸件加热侧熔体发生对流的倾向性,促进了雀斑缺陷在加热侧形成。 展开更多
关键词 高温合金 雀斑 定向凝固 温度场 熔模组
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两种镍基单晶高温合金组织演变和再结晶行为 被引量:1
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作者 徐福泽 蔺永诚 +5 位作者 马德新 何道广 赵运兴 李侣 程博文 邓阳丕 《材料工程》 北大核心 2025年第1期110-120,共11页
以单晶高温合金CMSX-4和DD5为研究对象,设计并制备了一种含5级平台的单晶试板铸件,选取晶体取向基本相同的铸件研究其在经1300℃/2 h和1310℃/4 h两种固溶热处理后的再结晶行为。结果表明:CMSX-4比DD5具有更强的再结晶倾向。经1300℃固... 以单晶高温合金CMSX-4和DD5为研究对象,设计并制备了一种含5级平台的单晶试板铸件,选取晶体取向基本相同的铸件研究其在经1300℃/2 h和1310℃/4 h两种固溶热处理后的再结晶行为。结果表明:CMSX-4比DD5具有更强的再结晶倾向。经1300℃固溶热处理后,CMSX-4单晶试板在第2~5级平台下端转角处均出现了再结晶现象,且随着固溶热处理温度的升高,再结晶的面积越大。而DD5单晶试板经1300℃固溶热处理后并未出现再结晶现象,当固溶温度升至1310℃时,仅在第4级外侧平台发现了较小面积的再结晶。铸态和固溶热处理态的CMSX-4合金显微缩孔和共晶组织含量均大于DD5合金。更高含量的共晶组织和显微缩孔为CMSX-4铸件提供了更多的再结晶形核位置和数量,而高于γ′相溶解温度的固溶热处理减弱了粗大γ′相对再结晶长大的钉扎阻碍作用,高熔点的碳化物以及残余共晶成为阻碍再结晶长大的重要影响因素。此外,高含量的Co元素降低了CMSX-4合金的层错能,使其表现出更高的再结晶倾向。 展开更多
关键词 单晶高温合金 CMSX-4 DD5 再结晶 塑性应变
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高温合金CMSX–4和DD419单晶铸件中共晶含量的试验研究 被引量:3
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作者 赵运兴 员莹莹 +3 位作者 马德新 徐维台 徐福泽 魏冰 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2022年第17期74-80,共7页
使用两种第二代镍基高温合金CMSX–4和DD419在相同工艺条件下制备相同形状的单晶叶片和试板铸件,检验铸件的铸态和固溶热处理态组织。结果表明,两种合金虽然化学成分相似,但CMSX–4合金铸态组织中的γ/γ′共晶分数比DD419高出约39%,固... 使用两种第二代镍基高温合金CMSX–4和DD419在相同工艺条件下制备相同形状的单晶叶片和试板铸件,检验铸件的铸态和固溶热处理态组织。结果表明,两种合金虽然化学成分相似,但CMSX–4合金铸态组织中的γ/γ′共晶分数比DD419高出约39%,固溶热处理后的残余共晶含量也相应更多,存在残余共晶含量超过技术标准的风险。CMSX–4合金叶片铸件中共晶组织在不同部位的分布呈现更明显的不均匀性,这些都对单晶叶片的机械性能产生不利影响。 展开更多
关键词 高温合金 单晶叶片 共晶组织 铸态 热处理态
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DD5高温合金单晶叶片振动频率的试验研究 被引量:1
5
作者 孙洪元 马德新 +3 位作者 龚晓毅 赵运兴 员莹莹 魏冰 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2022年第17期81-87,共7页
利用第二代单晶高温合金DD5,在工业设备条件下批量制备了两种结构的单晶叶片铸件,并对它们的振动频率进行了测量和分析。结果表明,叶片的振动频率随着一次晶向偏离角增大而显著提高,但受二次晶向偏离角的影响很小;叶身结构是决定叶片振... 利用第二代单晶高温合金DD5,在工业设备条件下批量制备了两种结构的单晶叶片铸件,并对它们的振动频率进行了测量和分析。结果表明,叶片的振动频率随着一次晶向偏离角增大而显著提高,但受二次晶向偏离角的影响很小;叶身结构是决定叶片振动频率的另一重要因素,但对叶片总重量的影响并不显著。为严格控制叶片的振动频率,在设计上应进一步优化叶身结构,在铸造过程中应尽量减小叶片的一次晶向偏离。 展开更多
关键词 高温合金 DD5 单晶叶片 振动频率 结晶取向
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镍基高温合金相关相图的高通量测定与热力学优化 被引量:1
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作者 朱礼龙 戚海英 +1 位作者 江亮 金展鹏 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期2953-2961,共9页
对相图的常用实验测定方法进行综述,以Cr-Ni-Ru三元体系相图的高通量测定为例,展示高效测定二元、三元相图的扩散多元节方法。基于相图计算(Calculation of phase diagrams,CALPHAD)方法,以Cr-Ru二元体系和Cr-Ni-Ru三元体系的热力学优... 对相图的常用实验测定方法进行综述,以Cr-Ni-Ru三元体系相图的高通量测定为例,展示高效测定二元、三元相图的扩散多元节方法。基于相图计算(Calculation of phase diagrams,CALPHAD)方法,以Cr-Ru二元体系和Cr-Ni-Ru三元体系的热力学优化为例,阐述Cr-Ni-Ru三元体系热力学数据库建立的具体流程,分析当前镍基高温合金研究效率低下的原因。结果表明:快速建立与定量预测材料成分、相、组织、性能关系的高通量实验和计算方法是促进未来镍基高温合金研究发展的重点。 展开更多
关键词 镍基高温合金 扩散多元节 高通量方法 CALPHAD方法 相图 热力学优化
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新型镍基粉末高温合金包覆挤压数值模拟与工艺窗口优化 被引量:5
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作者 温红宁 金俊松 +7 位作者 滕庆 杨贺阳 龚攀 魏青松 王新云 肖磊 马向东 杨金龙 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2664-2679,共16页
采用有限元模拟和实验验证的方法研究一种新型镍基粉末高温合金包覆挤压过程中工艺参数的影响规律,并对工艺窗口进行优化。结果表明,挤压速度和坯料初始温度对应变的影响不显著,挤压比与挤压变形程度呈线性相关,挤压比的增加和模角的减... 采用有限元模拟和实验验证的方法研究一种新型镍基粉末高温合金包覆挤压过程中工艺参数的影响规律,并对工艺窗口进行优化。结果表明,挤压速度和坯料初始温度对应变的影响不显著,挤压比与挤压变形程度呈线性相关,挤压比的增加和模角的减小可以提高挤压棒材沿径向应变分布的均匀性。挤压速度和坯料初始温度的增加、挤压比和模角的减小可以提高挤压棒材温度分布的均匀性。基于组织控制准则,对工艺窗口进行优化并进行工艺实验。挤压后的高温合金无宏观开裂,析出相均匀分布,晶粒尺寸细小,验证了工艺优化的可行性。 展开更多
关键词 镍基粉末高温合金 包覆挤压 数值模拟 晶粒尺寸 工艺窗口优化
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单晶高温合金CMSX-4铸件再结晶 被引量:2
8
作者 徐福泽 蔺永诚 +3 位作者 马德新 赵运兴 何道广 刘冠 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期42-50,共9页
以单晶高温合金CMSX-4为研究对象,设计制备一种含5层平台的单晶试板铸件,研究其在不同温度下进行固溶热处理后的再结晶行为。结果表明:经固溶热处理后除最下层平台外,其余每层平台的截面突变处均有再结晶产生,再结晶面积随平台所处高度... 以单晶高温合金CMSX-4为研究对象,设计制备一种含5层平台的单晶试板铸件,研究其在不同温度下进行固溶热处理后的再结晶行为。结果表明:经固溶热处理后除最下层平台外,其余每层平台的截面突变处均有再结晶产生,再结晶面积随平台所处高度的增加先增大后减小;铸件外侧平台比内侧平台更容易产生再结晶。固溶热处理温度T_(H)对铸件平台再结晶形核和长大的影响非常显著,当T_(H)从1303℃提升到1315℃时,再结晶面积从9.7 mm^(2)增加到293 mm^(2),增幅高达30倍。由于截面突变,铸件平台部位会在凝固及冷却过程中产生较大的塑性变形并积聚大量的变形能,在后续热处理时截面突变处易成为再结晶的起源;同时,因凝固过程中换热条件、冷却速率和变形速率的差异,导致铸件各部位的应力分布不均,在固溶热处理后表现出不同的再结晶行为。此外,提高T_(H)能够有效促进γ/γ′共晶组织和粗大γ′相的溶解,减少γ/γ′共晶组织及粗大γ′相对再结晶晶界迁移过程中的钉扎作用,显著增加再结晶缺陷区域。 展开更多
关键词 单晶高温合金 CMSX-4 再结晶 塑性应变 数值模拟
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新型第3代镍基粉末高温合金的热变形行为及本构方程 被引量:4
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作者 马向东 肖磊 +1 位作者 杨金龙 郭建政 《塑性工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期143-152,共10页
基于Gleeble等温热压缩实验,研究了不同变形温度(1050~1150℃)、不同应变速率(0.001~1 s^(-1))条件下热等静压态新型第3代镍基粉末高温合金WZ-A3的热变形行为。得到合金在不同变形条件下的流变曲线,分析了高温合金变形过程中微观组织的... 基于Gleeble等温热压缩实验,研究了不同变形温度(1050~1150℃)、不同应变速率(0.001~1 s^(-1))条件下热等静压态新型第3代镍基粉末高温合金WZ-A3的热变形行为。得到合金在不同变形条件下的流变曲线,分析了高温合金变形过程中微观组织的演变规律,建立了能准确描述高温合金热变形行为的本构方程,并绘制了热加工图。结果表明:变形温度由1050℃升高至1150℃时,热等静压态WZ-A3合金的峰值流变应力(以应变速率0.01 s^(-1)为例)由232 MPa显著降低至60 MPa;应变速率由0.001 s^(-1)增加至1 s^(-1)时,峰值流变应力(以变形温度1080℃为例)由93 MPa显著升高至312 MPa。建立的本构方程具有良好的拟合性,能够真实反映流变应力在不同变形条件下的变化规律。变形温度为1130~1150℃、变形速率为0.16~1 s^(-1)时,能获得均匀细小的热变形组织,并进行了热挤压实验验证。 展开更多
关键词 镍基粉末高温合金 热压缩 本构方程 热加工图 热挤压
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长期时效对两种镍基高温合金组织稳定性的影响 被引量:5
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作者 杨金龙 王冲 +1 位作者 孙乃荣 冯干江 《热加工工艺》 北大核心 2019年第2期186-191,共6页
利用光学显微镜、扫描电子显微镜和EDS能谱分析仪研究了新型镍基高温合金WZ-A3和第三代粉末高温合金RR1000铸态固溶时效后长期时效过程中的组织演变。结合相图计算结果,重点研究了TCP相的析出与组织稳定性。结果表明:WZ-A3合金固溶时效... 利用光学显微镜、扫描电子显微镜和EDS能谱分析仪研究了新型镍基高温合金WZ-A3和第三代粉末高温合金RR1000铸态固溶时效后长期时效过程中的组织演变。结合相图计算结果,重点研究了TCP相的析出与组织稳定性。结果表明:WZ-A3合金固溶时效态出现η相;长期时效过程中,η相未消失,合金组织中未观察到其它类型的TCP相;RR1000合金固溶时效态以及长期时效态未发现TCP相;由于Ta、Nb元素的添加,提高了γ′相的固溶温度,WZ-A3合金650、750℃持久强度优于RR1000合金;少量针状η相对合金性能的影响不明显。 展开更多
关键词 高温合金 长期时效 TCP相 持久性能
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新型镍基粉末高温合金的微观组织和力学性能 被引量:3
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作者 马向东 程俊义 +3 位作者 龙安平 杨金龙 郭建政 冯干江 《粉末冶金技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期434-441,共8页
以新型镍基粉末高温合金FGH4113A(WZ-A3)为研究对象,采用“真空感应熔炼+氩气雾化制粉+热等静压+热挤压+等温锻造”工艺路线制备全尺寸涡轮盘,系统研究了锻造态FGH4113A合金在不同热处理状态下的微观组织和力学性能。结果表明:FGH4113A... 以新型镍基粉末高温合金FGH4113A(WZ-A3)为研究对象,采用“真空感应熔炼+氩气雾化制粉+热等静压+热挤压+等温锻造”工艺路线制备全尺寸涡轮盘,系统研究了锻造态FGH4113A合金在不同热处理状态下的微观组织和力学性能。结果表明:FGH4113A合金全尺寸涡轮盘宏观形貌良好,微观晶粒组织细小均匀;经亚固溶热处理后,平均晶粒度ASTM11~13级,室温和550℃的屈服强度分别为1249和1185MPa,抗拉强度分别为1674和1656MPa,断后伸长率分别为23.5%和19.5%,在温度700℃,应变范围0~0.8%,加载频率0.33Hz条件下的疲劳寿命均值为35000周次;经过固溶热处理后,平均晶粒度ASTM6~8级,700和800℃的屈服强度分别为1063和966MPa,抗拉强度分别为1403和1112MPa,断后伸长率分别为17.5%和12.0%,在温度800℃,应力330MPa,蠕变伸长量0.2%条件下的蠕变寿命均值为384h,在温度700℃,应力强度因子范围30MPam5条件下的裂纹扩展速率小于5×10^(-4)mmcycle^(-1)。 展开更多
关键词 镍基粉末高温合金 亚固溶热处理 过固溶热处理 显微组织 力学性能
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铣削参数对镍基高温合金FGH4113A加工表面完整性的影响 被引量:2
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作者 朱立华 苏雷 +3 位作者 徐春 肖磊 魏冰 计红军(指导) 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期8-17,共10页
通过铣削试验分别研究了主轴转速(300,500,650,800,1200 r·min^(-1))、铣削进给量(0.030,0.045,0.060,0.075,0.090 mm·r^(-1))和单道次铣削深度(0.20,0.35,0.50,0.65,0.80 mm)对FGH4113A镍基高温合金加工表面完整性的影响。... 通过铣削试验分别研究了主轴转速(300,500,650,800,1200 r·min^(-1))、铣削进给量(0.030,0.045,0.060,0.075,0.090 mm·r^(-1))和单道次铣削深度(0.20,0.35,0.50,0.65,0.80 mm)对FGH4113A镍基高温合金加工表面完整性的影响。结果表明:随着铣削进给量或单道次铣削深度的增大,加工表面的缺陷增多,表面粗糙度和硬度增大,表面残余应力逐渐由压应力转变成拉应力;随着主轴转速的增大,加工表面缺陷减少,表面粗糙度和硬度降低,残余压应力减小。在铣削速度超过800 r·min^(-1)、单道次铣削深度小于0.35 mm、进给量控制在0.045 mm·r^(-1)以下条件下,加工表面质量较好,表面粗糙度Ra在0.40μm左右,残余应力为压应力,且无明显硬化层。 展开更多
关键词 高温合金FGH4113A 铣削加工 微观形貌 残余应力 表面粗糙度 硬度
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新型单晶高温合金WZ4的高温低周疲劳行为 被引量:2
13
作者 肖磊 冯赣江 《热加工工艺》 北大核心 2019年第2期50-54,共5页
研究了新型单晶镍基高温合金WZ4在980℃下的低周疲劳行为,包括合金的循环应力-应变响应和应变-寿命特征;利用Manson-Coffin模型、拉伸滞回能模型、三参数幂函数模型、三参数能量模型和幂指函数模型对寿命数据进行拟合分析。结果表明,该... 研究了新型单晶镍基高温合金WZ4在980℃下的低周疲劳行为,包括合金的循环应力-应变响应和应变-寿命特征;利用Manson-Coffin模型、拉伸滞回能模型、三参数幂函数模型、三参数能量模型和幂指函数模型对寿命数据进行拟合分析。结果表明,该合金在980℃时呈明显的循环稳定特征;裂纹主要萌生于试样表面,小应变范围下呈单源特征,大应变范围下呈多源特征;三参数幂函数模型的寿命预测精度最优。 展开更多
关键词 WZ4 低周疲劳 循环稳定 寿命预测
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氩气雾化制粉FGH4097合金高压涡轮盘的组织与性能 被引量:2
14
作者 熊江英 龙安平 +1 位作者 肖磊 杨金龙 《热加工工艺》 北大核心 2022年第16期22-27,共6页
对采用氩气雾化制粉(AA)+热等静压(HIP)制备的FGH4097合金高压涡轮盘进行组织分析及力学性能测试。结果表明:经过AA+HIP+热处理工艺制备的FGH4097全尺寸盘件符合荧光、低倍与超声检验技术要求(φ0.2mm-15 db)。盘件显微组织中未见连续... 对采用氩气雾化制粉(AA)+热等静压(HIP)制备的FGH4097合金高压涡轮盘进行组织分析及力学性能测试。结果表明:经过AA+HIP+热处理工艺制备的FGH4097全尺寸盘件符合荧光、低倍与超声检验技术要求(φ0.2mm-15 db)。盘件显微组织中未见连续网状分布的原始颗粒边界(PPB),残余显微孔洞(TIP)低于0.01%,晶粒度为ASTM7-8级,强化相γ’尺寸约400 nm,无明显粗大γ’及碳化物。室温、650、750℃拉伸试样抗拉强度均值分别为1521、1343、1181 MPa,屈服强度均值分别为1093、1030、985 MPa。室温冲击性能均值为46 J,布氏硬度均值为394HBW。650℃/980 MPa持久性能寿命均值为714 h,高于技术要求的100 h。750℃/450 MPa蠕变量到0.2%均值为277 h,高于技术要求的50 h。650℃/980 MPa应力控制低周疲劳性能均值寿命为198371周次,高于FGH4097-PREP-HIP盘件试样低周疲劳寿命。所有力学性能测试结果均满足FGH4097高压涡轮盘技术要求。根据大量数据统计分析,FGH4097-AA-HIP制备的盘件,其蠕变及低周疲劳性能均有较高可靠性。AA+HIP工艺可生产出综合力学性能良好、符合技术要求的FGH4097高压涡轮盘。 展开更多
关键词 氩气雾化制粉 FGH4097 显微组织 力学性能
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基于ProCAST的熔模铸造叶片模壳预热过程分析及试验验证 被引量:1
15
作者 刘朝峰 郭建政 +2 位作者 刘孝山 欧寿铸 冯杰 《热加工工艺》 北大核心 2020年第9期59-62,共4页
熔模铸造叶片浇铸前模壳的预热效果影响产品的冶金质量,保温时间过长会导致模壳、陶芯高温蠕变失效。本文采用数值模拟对模壳预热工艺参数进行了分析并试验验证。结果表明:在升温结束15 min后,各测点温度均达到稳定状态,并且分析计算结... 熔模铸造叶片浇铸前模壳的预热效果影响产品的冶金质量,保温时间过长会导致模壳、陶芯高温蠕变失效。本文采用数值模拟对模壳预热工艺参数进行了分析并试验验证。结果表明:在升温结束15 min后,各测点温度均达到稳定状态,并且分析计算结果与试验结果吻合较好。 展开更多
关键词 数值模拟 温度测试 模壳预热 叶片铸造
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晶体取向对一种单晶高温合金再结晶的影响
16
作者 赵运兴 马德新 +1 位作者 徐维台 徐福泽 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期73-80,共8页
采用晶体劳厄衍射仪对高温合金DD419的单晶试棒铸件进行晶向测量,切取不同一次晶向及二次晶向的样品。对各种晶体取向的样品实施相同的静压加载,然后进行标准固溶热处理。研究结果表明:样品受压表面下方发生了不同程度的再结晶,再结晶... 采用晶体劳厄衍射仪对高温合金DD419的单晶试棒铸件进行晶向测量,切取不同一次晶向及二次晶向的样品。对各种晶体取向的样品实施相同的静压加载,然后进行标准固溶热处理。研究结果表明:样品受压表面下方发生了不同程度的再结晶,再结晶的深度与晶体取向具有明显的相关性。当一次晶向[001]与样品表面法向的偏离角度β从0°到90°变化时,样品的再结晶深度H首先逐渐增加,在β=45°时达到最大值,然后逐渐减小至初始值。当二次晶向[010]与样品法向的偏离角度α从0°到45°变化时,样品再结晶深度H也是逐渐增加,在α=45°时同样达到最大深度。单晶高温合金中一次晶向和二次晶向对再结晶具有相同的影响规律。 展开更多
关键词 单晶高温合金 枝晶取向 静压加载 固溶热处理 再结晶
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