长期时效对一种含Re定向凝固高温合金组织和性能的影响

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篇1：长期时效对一种含Re定向凝固高温合金组织和性能的影响

长期时效对一种含Re定向凝固高温合金组织和性能的影响

研究了950℃长期时效对一种含Re定向凝固高温合金组织和持久性能的影响.结果表明:长期时效后该合金的组织稍有影响,主要是γ相有小幅度粗化长大;长期时效前后合金的持久性能基本没有变化.这是因为合金中含有4%的Re,它能降低合金元素的扩散速率,降低合金组织的'变化程度,减小长期时效对合金的影响,从而提高合金组织的热稳定性.

作 者：张宏炜 Zhang Hongwei  作者单位：北京航空材料研究院先进高温结构材料国防科技重点实验室 刊 名：航天制造技术 英文刊名：AEROSPACE MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(4) 分类号：V4 关键词：长期时效   定向凝固高温合金   显微组织   持久性能   热稳定性  

篇2：长期时效镍基高温合金的组织与力学性能

长期时效镍基高温合金的组织与力学性能

对经过标准热处理Inconel751合金,在700℃和850℃进行长时间的时效处理,测试常温和高温下合金的力学性能,对组织和断口进行观察.结果表明,在700℃时效时,合金的硬度、冲击和室温/高温拉伸强度较为稳定,合金的.塑性在整个时效过程中无明显变化;在850℃时效初期,合金硬度和室温/高温拉伸强度明显降低,塑性有所升高,500 h～1 000 h基本保持稳定;在整个时效过程中室温冲击吸收功迅速增加,表现出较强的塑性.在730℃/430 MPa条件下持久寿命呈明显下降趋势.对各性能测试断口观察发现,700℃时效合金主要以沿晶断裂方式为主,经850℃时效后的试样断口分布有一定的韧窝.

作 者：周建波 崔春翔 李殿国 ZHOU JianBo CUI ChunXiang LI DianGuo  作者单位：周建波,ZHOU JianBo(河北工业大学,材料科学与工程学院,天津,300130;天津职业大学,机电工程与自动化学院,天津,300402)

崔春翔,CUI ChunXiang(河北工业大学,材料科学与工程学院,天津,300130)

李殿国,LI DianGuo(钢铁研究总院,高温材料研究所,北京,100081)

刊 名：机械强度  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF MECHANICAL STRENGTH 年，卷(期)： 29(6) 分类号：V431 TG146.15 O346.23 关键词：长期时效   高温合金   力学性能   组织  

篇3：低温对时效态TC4合金拉伸性能的影响

低温对时效态TC4合金拉伸性能的影响

在77～300K温度范围内对不同时效状态TC4合金进行拉伸试验,研究了低温对时效态合金拉伸性能的影响.时效温度取813 K,时效时间分别为0.5 h、7 h、60 h.试验结果表明:在室温下,时效0.5 h合金与退火态合金相比强度明显提高,延伸率略有降低;时效时间大于0.5 h时,随时效时间的延长,合金的强度与延伸率均下降.随试验温度的降低,3种时效态合金的`强度都单调增加,延伸率先是下降,但在77 K时又略有升高.TEM观察表明,随着试验温度的降低,拉伸断口附近位错分布不均匀性增大.

作 者：高禹 何世禹 杨德庄 耿洪滨  作者单位：哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001 刊 名：材料科学与工艺  ISTIC EI PKU英文刊名：MATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)： 10(4) 分类号：P5 关键词：TC4合金   时效   低温   拉伸性能  

篇4：浅谈热处理对Ti2448合金冷轧板组织和性能的影响

浅谈热处理对Ti2448合金冷轧板组织和性能的影响

【摘 要】随着科学技术的发展，许多新的技术得到了开发和应用，对于材料的强度、韧性、耐久度、抗腐蚀性等提出了更高的要求。为了确保技术的实现，保证设备功能的充分发挥，需要对新型材料进行研究。Ti2448合金作为一种新型的钛合金材料，在医疗卫生领域得到了广泛的应用。本文结合Ti2448合金的特性，分析研究了热处理对于其冷轧板组织和力学性能的影响，为材料的使用和研究提供参考。 【关键词】热处理；Ti2448合金；冷轧板；组织；性能 0 前言 在社会经济发展的推动下，科学技术获得了良好的发展环境，取得了巨大的进步，新的技术和设备层出不穷，极大地方便了人们的生活。但是，由于部分设备使用环境的特殊性，对自身的构成材料提出了更高的要求。普通的金属材料难以满足这种需求，因此，技术人员将多种金属的特性融合为一体，使得其各自的性能得到了最大程度的发挥，产生了许多特种金属，也就是通常所说的合金。合金的出现和发展，极大的推动了社会的进步，其意义是十分重大的。 1 Ti2448合金概述 Ti2448合金是钛合金的一种，主要应用于医疗卫生领域，作为人造骨骼的基本原料使用。钛合金兴起和发展于20世纪50年代，属于合金的一种，是以金属钛为基础，添加其他元素所组成的合金，自身具有强度高、耐候性好、抗腐蚀、抗高温等优点，在多个领域得到了广泛应用。 钛合金在医学领域的应用，起源于人体骨骼的替代需求。例如，部分病患由于各种原因，需要更换骨骼，但是普通的金属材料可能对人体造成危害，而塑料材料等的强度和韧性难以满足使用需求。因此，相关技术人员将目光放在了合金领域。由于要满足人体的使用需求，合金必须具备重量轻、抗侵蚀、强度高、使用寿命长等特点，经过不断的试验，最终得到了Ti2448合金。该合金属于亚稳β钛合金，与人体骨骼的杨氏模量相似，可以充分满足人体自然使用的需求，因此成为人体骨骼的最佳替代金属，在医疗方面得到了广泛应用。 2 热处理对于Ti2448合金冷轧板组织的影响 为了检验热处理对于Ti2448合金冷轧板组织和性能的影响，需要结合相应的试验分析，才能切实保证数据的准确性和真实性。选择适量的合金，通过相应的设备对其进行热处理，结合试验所得结果，对其进行分析。 根据试验过程中观察到的情况，可以明确：在550-900℃的温度下，对试样冷轧板进行退火处理，10min后，观察到冷轧板组织的晶粒尺寸会随着退火温度的不断上升，逐渐变大。其基本情况如下： 同时，在退火过程中，运用X射线对材料进行衍射分析，结果表明，材料在650℃以下进行退火处理时，其分析结果呈α相，在700℃以上进行退火处理时，则没有α相析出。换言之，Ti2448合金在（α+β）与β相之间相互转变的温度在650-700℃之间。而经过750℃以上的高温退火10min后，在450-500℃的时效后，对材料进行分析，则析出针状α相，且随着时效时间的增加，α相的体积分数也在不断扩大；随着时效温度的提高，α相析出的优先级也越来越高，与其他亚稳β型钛合金的情况基本一致。分析其产生的原因，主要是合金的β转变温度相对较低，时效温度越低，α相在晶界的析出要高于晶体内部，而如果时效温度继续降低，则α相呈现均匀析出，与β相差距减小。另外，退火处理温度的降低，也会导致低温时效α相的析出。最终试验结果表明，通过降低退火温度，可以缓解时效过程中α相的形成和析出，从而避免其对于合金冷轧板力学性能的不利影响。 3 热处理对于Ti2448合金冷轧板性能的影响 热处理对于Ti2448合金冷轧板性能的影响主要体现在力学方面，而影响因素则包括多个方面。 3.1 退火 通过适当的退火处理，可以对Ti2448合金冷轧板的拉伸性能以及杨氏模量进行调节，使得板材在室温环境下的塑性得到显著提高，以700℃以上的退火温度想过最为显著；如果退火温度低于550℃，则合金板材的拉伸强度以及屈服强度或有所下降，但是趋势并不明显；同时，只要对材料进行退火处理，就必然会提高其杨氏模量，只是相对而言，当退火温度在700℃以上时，提升相对较小，并不显著；退火温度在650℃以下时，则杨氏模量会随着温度的不断降低，呈现出明显的上升趋势。 3.2 时效 以700℃以上的样品退火为例，如果在460-500℃的温度范围内，进行短时间的退火，则对于材料强度的影响并不明显。而随着时效时间的逐渐延长，材料的强度和弹性模量也会不断提高。一般情况下，当时效时间达到4h时，提升的程度最为明显。同时，随着时效温度的提升，材料的`弹性模量和屈服强度也会出现较大的提高。因此，对于单步退火处理的冷轧板材而言，使用双步热处理技术，可以在保持材料的高强度和低弹性模量的情况下，提升其在室温环境下的塑性。 4 结论 通过上文的试验和分析，可以得出以下结论： 4.1 Ti2448合金冷轧板的内部晶粒组织，会随着退火温度的升高而不断长大，在提高材料塑性的同时，使得其强度和杨氏模量降低 4.2 经过退火处理后，材料会随着时效时间的延长而增加析出α相的体积分数，并逐渐由晶界析出向晶内析出转变。在这个过程中，材料自身的强度和杨氏模量会逐渐增加 4.3 通过对α相的含量以及晶粒尺寸的控制，可以对合金的力学性能与杨氏模量之间的相互关系进行调节 【参考文献】 [1]崔天成，李述军，郝玉琳，杨锐.热浅谈热处理对Ti2448合金冷轧板组织和性能的影响处理对Ti2448合金冷轧板组织和性能的影响[J].材料研究学报，，22（3）：225-230. [2]田宇兴，李述军，郝玉琳，杨锐.Ti2448 合金在不同应变速率下的高温变形机制[J].中国有色金属学报，，20（z1）：83-86. [3]强洪夫，王哲君，王学仁，王广.一种新型亚稳β钛合金的热变形本构模型[J].稀有金属，，35（6）：823-827. [责任编辑：曹明明]

篇5：滚压焊缝对高温合金氩弧焊接头性能的影响

滚压焊缝对高温合金氩弧焊接头性能的影响

介绍了滚压焊缝对航空发动机薄壁机匣典型高温合金GH3030、GH3536和GH4169钨极氩弧焊接头性能的影响,试验结果表明,焊缝滚压后接头的室温、高温拉伸性能以及接头组织形貌均有不同程度的改变.

作 者：李从卿 郭德伦 赵海涛 孙永春 郑斌  作者单位：北京航空制造工程研究所 刊 名：航空制造技术  ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(z1) 分类号：V2 关键词：高温合金   接头性能   氩弧焊   焊缝滚压  

篇6：电磁-机械复合场对合金凝固组织影响的研究

电磁-机械复合场对合金凝固组织影响的研究

提出了对组分密度差别较大合金进行电磁-机械复合场处理来获得常规铸锭均匀凝固组织的新工艺,研究了电磁-机械复合场处理对Al-20Sn合金常规铸锭凝固组织的影响,并进行了理论分析.研究结果表明,在固液二相区内,处理温度越低,常规铸锭垂直方向上不同部位凝固组织的差异越小.

作 者：张鹏 杜云慧 曾大本  作者单位：清华大学机械工程系,北京,100084 刊 名：物理学报  ISTIC SCI PKU英文刊名：ACTA PHYSICA SINICA 年，卷(期)： 51(3) 分类号：O4 关键词：电磁-机械复合场   处理温度   凝固组织  

篇7：表层再结晶对DZ4合金板材高温持久性能的影响

表层再结晶对DZ4合金板材高温持久性能的影响

利用喷丸预变形,研究表层再结晶对DZ4合金持久性能和断裂行为的影响.结果表明,表层再结晶对DZ4合金800℃/500?MPa的'持久寿命影响较大,深度为205?μm的再结晶(约占断口总面积的8%),使合金持久寿命下降了约29%,并且随着再结晶深度的增加,持久寿命迅速下降.定向凝固合金的持久性能下降的原因,除了受再结晶层低承载能力的影响,还与再结晶层与基体材料的变形不协调以及二者界面处的缺口效应等因素有关.

作 者：李运菊 张卫方 陶春虎 LI YunJu ZHANG WeiFang TAO ChunHu  作者单位：北京航空材料研究院,失效分析中心,北京,100095 刊 名：机械强度  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF MECHANICAL STRENGTH 年，卷(期)： 28(1) 分类号：V250.3 TG115.21 关键词：定向凝固合金   表层再结晶   持久性能   断裂行为  

篇8：时效合金热影响区组织与应力关系分析

时效合金热影响区组织与应力关系分析

对比研究了时效状态、固溶状态和超声波去应力处理的时效高温合金焊接热影响区中的`微观组织变化和晶界抗力特性及焊接应力和晶界抗力的相互作用,为制定可靠、可行的再制造方案提供了理论依据.

作 者：任天明 Ren Tianming  作者单位：航利集团 刊 名：航空制造技术  ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(z1) 分类号：V2 关键词：时效合金   热影响区组织   应力  

篇9：外磁场对定向凝固枝晶组织形貌的影响论文

外磁场对定向凝固枝晶组织形貌的影响论文

摘 要：合金在外加稳恒横向磁场下的水平定向凝固过程中，改变外加磁场强度和固液界面

移动速度可以影响合金凝固后枝晶一次臂间距变化，发现一次臂间距随外加磁场增大而呈现 震荡波动增大现象，这种起伏波动是热电磁流体动力学效应与电磁制动效应共同作用的结果。

关键词：热电磁流体动力学效应；水平定向凝固；稳恒横向强磁场；一次臂间距

Abstract

Al-4.0%Cu、Al-11%Si alloy is solidified under transverse static magnetic field at horizonatl directional

solidify device. The measured prime dendritic spacing, increasingly, oscilate with magnetic field intensity and dragging speed of solid-melt interface. The oscilation is caused by TEMHD and MHD.

Keywords: thermoelectric magnetohydrodynamic effect;

1. 引言

随着电磁冶金技术、磁流体动力学理论的不断发展，利用外加磁场控制金属凝固过程中 的热量、质量、动量传输及液态金属成型过程得到人们的广泛重视。对于多相合金，温度梯 度、热电能差及热电效应将对金属凝固过程产生多方面影响。对于任意合金凝固过程，只要 存在不同温度梯度和不同相之间的热电能差，Seebeck 效应就将发挥作用进而产生电动力 emf[1]，emf = - Sth×Gradient(T) ，其中，Sth 为热电能，表明材料热电能力的大小，同种材料 固相的热电能大于液相；合金中导电能力大的成分含量越多的相，热电能越大。该电动力（即 电场）推动电荷运动形成热电流 Jth，Jth/σ=-Sth×Gradient(T)。当把外加磁场施加到合金凝固 体系中时，外加磁场与速度场、热电流场复合将对糊状区枝晶网络及固液界面前沿产生复杂 的作用和影响。一方面，外磁场与热电流复合产生推动溶质运动的热电磁流体动力学效应

（TEHHD）[2]，形成热电磁流体速度场（Jth×B）；另一方面，外加磁场与仅由温度梯度形成 的液相对流速度场及新形成的热电磁流体速度场复合作用，产生抑止流体运动的磁制动效应

（MHD）[3]，制动力大小分别与 V×B 和 Jth×B×B 的大小相对应，第 1 项与 B 成正比，第 2

项与 B2 成正比。那么在某一特定凝固条件下 TEHHD 与 MHD 哪一个发挥主要作用及其发 挥主要作用的控制条件的确定，将成为实际利用外磁场控制金属凝固过程首要解决的.问题。

同时，TEHHD 与 MHD 的交互作用否存在相对稳定阶段以便于人为控制结晶组织形貌，也

需要我们对其进行研究和验证。

2. 实验方法

将 Al-4.0%Cu、Al-11%Si 合金加工成 φ14×140 mm 的试样，每次取用 1 个装在 φ16（内 径）×150 mm 石英坩埚内，两侧用石墨短棒封堵。安装坩埚到如下图 1 所式的水平定向凝 固装置上。开启加热系统使试样充分熔融后，启动调速装置牵引整套定向凝固系统水平右移， 使试样在固定不动的情况下由左到右依次进入冷却系统经历降温冷却过。在此过程的同时， 施加横向稳恒磁场。这样，通过控制水平牵引速度、外加磁场强度参数，多组不同速

图 1 水平定向凝固装置结构示意图

度、磁场条件的试样被制备出来。经过对试样的金相分析测量，绘制得出一次臂间距随

外磁场强度、水平牵引速度的关系图，用以分析探索热电磁流体动力学效应在合金定向凝固 过程的作用及影响。

3. 实验结果

通过对 Al-4.0%Cu 合金定向凝固条件下的实验，测得其一次枝晶臂间距随外加磁场强度变 化的数据并绘制出相应变化曲线如下图 2 所示。

图 2 一次臂间距与励磁电流的关系

在牵引速度较小的 25m/s 时，一次臂间距随外磁场的增大先增大后减小，在励磁电流

为 50A 时出现最大值，随后不断减小甚至出现小于未加磁场时的情况。随着牵引速度的增 大，参看 40、50、70、100m/s 曲线，一次臂间距呈现出震荡增大现象，总体上看一次臂间 距随外磁场增大而不断增大，但增大过 程是反复波动的，每次出现极大值后必然仅随出现

一个极小值。

对于 Al-11%Si 合金，参见右图 3，在牵引速 度较小的 20m/s 时，一次臂间距随外加磁 场增大呈现波动反复现象，在经历了最初一 段相对稳定阶段后一次臂间距开始增大，在 出现极大值后立即减小出现略小于最初稳 定阶段的极小值。其后，极大值与极小值交 替震荡出现。在牵引速度 30m/s 时，一次 臂间距在出现最初的稳定段后立即减小出 现最小值，之后不断增大，值得注意的是， 增大速度是渐缓的。随着牵引速度的进一步 增大，参看 v50m/s 和 v70m/s 两条曲线， 一次臂间距随着外磁场的增大出现先增大

图 3 一次臂间距与励磁电流的关系

出现最大值然后不断减小。特别是 v70m/s 曲线在最小值出现后立即出现反弹增大现象。

各组 Al-4.0%Cu 合金纵剖金相照片（×100）见表 1。

各组 Al-11%Si 合金各组纵剖金相照片（×50）见表 2。

4. 分析讨论

为了克服传统垂直定向凝固实验中较重成分沉积于固液界面造成的成分过冷影响，本实 验设计了专门的水平定向凝固装置，采用长宽比为 10 的预制试样，金相观察面控制在试样 中段、过轴心的纵向

垂直剖面上。在固液 界面前沿温度梯度 恒定（30℃/mm）条 件、合金成分配比合 理 的 条 件 下 ， Al-4.0%Cu 合金、Al-11%Si 合金最终 凝固组织均为树枝 晶。枝晶间距（即一 次臂间距）受固液界 面移动速度、外磁场

图 4 外加磁场与励磁电流关系

条件共同控制。对于外加磁场与励磁电流关系可以查看右图 4。

参考安阁英―刘正新关于一次枝晶臂间距的表达式[3]

l2 = 8 2D L /(G Rr )

式中：λ1――一次枝晶臂间距，mm；

r――枝晶端部曲率半径，mm；

R――枝晶生长速度，mm/s； DL――溶质元素的液相扩散系数，mm2/s； GL――温度梯度，℃/cm；

――表面张力常数，它与界面能 σ 和熔化比熵 s 的关系为 =σ/s；

L――系统长度。 一次枝晶臂间距和凝固速度、温度梯度、溶质元素的液相扩散系数直接相关，在凝固速

度、温度梯度增加均会使一次臂间距变细。在温度梯度 GL、磁感应强度不变时，次枝晶臂 间距随牵引速度 R 增大而变小；在同一牵引速度下，随着动量传输增大会引起溶质元素扩 散系数增大，一次枝晶臂间距随动量传输的变化而变化。

电磁制动效应与粘性力的比值用 Ha = s BL 表示[4]，P.Lehmann 等指出在 L＞10-2m、mB=1 T 时 Ha 大致在 150 左右。此时电磁制动力足够大以至液相区的自然对流会被完全抑制。 对于糊状区，参考实验测得的一次臂间距验算得到其 Ha 在 7~10 左右，即对流不能被完全抑制而会随 MHD 和 TEMHD 效应强弱不断变化波动，这与实验测得的数据结果是相符的。 何树红[5]从数学角度已经证实了三维有界区域内磁流体动力学方程（MHD）存在唯一周期 解。依据 N-S 方程+传输方程求解的液相区（糊状区）对流曲线也反映了动量传输的波动性[6]。

对于 Al-4.0%Cu 合金，在牵引速度为 25m/s 时一次臂间距随外磁场增加先增大后减小的原因 ，可以从 TEHHD 与 MHD 效应发挥作用主次不同上加以理解。在曲线上升段，外磁场强度较小，MHD 的 Jth×B×B 项相对 V×B 项小很多，MHD 仅抑制了液相中由于温度梯 度引起的对流传质而对 TEHHD 不起作用。故一次臂间距在热电磁对流速度场（Jth×B）不断 增大引起溶质传输不断增强的影响下不断增大直至达到最大值。其后，随着外磁场的进一步增大，Jth×B×B 项开始发挥作用，热电磁流体速度场开始不断减弱，曲线下降。牵引速度为 40、50m/s 两条曲线初始段一次臂间距随外磁场增加而减小，是由于牵引速 度进一步增大不可避免的引起扰动增强，此时外磁场较弱，TEMHD 进一步增加了对流传质。 两条曲线随后都出现震荡波动增大现象，这是外磁场增大引起的热电磁对流增强和 MHD 抑 制对流此消彼长反复成为主导因素的结果。70、100m/s 两条曲线，由于牵引速度增加引起溶质传输不充分而造成曲线初始段上升。随后由于 MHD 抑制作用下而下降，而即进入震荡波动增加阶段。

另外，考虑到 TEHHD、MHD 以及磁场对速度增量、电流增量的作用都是在动态过程 中连续进行的，所以不同牵引速度下的 λ1 曲线出现交叉现象和峰值错位现象就可以理解了。对于热电能差较大的 Al-11%Si 合金，除由于 Jth×B×B 项较大（由于 Jth 较大）引起初始段 曲线随磁场保持较慢增长（甚至水平不变）外，其他现象与 Al-4.0%Cu 合金类似，在此不再赘述。

5. 结论

综合以上实验分析，我们不难发现：Al-4.0%Cu、Al-11%Si 合金在横向磁场下水平定向 凝固过程中，受到外加磁场、温度梯度、牵引速度等影响，其一次臂间距呈现震荡波动增加 现象。在 TEMHD 效应发挥主导作用的条件下，一次臂间距增大；在 MHD 效应发挥主导作 用的条件下，一次臂间距减小。正是外加磁场引起的两种相反效果的效应反复发挥主要作用， 一次臂间距出现震荡波动。但总体看一次臂间距是随外磁场增大引起的 TEMHD 效应增强而 增大的。对于任意非单相合金，只要外磁场强度足够大、磁场方向控制合理，可以在一定范 围内通过人为改变外磁场而控制晶粒尺寸和晶粒方向。

参考文献

[1]P.Lehmann.et al./Journal of Crystal 183(1998)690-704

[2]Y.Y.Khine et al/Joural of Crystal Growth212(2000).1998,584~596

[3 胡汉起主编.金属凝固原理(第二版)[M].北京:北京科技大学出版社 2000.10: 230~231]

[4]Y.Y.Khine,J.S.Walker, Joural of Crystal Growth[J].1998,183:150~158

[5]何红树，数学学报 1999.11，42 卷第 6 期，985~996

[6]S.N.Tewari,R.Shah,H.Song.Metall.Mater.Trans.[J].A,1994,25A:1535~1544

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