定向凝固與單晶材料制備

《定向凝固與單晶材料制備》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、1.4定向凝固與單晶材料制備定向凝固技術(shù)是使金屬或合金由熔體中定向生長(zhǎng)晶體的一種工藝方法，用于制備單晶、柱狀晶和定向共晶鑄件，是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的技術(shù)。1.4.1定向凝固技術(shù)定向凝固渦輪葉片，壽命是普通鑄造的2.5倍單晶葉片，壽命是普通鑄造的5倍例如，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)高溫合金葉片的制造1.Generalremarks國(guó)產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)及剖視圖噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)IllustrationoftheGE90-115Bjetengine,showingitsvariouscomponents.Figure1.(a),(b)Photographsofahi

2、gh-pressureturbine(HPT)vaneandaHPTbladeofajetengine.(c)Schematicarrangementofthestationaryvanesrelativetotherotatingbladeswithintheengine.(d)IllustrationoftheGE90-115Bjetengine,showingitsvariouscomponents.(e)Pressureandtemperaturetrendsfromthefronttothebackoftheengine.Thereare

3、onlyfourcategoriesofmaterialsthatcanbeconsidered:refractorymetals,monolithicceramics,intermetalliccompounds,composites(naturalorsynthetic).Figure1.ImprovementinefficiencywithincreasingturbineoperatingtemperaturesandpressuresforafamilyofRolls-Royceenginesdevelopedduringtheperio

4、d1970–2000.SFCisspecificfuelconsumption.Overallpressureratioistheratioofcompressorexitpressurerelativetoambient.Temperaturesareturbineentrygastemperatures,measuredinK.Datapointsareengineoperatingconditionsduringthetest.A“civiltypetest”isanengineperformanceevaluationcriterionap

5、pliedtocivilaircraftengines.AdvancesinCoatingDesignforHigh-PerformanceGasTurbines2.定向凝固技術(shù)原理與工藝凝固概念的回顧溶質(zhì)分配形成溶質(zhì)富集區(qū)由溶質(zhì)再分配導(dǎo)致界面前方熔體成分及其凝固溫度發(fā)生變化而引起的過冷——成分過冷成分過冷成分過冷對(duì)凝固過程的影響2.16窄成分過冷的情況2.17成分過冷區(qū)逐漸加寬的情況2.19成分過冷區(qū)進(jìn)一步加寬，成分過冷的極大值大于熔體中非均勻形核所需過冷，從而在前方形成等軸晶的情況2.18成分過冷區(qū)足夠大時(shí)形成枝晶骨架的情況凝固過程中固-液界面

6、前沿液相中的溫度梯度GL固-液界面向前推進(jìn)速度，即晶體生長(zhǎng)速度RGL/R值是控制晶體長(zhǎng)大形態(tài)的重要判據(jù)凝固過程中的成分過冷或金屬的性質(zhì)（T1-T2）/DL凝固過程的工藝參數(shù)：一般單相合金晶體生長(zhǎng)符合上式時(shí)，界面前方不存在成分過冷，界面將以平面生長(zhǎng)方式長(zhǎng)大。Chalmers成分過冷判據(jù)：由溶質(zhì)再分配導(dǎo)致界面前方熔體成分及其凝固溫度發(fā)生變化而引起的過冷——成分過冷金屬的性質(zhì)（T1-T2）/DL和工藝條件GL/R對(duì)單相合金結(jié)晶特點(diǎn)影響的示意圖單向凝固技術(shù)的重要工藝參數(shù)包括：凝固過程中固-液界面前沿液相中的溫度梯度GL固-液界面向前推進(jìn)速度，即晶體生長(zhǎng)速度

7、RGL/R值是控制晶體長(zhǎng)大形態(tài)的重要判據(jù)在提高GL的條件下，增加R，才能獲得所要求的晶體形態(tài)，細(xì)化組織，改善質(zhì)量，并且，提高定向凝固鑄件生產(chǎn)率。定向凝固技術(shù)和裝置不斷改進(jìn)，其關(guān)鍵技術(shù)之一是提高固-液界面前沿液相中的溫度梯度GL。目前，GL已經(jīng)達(dá)到100-300℃/cm，工業(yè)生產(chǎn)中已達(dá)到30-80℃/cm。（1）溫度梯度GL以坩堝下降定向凝固為例的溫度梯度的簡(jiǎn)化模型見圖。?m-熔點(diǎn)附近熔體密度?S、?L-晶體與熔體的導(dǎo)熱系數(shù)GS、GL-固相和液相的溫度梯度L-結(jié)晶潛熱R-凝固速率（2）凝固速率R?-輻射系數(shù)?-斯蒂芬-玻爾茲曼系數(shù)?=?S/?scp，

8、熱擴(kuò)散率Vct-鑄件拉出的臨界速率其余同前（3）單向凝固技術(shù)工藝形成定向凝固的柱晶組織需要兩個(gè)基本條件：熱流向單一方向流動(dòng)