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晶体取向对一种单晶高温合金再结晶的影响

中南大学学报（自然科学版） 2023年第1期54卷 73-80页

作者：赵运兴马德新徐维台徐福泽中南大学粉末冶金研究院湖南长沙410083 深圳市万泽中南研究院有限公司广东深圳518045

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... 详细信息

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。

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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一种第三代单晶高温合金铸件表面层组织研究

稀有金属材料与工程 2023年第3期52卷 1162-1168页

作者：赵运兴马德新徐维台员莹莹李重行中南大学粉末冶金研究院湖南长沙410083 深圳市万泽中南研究院有限公司广东深圳518045

采用一种第3代单晶高温合金制备了某型号的涡轮叶片铸件,经真空固溶热处理后,发现在叶片铸件表面形成了大量形状不规则的亮白色组织。经对叶片进行解剖和金相观察,发现铸件内部组织为均匀的γ相,但外部存在一个明显的表面层。表面层中... 详细信息

采用一种第3代单晶高温合金制备了某型号的涡轮叶片铸件,经真空固溶热处理后,发现在叶片铸件表面形成了大量形状不规则的亮白色组织。经对叶片进行解剖和金相观察,发现铸件内部组织为均匀的γ相,但外部存在一个明显的表面层。表面层中基体为连续分布的亮白色γ′相,主要组成元素为Ni、Al和Ta,表面层γ′相基体上析出了许多片状的tcp相。对铸件表面附近的成分分布进行了测量分析,显示铸件表面层为典型的贫Cr层。正是Cr元素的贫化,导致了表面层中γ相向γ′相的转变和γ′相与tcp相的共轭生长。贫Cr层的出现还导致在表面层与内部组织之间出现了较多的残存γ/γ′共晶。

关键词：高温合金单晶铸件固溶热处理贫Cr层 tcp相

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高温合金籽晶材料对单晶外延生长的影响

中国有色金属学报 2023年第2期33卷 445-454页

作者：马德新赵运兴徐维台李重行玄伟东深圳万泽中南研究院有限公司深圳518045 中南大学粉末冶金研究院长沙410083 上海大学材料科学与工程学院上海200072

使用两种高代次的单晶高温合金DD5(简称D)和WZ30(简称W)进行了4种不同的籽晶材料−铸造材料的组合,进行单晶试棒铸件制备。结果表明:当籽晶材料和铸造材料相同时,不论是D-D还是W-W组合,都可得到良好的单晶外延生长。在采用WZ30作异质籽晶... 详细信息

使用两种高代次的单晶高温合金DD5(简称D)和WZ30(简称W)进行了4种不同的籽晶材料−铸造材料的组合,进行单晶试棒铸件制备。结果表明:当籽晶材料和铸造材料相同时,不论是D-D还是W-W组合,都可得到良好的单晶外延生长。在采用WZ30作异质籽晶的W-D组合中,也可得到晶向良好的高温合金单晶铸件。但在采用DD5作异质籽晶的D-W组合中,则会形成极不稳定的回熔界面,并出现大量杂乱晶粒。其原因可能是D-W组合中合金下小上大的密度差造成强烈的液体对流,严重影响了籽晶的正常回熔和单晶的外延生长。本工作的研究结果证明,利用籽晶法生产高代次的单晶高温合金铸件是可以实现的,抗氧化性能的高低对于异质籽晶材料的选取并不重要,重要的是籽晶材料的密度不能小于铸造合金。

关键词：高温合金籽晶单晶凝固外延生长

高温合金CMSX–4和DD419单晶铸件中共晶含量的试验研究

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航空制造技术 2022年第17期65卷 74-80页

作者：赵运兴员莹莹马德新徐维台徐福泽魏冰中南大学粉末冶金研究院长沙410083 深圳市万泽中南研究院有限公司深圳518045

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... 详细信息

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。

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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单晶高温合金CMSX-4铸件再结晶

材料工程 2023年第10期51卷 42-50页

作者：徐福泽蔺永诚马德新赵运兴何道广刘冠中南大学机电工程学院长沙410083 深圳市万泽中南研究院有限公司广东深圳518045 中南大学粉末冶金研究院长沙410083

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... 详细信息

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。

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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高温合金单晶铸件中条纹晶的形成机制

金属学报 2020年第3期56卷 301-310页

作者：马德新王富徐维台徐文梁赵运兴深圳万泽中南研究院深圳518045 中南大学粉末冶金研究院长沙410083 西安交通大学机电工程学院西安710049

对高温合金单晶叶片铸件中条纹晶起源处的微观组织进行了观察分析,提出了这种晶粒缺陷的产生机理。通过微观检测确认了条纹晶的出现是由于铸件表面单个枝晶主干在糊状区内被撕断,但又被残余液体焊合,呈现出明显的起点。导致这种撕裂的... 详细信息

对高温合金单晶叶片铸件中条纹晶起源处的微观组织进行了观察分析,提出了这种晶粒缺陷的产生机理。通过微观检测确认了条纹晶的出现是由于铸件表面单个枝晶主干在糊状区内被撕断,但又被残余液体焊合,呈现出明显的起点。导致这种撕裂的主要原因是型壳粘连引起的枝晶收缩严重受阻或是由夹杂切割引起的枝晶强度严重受损,从而形成了条纹晶缺陷产生的2种主要机制。撕裂后的枝晶会发生一定程度的整体偏转,在基体组织上形成一个由小角度晶界封闭而成的狭长晶粒。比较了条纹晶与其它晶粒缺陷的相似和不同之处,并讨论了减少条纹晶缺陷应该采取的工艺措施。

关键词：条纹晶高温合金单晶叶片晶体缺陷

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单晶高温合金叶片铸件中的共晶上聚现象分析

铸造 2021年第11期70卷 1302-1306页

作者：马德新赵运兴魏剑辉皮立波深圳市万泽中南研究院有限公司广东深圳518045 中南大学粉末冶金研究院湖南长沙410083

对高温合金CMSX-4的单晶叶片铸件中的γ/γ'共晶组织进行了研究分析。研究结果发现,叶身部位的铸态共晶分布均匀,经固溶热处理后基本全部消除;但在缘板部位,下表面区域的共晶较少,而上表面区域则有大量的共晶聚集,即使通过固溶热处理,... 详细信息

对高温合金CMSX-4的单晶叶片铸件中的γ/γ'共晶组织进行了研究分析。研究结果发现,叶身部位的铸态共晶分布均匀,经固溶热处理后基本全部消除;但在缘板部位,下表面区域的共晶较少,而上表面区域则有大量的共晶聚集,即使通过固溶热处理,也只能消除缘板下表面铸态共晶,上表面区域仍存在较多的残余共晶。通过分析发现,凝固过程中γ'相形成元素Al+Ti+Ta会在枝晶间液体中产生富集,并通过扩散和对流的方式向上迁移,最后在铸件的上表面聚集,从而生成大量的γ/γ'共晶组织。

关键词：高温合金单晶叶片共晶组织上聚现象固溶热处理

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单晶高温合金异形铸件中的雀斑研究

特种铸造及有色合金 2021年第11期41卷 1345-1349页

作者：马德新赵运兴徐维台李重行刘斯飞深圳市万泽中南研究院有限公司中南大学粉末冶金研究院空军装备部驻深圳地区代表室

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... 详细信息

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。

关键词：雀斑高温合金定向凝固单晶

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高温合金单晶铸件中的杂乱共晶缺陷

铸造 2019年第12期68卷 1342-1349页

作者：马德新王富深圳万泽中南研究院广东深圳518045 中南大学湖南长沙410083 西安交通大学陕西西安710049

对镍基高温合金铸态组织中的γ/γ′共晶体及其形成机制进行了研究。发现含有碳元素的高温合金如CM247LC的γ/γ′共晶析出分为三种模式,分别为在γ相上形核生成γ基共晶、在MC碳化物上形核生成MC基共晶和从液体中形核形成自由共晶。其... 详细信息

对镍基高温合金铸态组织中的γ/γ′共晶体及其形成机制进行了研究。发现含有碳元素的高温合金如CM247LC的γ/γ′共晶析出分为三种模式,分别为在γ相上形核生成γ基共晶、在MC碳化物上形核生成MC基共晶和从液体中形核形成自由共晶。其中后两种模式形成的γ/γ′共晶体的晶向是杂乱随机的,从而在单晶基体组织中形成大角度的晶界。对不含碳元素的高温合金如CMSX-4,其γ/γ′共晶的析出只有两种模式,即在γ相上形核和从液体中自由形核结晶,分别形成与γ相一致或完全无关的晶体取向。不管哪种合金,其铸态组织都含有随机杂乱取向的共晶组织,使得宏观上为单晶的铸件在微观上却是多晶体。

关键词：高温合金定向凝固单晶杂乱共晶晶粒缺陷