一、DD8镍基高温合金单晶制备中的杂晶长大机制（论文文献综述）
周晓舟[1]（2021）在《Co-Al-W基高温合金凝固特性与单晶叶片制备工艺基础研究》文中进行了进一步梳理传统钴基高温合金（Co-Ni-Cr-W基合金）具有优异的抗热腐蚀、抗热疲劳和易焊接等性能,但由于其强化方式主要为固溶强化和碳化物强化,高温强度和承温能力显着低于γ’相（Ni3Al）强化的镍基高温合金,因而未能像镍基高温合金一样获得广泛的应用。2006年,一种新的钴基高温合金Co-Al-W基合金中γ’-Co3（Al,W）相及其强化作用的发现,意味着通过调控γ’相析出使新型钴基高温合金具有与镍基高温合金相当的高温力学性能成为可能,从而为发展航空发动机和地面燃气轮机用高耐蚀、高耐温结构材料开辟了新方向。目前国内外针对Co-Al-W基高温合金的研究主要集中在通过合金化提升其承温能力、力学性能、抗氧化性能等材料性能方面,而关于合金化对凝固特性、铸造和固溶等工艺性能的影响方面关注较少,研究和阐明Co-Al-W基高温合金的铸造工艺性能及其影响因素,特别是铸造缺陷的形成机制,是该类合金铸件实现工程化应用的关键。本文研究了合金元素对Co-Al-W基高温合金的凝固特性、铸造和固溶工艺性能的影响规律,并通过数值模拟与实验相结合的方法,研究了该合金的定向凝固基本行为,实现了合金复杂单晶叶片的定向凝固制备。本文主要创新性成果如下:针对目前具有优异高温力学性能的Co-7Al-8W-1Ta-4Ti五元合金铸态组织复杂、凝固行为和凝固路径不明确的问题,采用等温淬火、定向凝固+快速淬火等方法确定了该合金的凝固路径:L→Li+γ→L2+γ+Laves→L3+γ+Laves+（β+γ’）e→L4+γ+Laves+（β+γ’）e+γ’→γ+Laves+（β+γ’）e+γ’。合金凝固时液相内W、Ta、Ti元素的强烈偏聚会导致Laves相优先析出,富Al、Ti的（β+γ’）e共晶在Laves相之后析出,过剩的Ti元素在合金凝固的最后阶段形成富Ti的γ’相。由于3种二次相中存在相同的多种合金元素,它们在凝固过程中的析出会发生相互竞争,因而可通过调整合金元素控制合金的铸态组织与凝固行为。相关结果为后续设计多组元Co-Al-W基合金提供了理论依据。在Co-Al-W-Ta-Ti合金的基础上,加入高温合金最常用的强化元素Ni和Cr,设计了 Co-30Ni-7Al-8W-5Cr-1Ta-4Ti 七元 Co-Al-W 基合金,研究了其凝固和固溶行为。结果表明,Ni、Cr元素的加入可使A1和Ta的偏析减小,对合金凝固路径的影响较小,但可使在合金凝固最后阶段形成的γ’相转变为（γ+γ’）e共晶。由于Co-30Ni-7Al-8W-5Cr-1Ta-4Ti合金中难熔元素浓度较高,固溶处理后易形成无法消除的μ相（Co7W6）。为了避免合金固溶时产生μ相,并抑制Laves相的形成,本文在强化元素Al、W总量不变的条件下,研究了 Al、W元素含量变化对合金凝固与固溶性能的影响。结果表明,Al含量增多W含量减少可以抑制合金凝固时Laves相的析出,同时也可以抑制固溶处理时μ相的形成。在上述研究结果的基础上,本文提出的新合金的设计方案为Co-30Ni-11Al-4W-5Cr-1Ta-4Ti。新合金凝固时不形成Laves相,经过双级固溶处理后新合金可获得单一的γ相组织。以Co-30Ni-11Al-4W-5Cr-1Ta-4Ti合金为基础,进一步研究了 Ni元素含量对合金热裂缺陷形成的影响。结果表明,随Ni含量的增多,W和Ti的凝固偏析增加而Ta的偏析减小,（β+γ’）e共晶的析出温度降低、体积分数降低,合金残余液相中Al、Ti元素的浓度逐渐增多,导致合金在热裂敏感区内的凝固速率降低,合金的热裂形成倾向逐渐增大。随着Ni含量的减少,合金的组织稳定性下降,固溶处理难度增加。综合考虑新合金的凝固行为、铸造性能、固溶工艺和组织稳定性,合金中的Ni含量可在20-30at.%变化。该结果为不同性能单晶叶片的制备提供了较大的成分选择空间。通过实验和热力学计算获得了 Co-30Ni-11Al-4W-5Cr-1Ta-4Ti合金定向凝固过程的边界条件和合金热物性参数,构建了该合金准确的定向凝固工艺模型。研究了加热温度、摆放方式、抽拉速度等工艺参数对合金叶片定向凝固过程温度场和组织缺陷的影响,分析了缘板处杂晶缺陷的形成原理,结合模拟结果提出一种变速抽拉工艺,初步实现了复杂单晶叶片的定向凝固制备。本文的结果可为进一步开展Co-Al-W基合金复杂单晶叶片工程化制备提供基础数据支撑。
慈世伟[2]（2021）在《激光增材制造镍基单晶高温合金显微组织和力学性能研究》文中研究说明单晶叶片在服役过程中常因磨蚀、高温气体冲刷等导致叶尖磨损、裂纹和局部烧蚀等问题,无法继续使用。单晶叶片的叶尖修复工作一直是国内的短板。本文针对单晶叶片叶尖修复过程中面临的微观组织控制问题,采用脉冲激光增材制造工艺,结合试验探索和理论模拟,对激光增材制造单晶高温合金的微结构调控进行了研究,并对修复单晶的拉伸性能和持久性能进行了表征。主要研究结果如下:（1）针对脉冲激光增材制造工艺代码缺失问题,本文提出了脉冲激光增材制造代码生成的模块设计方法。脉冲激光增材制造代码生成软件由线段切分模块、G-code格式化模块、文件I/O模块和外部数据传输接口模块四个模块组成,实现单点代码、薄壁代码、长方体代码和转换代码的生成功能。该软件采用方便快捷的可视化界面程序编程。在单点代码中,脉冲参数和层厚进行耦合,使得激光脉宽和周期与Z轴移动匹配。在薄壁代码中,软件设置了 X轴方向、Y轴方向和任意方向的薄壁。软件对输入的搭接率、薄壁长度和激光直径进行自适应调整。在长方体代码中,软件以垂直X轴和Y轴的线段对长方体切分;X轴方向和Y轴方向的搭接率会根据参数设置的合理性进行自适应调整。在转换代码中,输入脉冲激光相关参数,可将连续激光增材制造代码转换为脉冲激光增材制造代码,并对搭接率进行自适应调整。（2）针对脉冲激光增材制造显微组织控制问题,本文通过激光试验与数值模拟对显微组织形成规律进行系统研究。建立了镍基单晶高温合金脉冲激光重熔时一次枝晶间距（PDAS）的数值模型,数值模型将理论PDAS模型与温度场计算模型联系起来。基于该模型,计算的PDAS与试验PDAS吻合良好。PDAS随激光功率（P）和脉冲宽度（t）的升高而增加;平均温度梯度（（?））和平均凝固速度（（?））随着P和t的升高而减小。熔覆试验定量分析了激光功率（P）、脉冲宽度（t）和送粉量（m）对外延生长和熔覆效率的影响。为了直观地表达各工艺参数对指标的影响程度和趋势,绘制了反应各工艺参数对相应指标影响程度和趋势的雷达图。P、t和m的增加使熔覆层的尺寸增大,且t和m的作用显着。低P,t和m有利于柱枝晶外延生长。为了保证实际脉冲激光增材制造过程中的外延生长和修复效率,必须首先调整m。为了保证熔覆层的宽度,应首先调整P或t。在此基础上,优化了一组修复DD432薄壁的工艺参数（P:2000W-2200W,t:0.16 s,m:11 g/min）。此方法也成功的应用到实际叶片修复工艺优化上。（3）采用脉冲激光增材制造工艺,在单晶基板上成功制备了无裂纹的单晶高温合金,对修复后的高温合金的组织进行了表征。沉积区的一次枝晶间距（17.2μm）、二次枝晶间距（3.3 μm）、孔隙尺寸（3.2 μm）和γ’相尺寸（约39.9nm）均小于基材区。沉积区孔隙率（0.19%）大于基材区（0.11%）;初始熔覆层冷却速度快,抑制了（γ+γ’）共晶的形成。随着熔覆层数增加,高熔覆层冷却速率逐渐降低,导致（γ+γ’）共晶增加。由于热影响区的存在,（γ+γ’）共晶部分溶解,第N层底部的（γ+γ’）共晶多于N+1层顶部。（4）对激光增材制造单晶高温合金的拉伸性能进行了分析。结果表明,在660至760℃条件下,试样的断裂方式为解理断裂,单晶基材区粗大的碳化物发生开裂,提供了裂纹扩展路径,使基材区优先断裂。此时,位错的运动机制主要是剪切型。在900至1100℃条件下,断裂方式为微孔聚集断裂,沉积区（γ+γ’）共晶和孔隙恶化了高温性能,沉积区优先断裂。此时位错运动的主要机制是Orowan绕过,且形成了大量不规则位错网;基材区和沉积区界面处未发生断裂,这与该区域没有基材区那样的粗大MC碳化物,也没有高熔覆层的（γ+γ’）共晶有关。（5）在1000℃/280 MPa条件下,研究了经标准热处理的脉冲激光增材制造和铸造DD432单晶试样的持久性能。脉冲激光增材制造试样的平均持久寿命（65.4 h）比铸态试样（59.1 h）长。脉冲激光增材制造DD432单晶试样碳化物细小,枝晶间距小,成分偏析小;脉冲激光增材制造样品和传统铸造样品的γ通道平均厚度相同（288nm）。然而,铸态样品中枝晶间区与核心枝晶区之间的γ通道宽度不均匀;铸态样品中形成拓扑紧密堆积（TCP）相,而沉积区未观察到TCP相;铸态试样中的碳化物与基体发生断裂或分离,形成裂纹,而脉冲激光增材制造试样中的碳化物几乎不与基体断裂或分离。
王海伟[3]（2021）在《基于形核过冷度调控镍基高温合金凝固组织研究》文中指出在金属材料的凝固过程中,控制晶体形核是获得理想凝固组织的一种重要方法,而晶体形核主要受到形核过冷度的制约。目前,形核过冷度与其影响因素之间的定量理论描述和试验研究还比较缺乏,导致研究金属材料异质形核试验时缺少精准的理论指导。因此,本文以熔模铸造时镍基高温合金形核过冷度的主要影响因素为研究对象,研究了合金成分、界面润湿等对单晶高温合金形核过冷度及杂晶形成的影响,并研制了一种与合金低错配度的新型细化剂,研究了异质形核理论在等轴晶高温合金细化剂制备中的应用,旨在为高温合金凝固组织调控提供理论依据和技术指导。通过调整高温合金中Ta、W、Re、Ru等难熔元素的含量,研究了合金成分对镍基高温合金形核过冷度和变截面平台杂晶形成的影响。实验结果显示:Ta元素显着提高了合金的临界形核过冷度;而W、Re、Ru等元素则降低了合金的临界形核过冷度。在多尺度单晶变截面平台试样的定向凝固实验中,随着Ta元素含量的增加,阴影侧平台形成杂晶的临界尺寸呈增大趋势,说明Ta元素降低了异质形核形成杂晶的倾向性;而W、Re和Ru三种元素则减小阴影侧平台形成杂晶的临界尺寸,说明W、Re、Ru增强了异质形核形成杂晶的倾向性。而且,在变截面平台中发现了另一种源于枝晶熔断形成的杂晶,提出了凝固前沿的热量传输是造成枝晶熔断形成杂晶的主要原因。因此,提高合金的临界形核过冷度,则增大了过冷熔体凝固前沿的热流传输,增强枝晶熔断形成杂晶的倾向性。研究了陶瓷材料对镍基高温合金润湿性与变截面平台杂晶形成的影响。结果表明:高温合金熔体与SiO2-based,Al2O3-based,ZrSiO4和CoAl2O4陶瓷基板接触时,发生界面反应,与合金熔体接触的陶瓷基板被反应生成物取代,分别为（Al2O3+HfO2）,（Al2O3+HfO2）,（Al2O3+HfO2+ZrO2）和（Al2O3+HfO2+Co）。此时,四种体系的润湿性依次增强,这是由于新体系的润湿性主要取决于反应产物的物理性质。Al2O3-based,ZrSiO4和CoAl2O4陶瓷型壳制备的单晶变截面平台试样结果表明:三种陶瓷型壳对应的变截面平台试样形成杂晶的临界尺寸依次减小,即杂晶的形成倾向性依次增强。主要原因是:合金与陶瓷基板之间的润湿角越小,晶核析出时的界面能就越低,因此过冷熔体析出晶核时所需的形核过冷度和形核功就越小。理解合金与陶瓷基板之间的润湿性与界面反应,对高温合金熔模铸造中陶瓷材料的选择具有很好的指导作用。分析了变截面平台杂晶的形成机制与工艺调控措施,提出了变截面平台内杂晶的形成主要取决于变截面平台最大结构性过冷度和合金临界形核过冷度之间的大小关系。ProCAST数值模拟结果显示:调整模组排列方式,变截面平台内的温度场呈对称分布时,平台边角位置的结构性性过冷度较小,杂晶形成的倾向较低。增加陶瓷型壳厚度,则减小了平台内液相线的斜率和边角位置的结构性过冷度,有效抑制了杂晶的形成。随着抽拉速率的增大,变截面平台边角位置的结构性过冷度呈增大趋势,则增强了杂晶的形成倾向性。通过ProCAST数值模拟分析不同工艺条件对变截面平台杂晶形成的影响,为优化定向凝固工艺参数提供了数据参考。研制了一种新型镍基高温合金细化剂。研究了 WC粉末和新型细化剂对等轴晶高温合金凝固组织的影响。结果表明:向合金熔体中加入WC粉末时,合金的晶粒尺寸呈减小趋势,但是晶粒细化效果比较有限。当向高温合金中加入1wt.%新型细化剂时,晶粒组织得到明显细化,其中平均晶粒尺寸从1.76mm减小到0.32mm,断面等轴晶体积分数11%提升到86%。这是由于晶核析出时所需的形核过冷度主要取决于晶核与基底之间的错配度,新型细化与晶核之间的错配度较低时,晶核析出时所需的过冷度和形核功较小。
黄亚奇[4]（2020）在《条纹晶和显微孔洞的形成机理及其对单晶高温合金力学性能的影响》文中进行了进一步梳理本文采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线断层扫描技术（XCT）、背散射电子衍射技术（EBSD）、电子探针（EPMA）、透射电子显微镜（TEM）、ProCAST数值模拟等手段研究了单晶高温合金DD413中条纹晶缺陷和显微孔洞的形成机理及其对单晶高温合金力学性能的影响。主要结果如下:条纹晶缺陷通常起源于型壳与基体之间发散界面处的1～2根枝品。条纹晶和基体的枝晶轴之间存在取向差。在大部分铸件中,条纹品偏离定向凝制方向的角度相对基体较小,并与基体之间形成发散界面。在垂直于定向凝固方向的横截面上,条纹晶相对基体既有偏转也存在相互平行。本文实验结果表明条纹晶和基体之间的取向差较小（约3.5°～9.8°）。条纹晶缺陷的形成与基体枝晶的扩展和变形有关。诱发条纹晶的枝晶变形发生在糊状区且局限于枝晶下部,条纹晶形成以后枝晶可以自由生长,故在枝晶上部无应变分布。与枝晶间流体流动相比,凝固热收缩是条纹晶缺陷产生的主要原因。在糊状区下部,靠近铸件表面的枝晶受到不平衡热收缩应力的作用发生枝品变形,从而导致条纹晶缺陷产生。此外,单晶叶片中的夹杂物也可能会诱发条纹品缺陷。在定向凝固过程中,条纹品通常会以稳定模式生长。然而,在少数铸件中,条纹晶和基体的二次枝晶臂在定向凝固过程中会绕[001]轴同时发生偏转,这可能与铸件的复杂形状有关。与热收缩应力的影响相比,横向温度梯度方向发生变化造成热对流方向的变化可能是二次枝晶偏转的主要诱因。在定向凝固过程中,条纹晶会沿定向凝固方向一直向上生长。当条纹晶和基体的二次枝晶取向差较小时,条纹晶不沿铸件表面扩展而仅向铸件内部延伸,其宽度在生长过程中保持不变。然而,当条纹晶和基体的二次枝晶取向差较大时,条纹晶会快速沿铸件表面扩展以及向铸件内部延伸,其宽度随着凝固进行而逐渐增加。这两种不同的枝晶生长行为主要与枝晶间的溶质场交互作用有关。在不同应力幅控制的中温（760℃）疲劳实验中,HRS和LMC样品都表现出相似的疲劳裂纹萌生行为,即随着应力幅的增加,疲劳裂纹源从显微孔洞逐渐转变为MC碳化物。在低应力幅（HRS样品中≤495 MPa,LMC样品中≤517.5 MPa）条件下,显微孔洞是裂纹源,且样品中尺寸最大、不规则度较高的显微孔洞容易诱发疲劳裂纹。在疲劳过程中,由于氧化和循环加载的共同作用会导致样品中碳化物发生开裂,但由于△K<△Kth-MC,碳化物开裂产生的微裂纹始终不能穿过碳化物/基体界面继续扩展。在高应力幅（HRS样品中≥495 MPa,LMC样品中≥517.5 MPa）条件下,由于△K>△Kth-MC,碳化物开裂产生的微裂纹能够快速穿过碳化物/基体界面继续扩展直至疲劳失效。与块状碳化物相比,骨架状碳化物具有较大尺寸和不规则形状,容易导致疲劳裂纹萌生。本文中推算出MC碳化物的应力强度因子门槛值△Kth-MC>6.2 MPa·m1/2。在低应力幅下,裂纹从最大尺寸显微孔洞处萌生过程较长（>97%的疲劳寿命）,而一旦裂纹萌生以后,即发生快速扩展和样品的疲劳断裂,第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段裂纹扩展过程均较短。较大尺寸显微孔洞会促进裂纹扩展,而碳化物的作用较小。在高应力幅下,萌生阶段较短,第Ⅰ阶段裂纹扩展寿命较长（>99%的疲劳寿命）,第Ⅱ阶段裂纹扩展寿命很短。开裂的碳化物显着提高裂纹扩展速率,而显微孔洞的影响较小。在裂纹萌生阶段,样品中显微孔洞总数量的变化是两种机制共同作用的结果:一是S/H孔由于空位向表面扩散导致的湮灭效应;二是新疲劳变形孔（D孔）的产生,与加载诱发空位产生和聚集有关。低应力幅下,疲劳初期S/H孔的湮灭效应占主导,由于S/H孔的减少导致显微孔洞数量减少;而在高应力幅下,疲劳加载后即有大量D孔产生,因此显微孔洞数量始终呈增加趋势;在第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段裂纹扩展,由于裂纹穿过显微孔洞,均会造成显微孔洞数量的减少。本文的实验结果表明显微孔洞的数量对疲劳性能的影响较小。随着疲劳进行,最大尺寸的显微孔洞逐渐长大,部分较小的S/H孔的尺寸先减小后增大,而D孔的尺寸也逐渐增加。在低应力幅下,大尺寸显微孔洞（S孔）为裂纹源且显着促进裂纹扩展,而小尺寸显微孔洞（H孔和D孔）的影响较小。显微孔洞的尺寸对疲劳性能的影响较大。疲劳裂纹易萌生于显微孔洞的尖锐区域,显微孔洞的形状可能是影响疲劳性能的重要参数。
张健,王莉,王栋,谢光,卢玉章,申健,楼琅洪[5]（2019）在《镍基单晶高温合金的研发进展》文中进行了进一步梳理本文概述了近年来镍基单晶高温合金的研发进展。在合金研制方面,总结了单晶合金近几年的发展及其成分设计方法。针对单晶合金常见的变形和损伤、失效机制,分别介绍了单晶合金蠕变、疲劳、氧化及热腐蚀机理,以及单晶合金中常见缺陷对力学性能的影响。在单晶叶片制造工艺方面,总结了高速凝固、气冷、液态金属冷却、以及流态床冷却等几种常见定向凝固工艺的研发和应用现状,并介绍了单晶叶片中几种常见缺陷的形成机制和相关控制技术。此外,本文还讨论了单晶高温合金及单晶叶片在应用基础研究领域面临的困难和挑战。
郭钊[6]（2019）在《航空镍基高温合金叶片定向凝固过程多尺度耦合数值模拟研究》文中研究表明精密铸造定向凝固工艺是整体铸造复杂形状高温合金叶片的主要技术,被广泛应用于航空类高温复杂零部件成形制造中。目前,定向凝固过程实验研究无法直观地反映工艺-物理场-凝固组织之间影响过程机理,而数值模拟研究在一定程度上虽然能得到一些定向凝固过程工艺影响规律和组织演变机理,但由工艺到铸件凝固组织是一个涉及多尺度耦合的过程,单个尺度的数值模拟研究常常忽略了定向凝固过程的多尺度联系,易导致无法实际准确表征定向凝固组织演化过程机理。据此,本文针对实际航空镍基高温合金叶片精密铸造定向凝固工艺过程,采用数值模拟与实验研究方法,系统研究了定向凝固过程宏观尺度传热、微观尺度组织生长及介观晶粒演化生长行为与机理,深入探索了多物理场多尺度之间耦合作用对凝固组织的影响规律,开发了基于华铸CAE定向凝固过程多尺度数值预测分析系统,并应用于航空单晶叶片定向凝固过程的工艺优化,科学指导实际生产。主要研究工作与取得的成果如下。开展了定向凝固过程多尺度实验。在宏观尺度上,研究了定向炉膛设备传热关键位置和铸件系统温度场分布规律,结果表明,对于隔热板不同位置,隔热板内部位置温度场相对最稳定,对于水冷铜环不同位置,越往下远离加热区和隔热区,其温度场越不稳定;在微观尺度上,研究了镍基高温合金定向凝固柱状晶组织的演化规律,结果表明,该镍基高温合金定向凝固柱状晶局部横截面枝晶尺寸最大超过了500微米,一次枝晶间距大小为0.189 mm;在介观尺度上,分析介观晶粒在定向温度场作用下的竞争生长规律,结果表明,随着沿Z轴正方向凝固生长,各截面晶粒数逐渐降低,但晶粒尺寸逐渐增大。构建了定向凝固过程多尺度耦合数学模型。在宏观尺度上,修正了定向凝固过程宏观尺度传热数值模型;在微观尺度上,改进了微观组织生长数值模型;在介观尺度上,建立了适用于有限区域多晶粒介/微观组织演化数值模型;最后,综合宏观传热模型与介/微观晶粒演化模型,同时考虑初生枝晶-二次共晶耦合生长,构建全尺寸铸件的直接凝固组织演化多尺度耦合模型。在定向凝固过程宏观尺度传热研究上,提出了一种针对定向凝固炉膛中复杂铸件系统的变时间步长特征射线动态追踪算法,并改进了差分网格外表面辐射热量数值计算精度。对定向凝固抽拉阶段多个叶片宏观温度场进行了数值模拟研究,模拟结果表明,模壳最终温度场呈现中心径向对称分布,模壳径向向外的外表面温度场都大于模壳径向向内的表面温度场。在定向凝固微观尺度组织研究上,改进了CA数值模拟方法,采用27点溶质场离散格式对微观枝晶生长过程进行了数值离散求解,对微观枝晶生长进行了数值模拟分析,结果表明,在入口速度V为5.0×10-4 m·s-1时,随着过冷度的增大,枝晶形貌非对称性生长影响逐渐减小,在过冷度ΔT为4 K时,随着入口速度的增大,枝晶形貌非对称性生长影响逐渐增大;取向越大的枝晶其枝晶臂形貌更繁茂,更易阻碍淘汰邻近其它枝晶的生长。在定向凝固介观尺度组织研究上,提出了一种在同一介观网格尺度下定量计算固相分数的晶粒界面追踪模拟算法,并研究了形核参数对定向凝固组织等轴晶向柱状晶的影响规律,模拟结果表明,当平均过冷度与过冷度方差比值逐渐增大时,熔体内部的形核参数将逐渐对铸件组织影响减小。研究了冷却速率、温度梯度对凝固晶粒尺寸及组织结构（ECT）分布的影响规律,模拟结果表明,随着冷却速率的增大,等轴晶晶粒尺寸由粗大变细小,晶粒数明显增大,同时温度梯度的增加能促进了柱状晶的快速生长,从而抑制晶粒形核数。在定向凝固宏-介/微观多尺度耦合研究上,对单晶叶片引晶段与选晶段凝固组织演变过程进行数值模拟分析,模拟结果表明,在低抽拉速度下,可提高选晶器淘汰晶粒个数,但将延长选晶距离。对全尺寸单晶叶片定向凝固组织进行数值模拟分析,模拟结果表明,当减小叶片变截面尺寸时,可有效抑制杂晶形成。最后,设计开发了基于华铸CAE的定向凝固多尺度模拟软件数值计算模块。对定向凝固缩松缩孔进行数值模拟分析,模拟结果表明,在不同视角下,缩松缩孔分布在引晶段顶端边缘与叶冠边缘,其中缩孔只分布于叶冠处。对单晶叶片定向凝固组织演变过程进行多尺度模拟工艺优化,模拟结果直观体现了宏观等温线内凹形状容易在具有复杂外形的单晶铸件平台形成较大过冷度,导致产生杂晶缺陷,而水平或者外凸形状则不会导致杂晶。
马奥林[7]（2019）在《镍基单晶高温合金定向凝固规律及组织控制的研究》文中研究表明涡轮发动机叶片工作环境恶劣,对内部组织和叶片质量有严格要求。目前采用的单晶空心叶片结构复杂,单晶成型工艺的难度增大,导致定向凝固过程容易产生杂晶、取向偏离、组织粗大等缺陷。高温合金中难溶元素含量的增加导致铸态组织产生高度的成分偏析,同时存在共晶相含量高、组织不均匀等缺陷,严重降低叶片的高温力学性能,需采用适当的热处理工艺改善叶片的铸态组织。随着计算机软硬件技术的发展,数值模拟已成为研究单晶叶片定向凝固过程的重要方法。本文以模拟和实验相结合的方法研究了单晶叶片的选晶过程、定向凝固规律和杂晶的形成、热处理制度对合金组织的影响,致力于获得组织稳定均匀、性能良好的单晶叶片,主要内容如下:1.对制备单晶所需的选晶器进行了模拟和实验研究。选晶器包括引晶段和螺旋选晶段两部分,引晶段主要作用是通过外壁的阻挡和晶粒间的竞争生长减小晶粒密度并优化晶粒取向。随着引晶段高度的增加晶粒数量减小,由等轴晶向柱状定向组织转变,[001]方向和轴向的偏角逐渐减小,一次枝晶间距增大。引晶段高度增大至一定值后,对晶粒取向的优化作用减弱。螺旋段是通过狭窄几何螺旋通道的限制作用和促进晶粒的竞争生长选择一个晶粒生长成为单晶组织。螺旋段的选晶机制包括纵向对于一次枝晶的选择和横向对于二次枝晶的限制作用,处于通道内有利位置的晶粒存在更大的生长空间,占据生长优势容易被选出。模拟结果表明螺旋段中通过竞争生长而胜出的唯一晶粒取向是随机的。2.对单晶叶片定向凝固过程温度场的分布和凝固顺序进行了研究,并分析了变截面杂晶的形成方式和影响因素。铸件不同部位的凝固界面移动速度不同,并且和抽拉速度相关。不同的抽拉速度下糊状区的弯曲状态不同,增大抽拉速度导致液相前沿的温度梯度减小,糊状区宽度增加。叶身的等温线由阴影侧叶背向近炉侧叶盆推进。型芯的存在减小了叶片壁厚,无法形成持续的横向温度梯度,缩小了横向枝晶的生长空间,叶身部分的单晶组织生长状态较好。叶片缘板的枝晶由叶身向四周扩展,缘板边缘的过冷度较大,枝晶生长至过冷区域即快速生长。当边缘过冷度超过临界形核过冷度杂晶形成,倾斜变截面阴影侧最低点的杂晶形成倾向最大。抽拉速度增加后通过改变等温线的弯曲程度增大了平台边缘的过冷度,进而影响杂晶的形成倾向性。较小的抽拉速度可有效避免杂晶的形成。3.对单晶叶片铸态和热处理态微观组织和成分偏析进行了研究。铸态试样中枝晶干γ’相尺寸均匀细小,枝晶间γ’相较粗大,而且存在大量的低熔点γ/γ’共晶相。W、Re等元素偏聚于枝晶干,Al、Ta等元素富集在枝晶间。随着固溶温度的增加和固溶时间的延长,共晶相含量逐渐减少,固溶温度为1340℃时共晶相完全溶解。进一步提高固溶温度,枝晶间和枝晶干中出现初熔现象,其中枝晶间更容易产生初熔。固溶温度升高组织中γ’相尺寸减小,并在1340℃时趋于均匀。固溶处理可改善元素在枝晶干和枝晶间的偏析情况,其中Cr、Co、Ni在较低的固溶温度下即可快速扩散均匀,Al、Ta元素均匀化的温度稍高,W、Re元素的偏析最难改善,为避免组织中出现初熔,W、Re元素的偏析并未消除。
郭常振[8]（2019）在《镍基合金DZ125-X定向凝固涡轮叶片的组织研究与工艺优化》文中研究指明涡轮叶片作为航空发动机的关键部件,较高的服役温度和复杂的应力考验使得其成为工况最为恶劣的热端部件。随着航空发动机不断提高推重比,涡轮叶片的工作温度和载荷不断提高,高性能定向凝固涡轮叶片的制造已成为航空发动机发展的核心技术。因此研究定向涡轮叶片的制备、组织优化工艺具有重要的实用意义。本课题针对一种新型镍基定向凝固高温合金,采用高速凝固法（HRS）制备定向涡轮叶片。主要研究了制备过程中关键工艺参数对叶片组织的影响,分析研究了叶片在凝固过程中各阶段组织的演变,观察分析了叶片铸态组织中的枝晶偏析和缩松缺陷,此外也研究了叶片组织的热处理工艺优化及对力学性能的影响。研究结果如下:对于所试验的新型定向高温合金和所制作的涡轮叶片,抽拉速度过慢或过快都使得叶片晶体偏离主应力轴;过慢易造成断晶,过快易导致杂晶。随着抽拉速度的提高,叶片一次枝晶间距和二次枝晶间距减小,共晶含量先减少后增多,γ′强化相尺寸减小。随着型壳保温温度的提高,叶身晶体数目增多,一次枝晶间距、二次枝晶间距和γ′强化相尺寸均减小,共晶含量降低。引晶段随着固液界面的推进,晶体数目减少,取向得到一定优化,一次枝晶间距逐渐增大。自下而上,叶根处晶体内敛生长,叶身上部分晶体发散生长。随着凝固高度和壁厚尺寸的增加,叶片一次枝晶间距变大,共晶含量增多。γ′强化相尺寸,随叶片壁厚尺寸增加呈增大趋势。元素Mo、Ti、Ta和Al为正偏析元素,W、Co和Cr为负偏析元素,枝晶偏析程度随着叶身凝固高度的增加呈加重趋势。宏观缩松通常沿着重力方向产生在枝晶间,有时会在叶身形成“沟槽式”的隧道缩松,而微观缩松产生在枝晶间共晶组织附近,呈不规则的长条形、圆形和三角形,且随着叶身凝固高度的增加,微观缩松总体水平升高,单个缩松尺寸先增大后减小。叶片经过1285℃/2h+1305℃/2h+1325℃/12h,AC固溶处理析出细小的γ′相,平均尺寸约为0.30μm,基本消除共晶组织和降低元素偏析。高温时效的温度过高或时间过长,都会引起γ′相边缘钝化,γ相基体通道中析出三次γ′相。经过870℃/24h的低温时效处理,可有效调整γ′相的立方度和体积分数。叶身试样热处理后显微硬度分布均匀可达500HV;铸态和热处理态在980℃条件下的抗拉强度分别为486.5Mpa、558.6Mpa,延伸率分别为9.7%、16.1%;在1000℃/140Mpa条件下的持久寿命分别为51.2h、108.7h,延伸率分别为12.8%、20.5%;经过热处理后叶片的力学性能显着提高。
于军伟[9]（2019）在《不同抽拉速率下DD6单晶高温合金的组织、性能研究》文中提出镍基单晶高温合金是一种重要的结构材料,广泛应用于航空发动机热端部件制造,尤其是涡轮叶片。单晶高温合金尽管采用先进的制备工艺和热处理工艺,消除了晶界,高温性能大幅提高,但是高温合金中仍存在不同程度的显微疏松、固溶微孔缺陷。微观孔洞使得基体的连续性遭到破坏,在加载过程中,很容易造成应力集中,会对高温合金的力学性能和使用寿命产生严重危害。因此急需开展单晶合金中微观孔洞的形成机理及控制方法研究,为实现优质单晶高温合金叶片制备进行技术储备。本课题以我国自主研发的一种含2%Re的第二代单晶高温合金为研究对象,运用快速凝固法制备单晶高温合金试棒,研究抽拉速率对单晶凝固组织的影响规律,抽拉速率选了三种,分别为30μm/s、80μm/s和150μm/s。随后进行高温固溶,研究固溶温度、时间对固溶微孔及合金元素偏析的影响规律。接着开展标准热处理及长期时效,研究长期时效温度对组织稳定性的影响。最后进行热等静压,高温低周疲劳,分析热处理、等静压制度对合金组织尤其是疲劳性能的影响规律,力图为该合金的应用提供技术支持。主要结论如下:（1）随着抽拉速度增加,一、二次枝晶间距减小,显微疏松先降低后升高,共晶含量增加,主要元素的偏析加剧,γ′相的尺寸减小。中等抽拉速率下与（001）取向偏离达到4°,合金取向较好。合金的固液相线随抽拉速度无明显变化。（2）固溶处理可显着改变合金元素的偏析情况,共晶基本消失。高温固溶后,主要元素的偏析比相近,随固溶时间延长,固溶微孔显着增多,经过1320℃/6h处理后,孔洞含量可达0.46%,比铸态高一个数量级。（3）热等静压明显降低铸态组织中的显微疏松及共晶含量,热等静压后,γ′相尺寸增加,立方化程度降低,γ基体通道变宽。在热等静压过程中伴随着碳化物的形成,降低合金的硬度。（4）980℃下长期时效组织发生粗化,1050℃下长期时效会产生大量TCP相,严重损害组织稳定性。（5）热等静压+标准热处理会降低DD6的高温低周疲劳性能,主要是由于碳化物析出、再结晶及局部初熔。
刘建伟[10]（2018）在《镍基单晶空心涡轮叶片定向凝固过程模拟及组织控制研究》文中提出随着涡轮叶片工作温度不断提高使得制备叶片的镍基单晶高温合金的合金化程度越来越高、叶片内部气冷结构也越来越复杂,这导致了单晶叶片铸造性能下降、单晶率难以控制,高温下氧化行为也更加复杂。计算机软硬件技术的提高使得数值模拟技术发展迅速,通过数值方法可模拟航空发动机涡轮叶片的定向凝固过程,计算机数值模拟技术将定向凝固变成“可视化”的过程,即不同工艺参数下温度场糊状区的分布及单晶组织的生长都可以通过模拟结果直观描述出来,为单晶定向凝固提供了便捷、准确的研究手段。本论文采用计算机模拟结合定向凝固实验的方法,重点研究了单晶空心涡轮叶片定向凝固过程及组织控制,主要内容和结论如下。（1）对选晶器的选晶过程进行了模拟和实验研究。研究发现,随着固液界面在[001]方向上的不断推进引晶段一次枝晶间距逐渐增大,晶粒偏转角逐渐减小,取向得到优化;抽拉速度会对温度场产生影响进而影响组织生长的倾斜程度;引晶段高度对晶粒有明显的优化作用因而实际定向凝固过程中,应制定合适的抽拉速度和高度;螺旋段本身并不能优化晶粒的取向。（2）对单晶空心叶片的温度场进行了模拟研究。研究表明,型芯的温度场和叶身的温度场分布总体趋势相同,但型芯的温度曲线相较于叶身更为平滑。型芯对叶片具有保温作用且型芯越厚,保温效果越好。型芯的保温作用、叶片的结构和叶片与保温加热器的距离三者共同决定了单晶空心叶片叶身不同位置处温度场分布的不同。不同的抽拉速度下单晶空心叶片定向凝固过程的温度场也会产生变化。（3）探讨了单晶叶片变截面处的组织凝固及温度场分布规律,分析了叶片缘板处杂晶的形成机制。结果表明,变截面处的晶体生长是叶身生长上来的单晶组织最先到达温度最低的边缘处,然后向四周生长,并不断向变截面中心推进,最后与叶身生长上来的单晶组织汇合。壁厚的差异对一次枝晶的影响较大,随着壁厚的增加,枝晶间距逐渐增大。同时还采用变速抽拉技术优化了定向凝固工艺参数。
二、DD8镍基高温合金单晶制备中的杂晶长大机制（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、DD8镍基高温合金单晶制备中的杂晶长大机制（论文提纲范文）
（1）Co-Al-W基高温合金凝固特性与单晶叶片制备工艺基础研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 研究背景 |
| 1.1.3 研究目的与意义 |
| 1.2 铸造高温合金发展概述 |
| 1.2.1 定向凝固技术 |
| 1.2.2 单晶制备技术 |
| 1.3 铸造高温合金的凝固行为研究 |
| 1.3.1 铸造高温合金凝固特性 |
| 1.3.2 铸造高温合金凝固特征温度 |
| 1.3.3 铸造高温合金凝固偏析 |
| 1.3.4 铸造高温合金凝固缺陷 |
| 1.4 铸造高温合金定向凝固工艺研究 |
| 1.4.1 铸造高温合金定向凝固工艺模拟研究 |
| 1.4.2 铸造高温合金定向凝固工艺实验研究 |
| 1.5 Co-Al-W基铸造高温合金研究现状与存在问题 |
| 1.5.1 Co-Al-W基铸造高温合金的相组成和成分特征 |
| 1.5.2 Co-Al-W基铸造高温合金的高温力学性能 |
| 1.5.3 Co-Al-W基铸造高温合金凝固行为 |
| 1.5.4 Co-Al-W基铸造高温合金急需解决问题与发展方向 |
| 2 研究内容、技术路线与创新点 |
| 2.1 研究内容 |
| 2.2 技术路线 |
| 2.3 创新点 |
| 3 添加Ta和Ti对Co-7Al-8W合金凝固行为的影响 |
| 3.1 Ta、Ti元素对合金铸态组织的影响 |
| 3.2 Ta、Ti元素对合金固液相线的影响 |
| 3.3 Ta、Ti元素对合金凝固偏析行为的影响 |
| 3.4 Ta、Ti元素对合金凝固路径的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 Al、W含量对Co-30Ni-xAl-(15-x)W-5Cr-1Ta-4Ti合金凝固和固溶行为的影响 |
| 4.1 Al、W含量对合金凝固行为的影响 |
| 4.1.1 Al、W含量对合金铸态组织的影响 |
| 4.1.2 Al、W含量对合金固液相线的影响 |
| 4.1.3 Al、W含量对合金凝固偏析行为的影响 |
| 4.1.4 Al、W含量对合金凝固行为的影响 |
| 4.2 Al、W含量对合金固溶行为的影响 |
| 4.3 合金固溶过程中μ相的形成机制 |
| 4.3.1 合金固溶过程中的组织演变 |
| 4.3.2 合金中μ相的析出机制 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 Ni含量对Co-xNi-11Al-4W-5Cr-1Ta-4Ti合金凝固行为和热裂缺陷的影响 |
| 5.1 Ni含量对合金凝固特性的影响 |
| 5.2 Ni含量对合金凝固过程组织演变的影响 |
| 5.3 Ni含量对合金热裂形成倾向的影响 |
| 5.4 Ni含量对合金固溶行为的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 Co-30Ni-11Al-4W-5Cr-1Ta-4Ti合金定向凝固模拟与单晶叶片制备工艺确定 |
| 6.1 定向凝固工艺模拟模型 |
| 6.1.1 定向凝固工艺简化物理模型 |
| 6.1.2 定向凝固过程传热模型 |
| 6.1.3 晶粒组织模拟计算模型 |
| 6.2 热物性参数与边界条件设置 |
| 6.2.1 模拟所用热物性参数设置 |
| 6.2.2 模拟所用边界条件设置 |
| 6.2.3 晶粒组织模拟参数设置 |
| 6.3 合金定向凝固过程的模拟与实验分析 |
| 6.3.1 棒状铸件模拟与实验分析 |
| 6.3.2 工艺参数对合金定向凝固过程的影响 |
| 6.4 合金单晶叶片定向凝固工艺确定 |
| 6.4.1 摆放方式对单晶叶片定向凝固过程的影响 |
| 6.4.2 抽拉速度对单晶叶片定向凝固过程的影响 |
| 6.4.3 单晶叶片定向凝固工艺的确定与实验验证 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 结论 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（2）激光增材制造镍基单晶高温合金显微组织和力学性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 镍基单晶高温合金 |
| 1.3 定向凝固技术 |
| 1.3.1 单晶高温合金的制备工艺 |
| 1.3.2 单晶高温合金的凝固缺陷 |
| 1.4 激光增材制造技术 |
| 1.5 激光增材显微组织及力学性能 |
| 1.5.1 激光增材制造工艺对熔池几何尺寸的影响 |
| 1.5.2 单晶组织外延生长机制及其影响因素 |
| 1.5.3 激光增材制造单晶合金的枝晶特征 |
| 1.5.4 高温合金力学性能 |
| 1.6 脉冲激光和连续激光特性 |
| 1.7 本文研究目的和主要内容 |
| 第2章 试验材料和方法 |
| 2.1 合金材料 |
| 2.2 激光增材制造单晶工艺 |
| 2.3 组织性能表征 |
| 2.4 试验设计 |
| 2.5 脉冲激光增材制造代码生成 |
| 2.5.1 CNC数控机床控制指令 |
| 2.5.2 脉冲激光增材制造代码软件设计 |
| 2.5.3 脉冲激光增材制造代码输出操作 |
| 第3章 脉冲激光增材制造单晶高温合金显微组织 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 理论模型与试验设计 |
| 3.2.1 一次枝晶间距模型 |
| 3.2.2 凝固参数的传热模型 |
| 3.3 重熔试验 |
| 3.3.1 熔池的微观结构特征 |
| 3.3.2 脉冲激光参数对PDAS的影响 |
| 3.4 熔覆试验 |
| 3.4.1 熔覆层的微观结构 |
| 3.4.2 激光加工参数对熔覆尺寸的影响 |
| 3.4.3 工艺参数对CET转变的影响 |
| 3.4.4 单晶脉冲激光增材制造工艺的优化 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 脉冲激光增材制造单晶高温合金拉伸性能 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 沉积区单晶的组织结构 |
| 4.2.1 修复单晶截面的OM分析 |
| 4.2.2 修复单晶截面的SEM分析 |
| 4.2.3 修复单晶截面的同步辐射分析 |
| 4.3 拉伸性能 |
| 4.4 变形机制 |
| 4.5 断裂机理 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 脉冲激光增材制造单晶高温合金持久性能 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 修复单晶的组织结构 |
| 5.2.1 修复单晶的原始组织 |
| 5.2.2 热处理态的组织结构 |
| 5.3 持久性能分析 |
| 5.3.1 持久寿命 |
| 5.3.2 断口分析 |
| 5.3.3 持久断裂组织分析 |
| 5.3.4 碳化物和TCP相对持久性能的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
| 作者简介 |
（3）基于形核过冷度调控镍基高温合金凝固组织研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 形核理论基础及研究进展 |
| 1.2.1 形核过冷度 |
| 1.2.2 润湿性 |
| 1.2.3 异质形核理论模型 |
| 1.2.4 形核过冷度的影响因素 |
| 1.3 高温合金的发展 |
| 1.3.1 镍基高温合金的发展 |
| 1.3.2 镍基单晶高温合金的发展 |
| 1.4 高温合金熔模精密铸造技术 |
| 1.4.1 熔模精密铸造技术简介 |
| 1.4.2 合金熔体-陶瓷材料的界面反应与润湿性 |
| 1.5 定向凝固技术制备单晶高温合金 |
| 1.5.1 定向凝固技术理论基础和应用 |
| 1.5.2 单晶高温合金的常见组织缺陷 |
| 1.5.3 平台杂晶缺陷的形成机理与控制技术 |
| 1.6 细晶铸造技术制备等轴晶高温合金 |
| 1.6.1 细晶铸造技术 |
| 1.6.2 晶粒细化剂在高温合金中的应用 |
| 1.7 本文研究的背景与目的 |
| 第2章 合金成分对镍基高温合金临界形核过冷度和杂晶形成的影响 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验材料和方法 |
| 2.2.1 实验材料 |
| 2.2.2 临界形核过冷度测试实验 |
| 2.2.3 定向凝固实验 |
| 2.2.4 样品分析与组织观察 |
| 2.3 定向凝固过程的ProCAST数值模拟 |
| 2.3.1 定向凝固过程的温度场模拟 |
| 2.3.2 定向凝固过程的晶粒组织模拟 |
| 2.4 合金元素对临界形核过冷度的影响 |
| 2.5 平台尺寸对高温合金杂晶形成倾向性的影响 |
| 2.6 Ta和W对高温合金变截面平台杂晶形成的影响 |
| 2.6.1 Ta元素对变截面平台杂晶形成倾向性的影响 |
| 2.6.2 W元素对变截面平台杂晶形成倾向性的影响 |
| 2.6.3 Ta和W元素对变截面平台杂晶形成倾向性的影响分析 |
| 2.7 Re和Ru对高温合金变截面平台杂晶形成的影响 |
| 2.7.1 Re和Ru对变截面平台杂晶形成倾向性的影响 |
| 2.7.2 Re和Ru元素对变截面平台杂晶形成倾向性的影响分析 |
| 2.8 本章小结 |
| 第3章 陶瓷材料对镍基高温合金润湿性和杂晶形成的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验材料与方法 |
| 3.2.1 实验材料 |
| 3.2.2 陶瓷基板与高温合金之间的润湿性实验 |
| 3.2.3 变截面平台定向凝固实验 |
| 3.3 陶瓷基板与高温合金之间的润湿性与界面反应 |
| 3.3.1 陶瓷材料对高温合金体系润湿性的影响 |
| 3.3.2 陶瓷基板与高温合金之间的界面反应 |
| 3.3.4 陶瓷基板与高温合金之间的反应润湿机制 |
| 3.3.5 陶瓷基板与高温合金之间的界面反应过程 |
| 3.4 陶瓷材料对高温合金杂晶形成倾向性的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 变截面平台杂晶的形成机制和工艺调控研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 变截面平台杂晶的形成机制 |
| 4.2.1 枝晶熔断形成的杂晶 |
| 4.2.2 异质形核形成的杂晶 |
| 4.3 工艺条件对杂晶形成的影响 |
| 4.3.1 数值模拟物性参数和边界条件 |
| 4.3.2 模组排列方式对变截面平台杂晶形成的影响 |
| 4.3.3 型壳厚度对变截面平台杂晶形成的影响 |
| 4.3.4 抽拉速率对变截面平台杂晶形成的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 高温合金异质形核晶粒细化研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验材料和方法 |
| 5.2.1 实验合金材料 |
| 5.2.2 细化剂的选择与制备 |
| 5.2.3 细化剂细晶铸造工艺 |
| 5.2.4 组织检测分析 |
| 5.3 WC粉末对高温合金晶粒细化研究 |
| 5.3.1 WC粉末对高温合金晶粒尺寸的影响 |
| 5.3.2 WC粉末对枝晶组织及析出相的影响 |
| 5.3.3 WC细化剂的细化机制 |
| 5.4 新型细化剂对高温合金晶粒细化研究 |
| 5.4.1 新型细化剂对高温合金晶粒尺寸的影响 |
| 5.4.2 新型细化剂对枝晶组织及析出相的影响 |
| 5.4.3 新型细化剂的细化机制 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 全文结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
| 作者简介 |
（4）条纹晶和显微孔洞的形成机理及其对单晶高温合金力学性能的影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 高温合金的发展 |
| 1.2 镍基单品高温合金的发展 |
| 1.3 镍基单晶高温合金的制备 |
| 1.3.1 定向凝固原理 |
| 1.3.2 定向凝固工艺 |
| 1.3.3 单晶高温合金的制备 |
| 1.4 镍基单晶高温合金中的缺陷 |
| 1.4.1 杂晶 |
| 1.4.2 小角度晶界 |
| 1.4.3 条纹晶 |
| 1.4.4 显微孔洞 |
| 1.5 X射线三维断层扫描技术在材料研究中的应用 |
| 1.6 研究目的、意义及研究内容 |
| 第2章 实验材料利方法 |
| 2.1 母合金制备 |
| 2.2 单品铸件的制备 |
| 2.3 化学成分检测 |
| 2.4 组织观察和表征 |
| 2.5 力学性能测试 |
| 2.6 数值模拟 |
| 2.7 实验方案 |
| 第3章 条纹晶缺陷的形成和演化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验结果 |
| 3.2.1 条纹晶缺陷的表征 |
| 3.2.2 条纹晶缺陷的形成 |
| 3.2.3 条纹晶缺陷的演化 |
| 3.3 分析和讨论 |
| 3.3.1 条纹晶缺陷的形成机制 |
| 3.3.2 条纹晶缺陷的演化 |
| 3.4 在单晶高温合金叶片中的应用 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 显微孔洞对单晶高温合金疲劳性能的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验结果 |
| 4.2.1 不同铸造工艺下合金的显微组织 |
| 4.2.2 疲劳实验结果 |
| 4.2.3 碳化物开裂现象 |
| 4.3 分析和讨论 |
| 4.3.1 不同铸造工艺下合金的显微组织和疲劳结果对比 |
| 4.3.2 加载条件对疲劳裂纹萌生行为的影响 |
| 4.3.3 缺陷的尺寸、形状以及分布位置对疲劳裂纹萌生行为的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 显微孔洞在疲劳过程中的演化 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验结果 |
| 5.2.1 低应力幅(450 MPa)下的准原位疲劳实验 |
| 5.2.2 高应力幅(517.5 MPa)下的准原位疲劳实验 |
| 5.2.3 不同应力幅下中断实验结果的对比 |
| 5.3 分析和讨论 |
| 5.3.1 疲劳裂纹萌生和扩展在疲劳寿命中的占比 |
| 5.3.2 微观组织对裂纹扩展行为的影响 |
| 5.3.3 显微孔洞的数量在疲劳过程中的演化及影响 |
| 5.3.4 显微孔洞的尺寸在疲劳过程中的演化及影响 |
| 5.3.5 显微孔洞的形状在疲劳过程中的演化及影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 主要结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
| 作者简介 |
（5）镍基单晶高温合金的研发进展（论文提纲范文）
| 1 单晶高温合金研发概况 |
| 2 先进单晶合金的研制 |
| 3 单晶高温合金的性能 |
| 3.1 单晶高温合金的蠕变 |
| 3.2 单晶高温合金的疲劳 |
| 3.3 单晶高温合金的氧化和热腐蚀 |
| 3.4 单晶高温合金中常见缺陷对性能的影响 |
| 3.4.1 小角度晶界 |
| 3.4.2 再结晶 |
| 3.4.3 显微孔洞 |
| 4 单晶叶片的制备工艺 |
| 4.1 定向凝固工艺 |
| 4.2 缺陷控制 |
| 4.2.1 晶体取向控制 |
| 4.2.2 条纹晶 |
| 4.2.3 再结晶 |
| 4.3 增材制造 |
| 5 总结 |
（6）航空镍基高温合金叶片定向凝固过程多尺度耦合数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源、研究背景和目的意义 |
| 1.2 镍基高温合金与定向凝固工艺概述 |
| 1.3 定向凝固过程宏观温度场模拟研究发展概述 |
| 1.4 定向凝固过程微观组织模拟研究发展概述 |
| 1.5 定向凝固过程介观组织模拟研究发展概述 |
| 1.6 定向凝固过程多尺度耦合数值模拟研究发展概述 |
| 1.7 目前存在的主要问题与本文研究的主要内容 |
| 2 镍基高温合金定向凝固过程多尺度实验研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 定向凝固过程宏观尺度测温实验 |
| 2.3 定向凝固过程微观尺度组织金相、SEM实验 |
| 2.4 定向凝固介观晶粒组织竞争淘汰生长实验 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 定向凝固过程多尺度耦合数学模型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 定向凝固过程物理模型简化及基本条件假设 |
| 3.3 定向凝固过程宏观尺度传热模型 |
| 3.4 定向凝固过程微观尺度组织生长模型 |
| 3.5 定向凝固过程介观尺度组织演化模型 |
| 3.6 宏-介/微观多尺度耦合晶粒演化模型 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 镍基高温合金定向凝固过程宏观温度场数值模拟 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于离散传递的辐射热量射线动态追踪计算方法 |
| 4.3 改进差分网格的辐射数值计算 |
| 4.4 定向凝固过程宏观传热模型算法的解析及实验验证 |
| 4.5 抽拉阶段多个涡轮叶片辐射传热数值模拟 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 镍基高温合金定向凝固过程微观组织生长数值模拟 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 枝晶及共晶生长元胞自动机模拟算法与数值求解 |
| 5.3 同位网格多物理场数值离散与求解技术 |
| 5.4 微观组织生长模型算法解析验证 |
| 5.5 定向凝固过程微观组织生长数值模拟 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 镍基高温合金定向凝固过程介观组织演化数值模拟 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 介观晶粒界面追踪模拟算法与数值求解 |
| 6.3 介/微观晶粒生长模型与界面追踪模拟算法验证 |
| 6.4 定向凝固过程介观晶粒形核与生长数值模拟 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 定向凝固过程宏-介/微观多尺度耦合晶粒演化过程数值模拟 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 定向凝固宏-介/微观多尺度耦合模型实验验证 |
| 7.3 单晶叶片引晶段与选晶段凝固晶粒组织模拟 |
| 7.4 单晶叶片全尺寸整体凝固晶粒组织模拟 |
| 7.5 本章小结 |
| 8 基于华铸CAE的定向凝固过程多尺度模拟软件的开发与应用 |
| 8.1 引言 |
| 8.2 基于华铸CAE的定向凝固过程多尺度模拟软件的设计 |
| 8.3 定向凝固过程多尺度模拟软件的功能开发与集成 |
| 8.4 航空用单晶叶片定向凝固工艺过程模拟仿真应用 |
| 8.5 本章小结 |
| 9 总结与展望 |
| 9.1 全文总结 |
| 9.2 创新点 |
| 9.3 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间的学术成果与学术交流 |
（7）镍基单晶高温合金定向凝固规律及组织控制的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题意义 |
| 1.2 镍基高温合金的发展 |
| 1.3 单晶叶片制备技术 |
| 1.3.1 定向凝固技术的发展 |
| 1.3.2 单晶制备技术 |
| 1.4 计算机数值模拟研究进展 |
| 1.4.1 温度场模拟研究进展 |
| 1.4.2 微观组织模拟研究进展 |
| 1.5 单晶叶片组织控制的研究 |
| 1.5.1 杂晶缺陷的研究进展 |
| 1.5.2 高温合金热处理研究 |
| 1.6 本文研究内容 |
| 第二章 实验材料和方法 |
| 2.1 实验材料 |
| 2.1.1 合金材料 |
| 2.1.2 模型蜡、制壳和型芯材料 |
| 2.2 单晶叶片制备 |
| 2.2.1 制备型芯和蜡模 |
| 2.2.2 制备模壳 |
| 2.2.3 定向凝固过程 |
| 2.3 合金试样的热处理 |
| 2.4 模拟模型和模拟方法 |
| 2.4.1 三维模型和参数设置 |
| 2.4.2 计算机模拟方法 |
| 第三章 单晶叶片螺旋选晶器的选晶行为 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模型设计和实验方法 |
| 3.3 引晶段的选晶行为 |
| 3.4 螺旋段的选晶行为 |
| 3.4.1 纵向选晶机制 |
| 3.4.2 横向选晶机制 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 单晶叶片定向凝固规律及杂晶的形成 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 定向凝固机制的数学模型 |
| 4.3 抽拉速度对叶片定向凝固过程温度场的影响 |
| 4.3.1 抽拉速度对凝固界面移动速度的影响 |
| 4.3.2 抽拉速度对糊状区形态的影响 |
| 4.3.3 抽拉速度对固液界面温度梯度的影响 |
| 4.4 单晶空心叶片横截面温度场分布和凝固规律 |
| 4.5 单晶叶片变截面枝晶生长规律及杂晶的形成 |
| 4.5.1 变截面枝晶生长规律 |
| 4.5.2 变截面杂晶形成规律 |
| 4.5.3 抽拉速度对变截面杂晶形成的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 热处理工艺对单晶组织的影响规律 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 铸态微观组织和成分偏析 |
| 5.3 固溶处理对单晶组织的影响 |
| 5.4 固溶处理对元素偏析的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 主要结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间发表的学术论文 |
（8）镍基合金DZ125-X定向凝固涡轮叶片的组织研究与工艺优化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题意义 |
| 1.2 镍基定向凝固高温合金的研究现状 |
| 1.2.1 镍基定向凝固高温合金的应用与发展 |
| 1.2.2 镍基定向凝固高温合金的相组成 |
| 1.3 定向凝固涡轮叶片制备技术研究进展 |
| 1.3.1 近净形熔模铸造技术 |
| 1.3.2 定向凝固技术 |
| 1.4 定向凝固涡轮叶片制备工艺参数与缺陷研究 |
| 1.4.1 晶体取向偏离 |
| 1.4.2 杂晶 |
| 1.4.3 枝晶偏析 |
| 1.4.4 缩松 |
| 1.5 镍基合金定向凝固涡轮叶片的热处理特征 |
| 1.6 本课题主要研究内容 |
| 第二章 实验材料及方法 |
| 2.1 实验材料 |
| 2.2 实验设备 |
| 2.2.1 制壳设备 |
| 2.2.2 定向凝固设备 |
| 2.2.3 热处理设备 |
| 2.2.4 其他设备 |
| 2.3 实验方法 |
| 2.3.1 叶片的制备 |
| 2.3.2 观察试样的制备 |
| 2.3.3 差热分析 |
| 2.3.4 热处理 |
| 2.3.5 力学性能测试 |
| 第三章 工艺参数对定向凝固涡轮叶片组织的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 定向涡轮叶片铸态组织分析 |
| 3.2.1 宏观组织 |
| 3.2.2 微观组织 |
| 3.3 抽拉速度对定向涡轮叶片宏观组织的影响 |
| 3.4 抽拉速度对定向涡轮叶片微观组织的影响 |
| 3.4.1 抽拉速度对枝晶形貌的影响 |
| 3.4.2 抽拉速度对枝晶间距的影响 |
| 3.4.3 抽拉速度对γ′相的影响 |
| 3.4.4 抽拉速度对γ/γ′共晶组织的影响 |
| 3.5 型壳保温温度对定向涡轮叶片宏观组织的影响 |
| 3.6 型壳保温温度对定向涡轮叶片微观组织的影响 |
| 3.6.1 型壳保温温度对枝晶组织的影响 |
| 3.6.2 型壳保温温度对γ′相的影响 |
| 3.6.3 型壳保温温度对γ/γ′共晶组织的影响 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 定向涡轮叶片的凝固规律与缺陷分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 叶片定向凝固过程的传热分析 |
| 4.3 引晶段的组织变化 |
| 4.4 定向涡轮叶片不同位置处的组织变化 |
| 4.5 定向涡轮叶片γ′相的分布规律 |
| 4.6 枝晶偏析 |
| 4.6.1 枝晶偏析的测量方法和正负偏析元素的测定 |
| 4.6.2 叶身凝固高度对枝晶偏析的影响 |
| 4.7 缩松 |
| 4.7.1 宏观缩松的形成 |
| 4.7.2 微观缩松的形成 |
| 4.7.3 叶身凝固高度对微观缩松的影响 |
| 4.8 本章小结 |
| 第五章 定向凝固涡轮叶片热处理工艺优化与性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 定向涡轮叶片固溶处理工艺的优化 |
| 5.2.1 固溶温度对组织的影响 |
| 5.2.2 固溶均匀化时间对组织的影响 |
| 5.3 定向涡轮叶片时效处理工艺的优化 |
| 5.3.1 高温时效温度对γ′相的影响 |
| 5.3.2 高温时效时间对γ′相的影响 |
| 5.3.3 低温时效对γ′组的影响 |
| 5.4 定向涡轮叶片的力学性能 |
| 5.4.1 显微硬度 |
| 5.4.2 高温拉伸实验 |
| 5.4.3 高温蠕变实验 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 主要结论和展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间发表的论文 |
（9）不同抽拉速率下DD6单晶高温合金的组织、性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 高温合金概述 |
| 1.2 单晶高温合金及其制备 |
| 1.2.1 单晶高温合金发展历程 |
| 1.2.2 单晶高温合金元素及相组成 |
| 1.2.3 定向凝固 |
| 1.3 镍基单晶高温合金中的缺陷 |
| 1.4 热等静压处理 |
| 1.5 疲劳 |
| 1.6 单晶高温合金热处理 |
| 1.6.1 固溶 |
| 1.6.2 时效 |
| 1.7 选题背景、意义及研究内容 |
| 1.7.1 选题背景、意义 |
| 1.7.2 研究内容 |
| 第二章 实验材料与设备 |
| 2.1 实验材料 |
| 2.2 单晶的制备 |
| 2.2.1 定向凝固设备 |
| 2.2.2 单晶的制备过程 |
| 2.3 形貌观察与组织分析 |
| 2.4 差热分析与热力学模拟 |
| 2.5 热处理及热等静压 |
| 2.6 力学性能测试 |
| 2.7 CT三维重构 |
| 2.8 本章小结 |
| 第三章 不同抽拉速率下铸态及热处理态组织、性能研究 |
| 3.1 DD6 铸态组织分析 |
| 3.1.1 单晶取向测定 |
| 3.1.2 铸态组织分析 |
| 3.1.3 抽拉速率对元素偏析的影响 |
| 3.1.4 显微疏松形成机理 |
| 3.2 固溶对DD6 单晶高温合金组织、性能影响 |
| 3.2.1 固溶温度的确定 |
| 3.2.2 固溶对单晶组织的影响 |
| 3.2.3 固溶微孔的形成机理 |
| 3.2.4 固溶对合金硬度的影响 |
| 3.3 DD6 单晶高温合金标准热处理 |
| 3.4 长期时效 |
| 3.4.1 长期时效对组织的影响 |
| 3.4.2 长期时效对合金硬度的影响 |
| 3.5 室温拉伸 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 热等静压对DD6组织和疲劳性能的影响 |
| 4.1 热等静压对单晶组织、性能影响 |
| 4.2 热等静压+标准热处理 |
| 4.3 热等静压对疲劳性能影响 |
| 4.3.1 不同热处理态合金的疲劳性能 |
| 4.3.2 疲劳断口分析 |
| 4.3.3 CT三维重构 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结论和展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间的学术成果 |
（10）镍基单晶空心涡轮叶片定向凝固过程模拟及组织控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题意义 |
| 1.2 镍基高温合金的发展 |
| 1.3 单晶空心叶片制备技术的发展 |
| 1.3.1 定向凝固技术的发展 |
| 1.3.2 涡轮空心叶片冷却技术 |
| 1.3.3 单晶制备技术 |
| 1.4 高温合金定向凝固模拟现状 |
| 1.4.1 温度场仿真模拟研究进展 |
| 1.4.2 组织仿真模拟研究进展 |
| 1.5 单晶空心叶片在定向凝固中的关键问题 |
| 1.5.1 选晶器的研究与设计 |
| 1.5.2 单晶空心叶片的缺陷 |
| 1.6 本论文研究内容 |
| 第二章 实验方法及材料 |
| 2.1 单晶定向凝固实验模型及方法 |
| 2.1.1 实验及模拟模型 |
| 2.1.2 计算机模拟方法 |
| 2.2 单晶定向凝固实验材料 |
| 2.2.1 合金材料 |
| 2.2.2 型壳材料及型芯材料 |
| 2.3 单晶空心涡轮叶片制备流程及设备 |
| 2.3.1 陶瓷型芯及型壳制备流程 |
| 2.3.2 定向凝固流程 |
| 第三章 单晶叶片螺旋选晶器数值模拟与实验研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 晶粒形核模型 |
| 3.3 引晶段 |
| 3.3.1 引晶段内晶粒组织演化 |
| 3.3.2 温度场对引晶段组织生长的影响 |
| 3.3.3 引晶段晶粒取向与截面高度的关系 |
| 3.3.4 晶粒尺寸和密度与截面高度的关系 |
| 3.4 螺旋段 |
| 3.5 结论 |
| 第四章 单晶空心叶片定向凝固过程中温度场的模拟研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 单晶空心叶片定向凝固过程温度场分布 |
| 4.2.1 单晶空心叶片截面温度场的分布 |
| 4.2.2 单晶空心叶片型芯的温度场分布 |
| 4.3 抽拉速度对单晶空心叶片凝固过程温度场的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 单晶空心涡轮叶片变截面的凝固行为及规律 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 单晶空心涡轮叶片变截面凝固规律 |
| 5.3 变截面处杂晶形成规律 |
| 5.4 单晶空心叶片枝晶形貌特征 |
| 5.5 凝固参数对杂晶缺陷的影响 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 主要结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间发表的论文 |
四、DD8镍基高温合金单晶制备中的杂晶长大机制（论文参考文献）
- [1]Co-Al-W基高温合金凝固特性与单晶叶片制备工艺基础研究[D]. 周晓舟. 北京科技大学, 2021(08)
- [2]激光增材制造镍基单晶高温合金显微组织和力学性能研究[D]. 慈世伟. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [3]基于形核过冷度调控镍基高温合金凝固组织研究[D]. 王海伟. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [4]条纹晶和显微孔洞的形成机理及其对单晶高温合金力学性能的影响[D]. 黄亚奇. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [5]镍基单晶高温合金的研发进展[J]. 张健,王莉,王栋,谢光,卢玉章,申健,楼琅洪. 金属学报, 2019(09)
- [6]航空镍基高温合金叶片定向凝固过程多尺度耦合数值模拟研究[D]. 郭钊. 华中科技大学, 2019(01)
- [7]镍基单晶高温合金定向凝固规律及组织控制的研究[D]. 马奥林. 江苏大学, 2019(02)
- [8]镍基合金DZ125-X定向凝固涡轮叶片的组织研究与工艺优化[D]. 郭常振. 江苏大学, 2019(02)
- [9]不同抽拉速率下DD6单晶高温合金的组织、性能研究[D]. 于军伟. 上海交通大学, 2019(06)
- [10]镍基单晶空心涡轮叶片定向凝固过程模拟及组织控制研究[D]. 刘建伟. 江苏大学, 2018(05)