刘国怀
- 作品数：31 被引量：53H指数：4
- 供职机构：东北大学材料与冶金学院轧制技术及连轧自动化国家重点实验室更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金中央高校基本科研业务费专项资金国家重点基础研究发展计划更多>>
- 相关领域：金属学及工艺一般工业技术自动化与计算机技术更多>>
- 交叉包套轧制Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金的微观组织演化及力学性能
- 2024年
- TiAl合金因其低密度、优异的高温强度、抗蠕变和抗氧化性能而在航空航天和汽车工业中具有广阔的应用前景,但其本质脆性和变形能力差的缺点严重限制其进一步发展。本工作通过交叉包套轧制(CHPR)和一步退火处理实现了800℃下超高塑性Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金板材的制备。利用SEM、EBSD、TEM和拉伸等实验方法考察了TiAl合金的热变形行为、不同轧制和热处理工艺对微观组织和力学性能的影响。结果表明,与单向包套轧制(UHPR)相比,CHPR板材沿厚度方向和板面方向均表现出更高的组织均匀性,微观组织由残余α_(2)/γ片层及其晶界的等轴γ、α_(2)和B2相组成,但残余片层的尺寸较小且含量明显降低,其原因是在CHPR的双向剪切力和压应力的作用下大量残余片层破碎并发生了完全再结晶。CHPR TiAl合金的高温流变软化机制主要包括片层弯曲扭折变形、β/B2相协调变形、α_(2)/γ片层的相变分解、初生和二次孪晶诱导的γ相动态再结晶。随后对CHPR合金进行1200~1340℃的退火热处理,1200℃条件下获得了等轴片层和等轴晶粒(α_(2)+γ+B2)的多相组织,部分晶粒达到了纳米级。1340℃条件下得到了近全片层组织。对UHPR和CHPR板材的横/纵向和1200℃退火热处理试样的拉伸性能进行比较,CHPR板材横纵向的拉伸性能更加均匀,再经1200℃退火热处理后获得的多相等轴组织具有最佳的强度-塑性匹配,室温下抗拉强度为624 MPa,延伸率为1.32%;800℃下抗拉强度为515 MPa,延伸率可达107.0%。分析试样的断裂行为可知,室温下3种试样的断裂方式为穿片层和解理断裂。800℃下断裂方式转变为韧性断裂,断裂失效机制以微孔联结机制为主,其中经过1200℃退火热处理的板材断口具有更小而深的韧窝,塑性最佳。精细的片层结构和均匀细小的等轴晶组织能够阻碍裂纹的扩展,有利于综合力学性能的提高。
- 王秀琦李天瑞刘国怀郭瑞琪王昭东
- 关键词：TIAL合金力学性能
- 晶粒度对K477高温合金组织及力学性能的影响
- 2023年
- 采用光学显微镜、扫描电镜和室温力学拉伸等方法,研究了晶粒度对K477高温合金组织及力学性能的影响。结果表明,对于三种不同晶粒度的合金试样,随晶粒尺寸的减小,其析出强化相体积分数增加,而强化相的平均尺寸减小。晶粒度为一级的试样在热处理后,γ′相大部分呈立方形且分布均匀。同时热处理态K477合金的力学性能随晶粒度减小,合金塑性提高,屈服强度及抗拉强度增大,细晶试样抗拉强度高达1128MPa。
- 路庆典刘国怀王晔王昭东
- 关键词：晶粒度力学性能
- 定向凝固高Nb含量TiAl合金微观组织演化与溶质偏析规律被引量：2
- 2015年
- 在Bridγman定向凝固炉中对Ti-46Al-(8,9,10)Nb合金进行定向凝固实验,研究了生长速率和Nb含量对Ti Al-Nb合金的微观组织、相变路径以及溶质偏析的影响,获得了定向凝固Ti Al-Nb合金相变过程与微观组织选择图.结果表明,生长速率的增加使得固/液界面发生了平界面-胞状界面-枝晶界面转变,并促进完全b相凝固转变为具有L+β→α包晶反应凝固过程,最终组织由α2/γ层片组织转变为具有a2/γ层片和B2相的多相组织.溶质Nb的添加对b相具有稳定作用,促进了完全b相凝固过程的发生以及α2/γ层片和B2相多相组织的形成.生长速率和Nb含量对相变过程和微观组织的影响与溶质偏析(S型偏析,β型偏析)过程密切相关.其中S型偏析程度的提高有利于促进包晶反应的发生,从而导致最终组织发生严重的溶质偏析以及大量B2相在枝晶心部的集中分布.bβ型偏析中溶质Nb在残余β相中的富集是形成B2相的主要来源,Nb的富集程度直接决定了B2相的形态和尺寸.根据关于生长速率和Nb含量的Ti-46Al合金相变过程和微观组织选择图可知,选择较高的Nb含量和较低的冷却速率能获得完全β相凝固过程,可以得到组织分布均匀、溶质偏析程度较低的定向凝固组织.
- 李勇刘国怀王昭东付天亮李新中苏彦庆郭景杰傅恒志
- 关键词：定向凝固溶质偏析
- 生长速度对定向凝固Ti-46Al-2Cr-2Nb合金领先相及微观组织的影响
- Birdgman定向凝固系统,在恒定的温度梯度和宽的生长速度范围(v=10-120 μm/s),对Ti-46Al-2Cr-2Nb合金进行了定向凝固实验,并对合金的领先相类型、一次枝晶间距(λ1)、二次枝晶间距(λ2)和片...
- 张元刘国怀李新中陈瑞润苏彦庆郭景杰傅恒志
- 关键词：钛铝合金定向凝固
- 离心铸造Al-60Si合金的数值模拟与实验研究
- 2024年
- 高硅铝合金由于具有较低的热膨胀系数、低密度、导热性能好等良好的物理化学性能,已成为最具有潜力的金属基电子封装材料。然而,高硅铝合金常规制备方法,如粉末冶金等,制备出的合金存在致密度低、合金内部容易产生气孔、组织粗大等问题,且成本较高。本文以Al-60Si超高硅铝合金作为研究对象,采用ProCast数值模拟的方法,计算了不同浇注温度、离心转速等工艺条件下,合金凝固过程中温度场和流场等分布规律,确定最优工艺参数为离心转速800 r/min,浇注温度1200℃,浇注速度16.5 mm/s;并制备了高性能的细晶Al-60Si合金环形铸件,发现铸环外层、中层和内层分布不同尺寸的初生硅相,外层部分大多数是块状初生硅相;中层及内层部分是粗大的板条状初生硅相;通过表征热膨胀系数发现,离心后的Al-60Si热膨胀系数整体小,其中铸环外层区域热膨胀系数最小,性能较好。
- 丁琪卢迪曹鹏上官晋飞刘国怀
- 关键词：离心铸造初生硅温度场数值模拟
- 生长速度对定向凝固Ti-46Al-2Cr-2Nb合金领先相及微观组织的影响
- 2013年
- 采用Birdgman定向凝固系统,在恒定的温度梯度和宽的生长速度范围(υ=10—120μm/s),对Ti-46Al-2Cr-2Nb合金进行了定向凝固实验,并对合金的领先相类型、一次枝晶间距(λ_1)、二次枝晶间距(λ_2)和片层间距(λ_e)进行分析.结果表明,随着生长速度的增加,试样的领先相由β相转变为α相;通过计算领先相界面温度,发现基于最高界面温度判据的相选择模型能对Ti-46A1-2Cr-2Nb合金领先相随生长速度υ的转变趋势进行预测;λ_1随υ的变化规律受领先相转变影响不大,满足λ_1=700.6υ^(-0.24)关系;但λ_2随υ的变化规律受领先相转变影响较大,当领先相为β和α时,分别满足λ_2=44.0υ^(-0.10)和λ_2=57.3υ^(-0.23)关系;λ_e与υ之间满足λ_e=16.4υ^(-0.76)关系,不受领先相转变的影响.与TiAl二元合金相比,提高生长速度更有利于Ti-46Al-2Cr-2Nb合金片层细化.
- 张元刘国怀李新中陈瑞润苏彦庆郭景杰傅恒志
- 关键词：TIAL合金定向凝固
- 定向凝固镍基单晶高温合金螺旋选晶过程显微组织与晶体的生长被引量：3
- 2021年
- 采用选晶法制备DD4单晶高温合金试棒,研究引晶段和选晶段显微组织演变及晶体竞争生长过程。结果表明,随着引晶段高度增加,一次枝晶间距增加,晶粒密度显著降低,<001>织构增强。引晶段高度在20mm时,初始晶粒取向偏转角均小于10°,且最终约有35个明显尺寸且取向良好的晶粒进入螺旋段。位于螺旋通道内侧的晶粒,在螺旋选晶过程中最容易被选出。在约1/3螺旋高度处实现了单晶的筛选过程,制备出<001>生长方向与铸件轴向约8.9°偏差角的单晶体。
- 徐莽张相龙耿小奇刘国怀王晔王昭东郭景杰
- 关键词：定向凝固镍基单晶高温合金晶粒取向
- 生长速度对定向凝固Ti-50Al-6Nb合金微观组织演变及其硬度的影响
- 2015年
- 对Ti-50Al-6Nb(at%)合金进行不同生长速度下的定向凝固实验,研究了生长速度对微观组织演变、相变路径、微观偏析和硬度值的影响。结果表明,在较低的生长速度下(≤10μm/s),凝固过程为完全β相凝固,固液界面随生长速度的增加发生平胞枝转变,最终得到α2/γ层片组织(在10μm/s时为α2/γ+B2相的组织),其中层片结构与生长方向呈45°或0°夹角。在较高速度(≥15μm/s)时,初生相为α相,固液界面为规则枝晶生长。最终组织为α2/γ层片组织,并与生长方向呈90°夹角。该成分合金的硬度值随着生长速度的增加而增加。与其它合金相比,该成分合金的硬度值较小。
- 刘国怀张元李新中陈瑞润苏彦庆郭景杰傅恒志
- 关键词：TIAL合金定向凝固
- 累积叠轧TC4合金超细晶组织的制备被引量：2
- 2018年
- 通过累积叠轧技术对TC4合金进行超细晶组织的制备,考察了TC4合金的热变形特点以及叠轧工艺窗口,研究了叠轧工艺参数和热处理制度对叠轧板材界面结合和微观组织的影响。结果表明,TC4合金的应力-应变曲线表现为动态回复特征,热模拟时在较高加热温度(≥700℃)和低应变速率(≤0.1s-1)下能够实现强烈塑性变形。对TC4合金进行叠轧界面的防氧化处理后,并在加热温度为720℃、轧制速度小于0.5m/s时,获得良好的结合界面和板材质量。累积叠轧变形过程是α/β协同变形和剪切变形综合作用的结果,组织中存在拉长的条带组织以及大量的剪切带。随着叠轧层数的增加,条带组织的间距逐渐变小,同时剪切带组织逐渐增加,在叠轧16层(变形量为93.75%)后条带间距为245 nm。热处理过程中随着加热温度的增高,溶质扩散和再结晶过程促进了界面结合并最终与基体保持一致。叠轧16层的TC4板材在700℃/60 min的热处理过程中能够实现完全再结晶,获得晶粒尺寸为300～600 nm的超细晶组织。
- 王点李仲洋彭武贤陈逸晖刘国怀王昭东
- 关键词：TC4合金累积叠轧超细晶
- 定向凝固Ti-46Al-2Cr-2Nb合金领先相及其生长取向与凝固进程的相关性被引量：2
- 2013年
- 选择GE公司开发的Ti-46Al-2Cr-2Nb工程合金,采用Bridgman定向凝固技术,通过改变晶体生长距离(5—30 mm)的方法,研究了晶体在渐进生长过程中领先相及其生长取向的演变规律.结果发现,在固定的温度梯度(G=18 K/mm)与生长速度(v=20μm/s)下,定向凝固初始阶段合金的领先相为β相.但随着凝固距离的增加,溶质组元A1在枝晶间的液相中富集程度逐渐增大,导致出现L+β→α包晶反应.随着凝固距离的进一步增加,α和β相的竞争生长加剧,最终导致领先相由β相转变为α相.通过EBSD分析表征了与凝固进程相关的领先相生长取向,在定向凝固初始阶段,领先相β的晶体沿其择优方向〈100〉β生长;在包晶反应过程中,凝固析出的β相和α相遵循{110}β//{0001}α取向关系,由此导致当领先相转变为α相后,晶体的生长方向偏离其择优方向〈0001〉α.
- 张元李新中刘国怀苏彦庆郭景杰傅恒志
- 关键词：TIAL合金定向凝固初生相
