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焊接学报 2018年第3期39卷 6-10页

作者：张敏周玉兰薛覃李继红西安理工大学材料科学与工程学院西安710048

采用元胞自动机法和有限差分法建立了宏微观耦合下的焊接熔池微观组织凝固模型,对ti-45al合金焊后凝固过程中的枝晶生长形貌和溶质场浓度分布进行模拟,并通过试验对模拟结果进行验证.讨论分析了焊接热输入、内部形核数和表面传热系数对... 详细信息

采用元胞自动机法和有限差分法建立了宏微观耦合下的焊接熔池微观组织凝固模型,对ti-45al合金焊后凝固过程中的枝晶生长形貌和溶质场浓度分布进行模拟,并通过试验对模拟结果进行验证.讨论分析了焊接热输入、内部形核数和表面传热系数对枝晶生长及形貌的影响.结果表明,熔池内的组织主要由柱状晶和等轴晶两种形态组成.热输入的增加和传热系数的减少均有助于柱状晶的生长,而内部形核数越大则越有利于等轴晶的生长.所建立模型的计算结果与试验结果在关于枝晶生长的定向研究中有较好吻合.

关键词： ti-45al合金枝晶形貌溶质场分布

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Fe元素对ti-45al合金铸态组织及硬度的影响

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稀有金属 2015年第6期39卷 498-503页

作者：杨慧敏骆良顺宋美慧齐海群王春艳杨闯黑龙江工程学院材料与化学工程学院黑龙江哈尔滨150050 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 黑龙江省科学院高技术研究院黑龙江哈尔滨150090

利用非自耗真空电弧熔炼炉获得了ti-45al-xFe合金钮扣锭,并利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和洛氏硬度仪研究了Fe含量的变化对ti-45al-xFe合金铸态组织及硬度的影响规律。结果表明:随着Fe含量的增加,ti-45al-xFe合金的显微组织演化... 详细信息

利用非自耗真空电弧熔炼炉获得了ti-45al-xFe合金钮扣锭,并利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和洛氏硬度仪研究了Fe含量的变化对ti-45al-xFe合金铸态组织及硬度的影响规律。结果表明:随着Fe含量的增加,ti-45al-xFe合金的显微组织演化过程依次经历了如下阶段:具有四重对称的树枝晶→具有四重对称的树枝晶+枝晶间较小的γ相+少量的B2相→具有六重对称的树枝晶+板条状的γ相+大量的B2相,而且在ti-45al-xFe合金中B2相的析出量也随之增加。另外,随着Fe含量的增加,ti-45al-xFe合金中的凝固初生相由β相向α相演化。通过对ti-45al-xFe合金进行硬度试验发现,其硬度拟合曲线呈现先降低后增加的变化趋势。这主要是由于ti-45al-xFe合金中B2相的大量析出及其显微组织形态的变化所致,当Fe含量大于5%(原子分数)时,ti-45al-xFe合金的显微组织中的B2相的形态发生了明显的变化,并且该B2相的内部呈现蜂窝形状。因此,由于该B2相的组织形态导致了ti-45al-xFe合金的硬度值增加。

关键词： ti-45al合金合金化 Fe元素铸态组织硬度

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ti-45al合金表面激光熔覆涂层及摩擦学特性研究

Ti-45Al合金表面激光熔覆涂层及摩擦学特性研究

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作者：宋强济南大学

学位级别：硕士

tial合金具有密度低、比强度高、高的抗高温蠕变性能等特点,综合性能指标优于传统的高温合金,因而成为未来航空发动机涡轮叶片最有应用潜力的新一代高温轻质结构材料。但是tial合金室温脆性大,当使用温度高于800℃时,其抗氧化性能较差,... 详细信息

tial合金具有密度低、比强度高、高的抗高温蠕变性能等特点,综合性能指标优于传统的高温合金,因而成为未来航空发动机涡轮叶片最有应用潜力的新一代高温轻质结构材料。但是tial合金室温脆性大,当使用温度高于800℃时,其抗氧化性能较差,另外当其用于摩擦件时耐磨性较差,因此需要提升tial合金的表面性能和抗高温氧化性能。利用ANSYS Workbench构建了航空涡轮发动机叶片流固耦合仿真有限元分析;根据气动流场仿真与叶片静力学结构仿真计算结果,发现在叶片的榫部和叶根的过渡连接处出现了应力集中现象,其最大等效应力为366.69MPa。并且最大变形位移量发生在叶尖部位,变形位移值为6.90mm。需要对其应力集中部位进行处激光熔覆耐磨涂层进行防护。激光熔覆技术是一种类属表面增材制造的新型特种加工技术,通过激光束使熔覆材料和基材表面迅速熔化,快速凝固后在合金上形成一层耐高温氧化和耐磨的涂层。本文采用激光熔覆技术制备NiCralY涂层,并对激光熔覆后涂层进行显微结构、硬度、耐微动等性能进行研究。研究了tial合金和NiCralY涂层的微动磨损特性,研究了基体与涂层的微动磨损行为、表面形貌和磨损机理。研究结果表明,在不同位移幅值和法向载荷参数下,基体和涂层的微动运行工况略有不同,在F=60、120、180N,D=20、60、100μm条件下,ti-45al合金的微动运行区域由部分滑移区向混合滑移区、完全滑移区转变。NiCralY涂层的微动运行区域由部分滑移区向完全滑移区转移,并未出现混合滑移区。基体与涂层的磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。在相同实验参数条件下,NiCralY涂层的摩擦系数（COF）要明显小于ti-45al合金的摩擦系数,并且磨损痕迹更小。因此可以说明,NiCralY涂层比ti-45al合金具有更好的耐微动磨损性能。研究了涂层和基体的耐腐蚀性能,和涂层和基体在750℃～1050℃温度范围内的抗氧化性。研究发现,NiCralY涂层的腐蚀电位大于tial合金的腐蚀电位;涂层的腐蚀电流密度远远小于基体的腐蚀电流密度,表明涂层的耐腐蚀性能优于基体;ti-45al合金在750℃氧化条件下,基体没有出现氧化层裂纹、孔洞等缺陷,说明其具有一定的抗高温氧化性;在850℃～1050℃氧化时,基体表面的tiO氧化物占据主导地位,其疏松多孔的结构为外界氧原子提供扩散通道,并且发生元素扩散现象,导致基体氧化加重,抗高温氧化性受到严重破坏。NiCralY涂层在750℃、850℃和950℃氧化时,表层生成alO和CrO阻碍了外界氧原子的扩散进入,又起到隔热作用,因此涂层具有良好的抗高温氧化性。在1050℃高温条件下,NiCralY熔覆层的抗高温氧化性逐渐下降,涂层产生开裂和剥落现象。总之,NiCralY熔覆层的高温抗氧化性能要优于tial合金基体。

关键词：微动磨损激光熔覆抗氧化性能 ti-45al合金 NiCralY涂层

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tial合金枝晶凝固的相场法模拟

TiAl合金枝晶凝固的相场法模拟

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作者：胡春青沈阳理工大学

学位级别：硕士

tiA1合金具有优良的高温强度、抗蠕变和抗氧化性能,而且以密度低、模量高等优点而倍受重视,成为制造关键高温部件,如汽车发动机排气阀和飞机发动机叶片等的候选材料。tial合金的性能及铸件质量与凝固时枝晶形貌密切相关,即使通过后序的... 详细信息

tiA1合金具有优良的高温强度、抗蠕变和抗氧化性能,而且以密度低、模量高等优点而倍受重视,成为制造关键高温部件,如汽车发动机排气阀和飞机发动机叶片等的候选材料。tial合金的性能及铸件质量与凝固时枝晶形貌密切相关,即使通过后序的热处理来改变组织,枝晶形貌的影响也难以完全消失。所以,掌握和控制凝固过程中的枝晶生长是获得理想产品的关键。计算机模拟作为继理论和实验之外的第三种有效手段和方法,在材料科学与工程中的到了广泛的应用。相场法是用于描述复杂相界面演变行为的强有力的数值计算方法,它不需要跟踪复杂的液/固界面,在整个求解域中采用相同的数值计算方法,就可实现模拟过冷熔体凝固过程中的枝晶生长。本文采用相场法模拟了ti-45al（at%）合金枝晶凝固过程,主要内容如下: 1.构造了ti-45al合金自由能函数:利用热力学软件Thermo-Calc计算了ti-45al合金热力学参数与ti-al二元合金相图,并通过计算相图的热力学模型构造了ti-45al合金液相与固相自由能密度函数,这是相场模型的重要组成部分。 2.建立了ti-45al合金凝固相场模型:通常的相场模型为理想溶液或稀释溶液模型,而ti-45al合金其溶液模型为准亚规则溶液,已有的相场模型不能直接应用于ti-45al合金。根据计算得到的ti-45al自由能函数,基于自由能泛函建立了ti-45al合金等温凝固过程枝晶生长的相场模型。 3.模拟了ti-45al合金等温凝固过程枝晶生长:对相场控制方程进行离散,用VC++编程,OpenDx可视化处理,耦合相场和溶质场,模拟了ti-45al合金枝晶凝固过程,再现了ti-45al合金枝晶生长演化和溶质分布与偏析规律。 4.相场参数对ti-45al合金枝晶形貌的影响:研究了各向异性、扰动对枝晶形貌的影响。模拟结果表明:晶体的各向异性影响到枝晶主干的形态,而扰动直接影响二次枝晶臂的形成。

关键词： ti-45al合金相场法自由能枝晶生长相图计算

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