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单晶高温合金(?)C36电子束区熔定向凝固

杨亮  
【摘要】: 本文利用了电子束区熔设备制备了各种组织形态ЖC36高温合金单晶,目的是利用电子束区熔定向凝固的方法制备单晶高温合金的工艺,为电子束技术的发展与应用提供一定的技术指导。 本文中建立了一维热传导的数学模型,大致估算了熔区固液界面处的温度梯度分布;利用ESZ1.5/5型电子束区熔设备重熔ЖC36单晶高温合金试样,在加热功率突然为零的情况下得到了ЖC36高温合金的各种凝固组织形态。整个实验中,加热功率基本保持49w不变,并且抽拉速率的变化范围为0.1mm/min-6.0mm/min。 最后利用光学显微镜、扫描电镜、电子探针及X射线仪对所制备的各种组织形态进行观察与测试。主要得出如下结论: (1)根据熔区内的热平衡,建立数学模型,得出了固液界面处的温度分布。 Ⅰ在不考虑熔区长度不变的条件下,固液界面前沿的温度梯度随抽拉速率的增加而增加。 Ⅱ对于确定成分的合金,在熔区充分稳定的条件下,可以认为其固液界面处的温度梯度变化不大。 Ⅲ结果表明,根据此模型计算出的温度梯度与利用成分过冷得出的结果是很相符的;对于ЖC36高温合金来说,温度梯度值大致为350k/cm。 (2)在加热功率基本保持不变的条件下,随着区熔速率的增加,ЖC36合金的凝固组织由平界面向胞状及枝状组织的转化,枝状(胞状)单晶枝干上的γ′相比枝间上的要细,并且要规则一些;ЖC36高温合金中的Al、Ti、Mo等元素为正偏析元素,而w、Co为负偏析元素,枝晶偏析随着抽拉速率的增加呈现先增大后减小的趋势,在低速凝固阶段,枝晶偏析随区熔速率的增大而增大,在中速凝固阶段,枝晶偏析随凝固速率的增加而减小,W、Co、Cr等元素的枝晶偏析比均趋于1;胞晶一次间距小于胞枝转变点附近粗枝晶的一次枝晶间距,一次枝晶间距的最大值出现在胞枝转变后的粗枝生长阶段,然后随着抽拉速率的不断增加,一次间距不断减小,并且γ/γ′共晶的尺寸是减小的。 (3)所制得的各种不同凝固组织单晶的[100]晶向与试样轴向的偏离度在10°。 通过本文的实验及分析可以看出,由于电子束区熔设备的能量密度大,可以获得很大的温度梯度,因此利用该设备制取ЖC36高温合金单晶是可行的。


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