GH4169合金喷丸强化层组织结构研究

采用X射线衍射方法、透射电子显微术和背散射电子衍射(EBSD)技术研究了GH4169合金喷丸强化后表面层组织结构的变化规律.结果表明,喷丸强化后,在GH4169合金试样表面形成约1.2 mm厚的弹塑性变形层;表面粗糙度Ra为1.4274 μm;晶粒内部的变形是位错和孪晶共同作用的结果.     

不同疲劳热环境下GH4169高温合金形变行为研究

以镍基高温合金GH4169为对象,研究了600℃时不同取向的3种镍基单晶合金在不同低周疲劳下的循环变形行为,采用计算机软件对试验数据进行拟合分析。结果表明,3种取向[001]、[011]和[111]的镍基单晶合金,在不同总应变幅下的硬化曲线均在高总应变幅时表现为循环硬化,在低总应变幅时为循环稳定的特征;[001]取向的合金在0.6%总应变幅下的应力-应变为线性关系,显示出弹性变形的特点;在0.85%总应变幅下发生塑性变形;当总应变幅增加到1%时,可以观察到合金中位错缠结,且位错密度明显增大。     

GH742高温合金激光冲击强化和喷丸强化残余应力

对GH742高温合金进行激光冲击强化和喷丸强化,利用X射线应力分析仪测定强化层的残余应力,对比分析2种残余应力的差异和特征,并采用不同的退火温度进行退火,研究表面残余应力在高温下的稳定性。结果表明,2种表面强化方法都可以在GH742高温合金表层引入残余压应力,但激光冲击强化试样比喷丸强化试样具有更深的残余压应力层和较好的稳定性,且残余压应力最大值在表面;与激光冲击强化的试样相比,喷丸强化试样的残余压应力较浅,而且随着喷丸强度的增加,最大残余压应力也由表面移向了次表面。     

GH4133镍基高温合金激光冲击强化研究

为了研究激光冲击强化技术在高温部件上应用的可行性,研究了GH4133镍基高温合金激光冲击后强化效果的热稳定性。分别采用激光冲击强化、激光冲击强化加保温的方法进行处理,并利用SEM、显微硬度和残余应力的测试方法分析了温度对激光冲击处理后GH4133材料微观组织和力学性能的影响。通过冲击强化后涡轮叶片的高温疲劳试验验证强化效果的热稳定性,并分析其高温下的强化机制。结果表明,激光冲击强化可以在GH4133镍基高温合金表层产生较大残余压应力,细化晶粒;并且在温度作用下,激光冲击GH4133合金形成的细化晶粒在析出相的钉扎作用下具有较好的热稳定性。另一方面残余压应力的应力集中减小,分布均匀。两者的共同作用提高了强化效果的热稳定性,有利于疲劳性能的提高。     

GH2036高温合金激光冲击强化后的残余应力

采用X射线衍射仪和材料试验机对激光冲击强化GH2036高温铁基合金的残余应力进行了研究.结果表明,激光诱导GH2036高温铁基合金的残余应力值和残余压应力层的深度随激光功率密度的增加而增加.激光强化件形成的残余应力在高温回火后有所松弛,但仍然保持较高的残余应力水平,一次回火后表面残余应力在-170 MPa,二次回火后残余应力仍然保持在-135 MPa.激光冲击强化件的疲劳寿命比未强化件的提高2.36倍以上.     

核电用GH4169合金棒材315℃高周疲劳性能

采用轴向力控制方法测试了核电堆芯用GH4169合金棒材在315℃下的高周疲劳性能。采用两种数据据统计分析方法得出GH4169棒材315℃下高周疲劳强度平均值相近,为662 MPa,由此得出了不同存活率下合金的条件疲劳极限。试验测定315℃下棒材的S-N曲线符合lgN=9.457-0.003S方程。660 MPa和900 MPa应力幅下疲劳断口形貌SEM观察表明:660 MPa下,棒材疲劳裂纹萌生于试样表面的缺陷,900 MPa下裂纹萌生于棒材近表面夹杂处。沿着裂纹扩展方向,裂纹扩展区分布有典型的外凸疲劳条纹,660 MPa下GH4169合金棒材的疲劳断裂特征是延性断裂,而900 MPa下是韧窝和准解理的混合断裂。     

温度辅助激光冲击强化对GH4169合金力学性能的影响

利用波长为1064 nm、脉宽为14 ns、单脉冲能量为5 J的Nd:YAG纳秒脉冲激光器对GH4169合金试件进行了常温激光冲击强化处理和温度辅助激光冲击强化处理;采用X射线衍射仪和HV-1000显微硬度计测量了强化处理前后试件的表面残余应力与表面显微硬度。实验结果表明:经激光冲击强化与温度辅助激光冲击强化处理后,试件表面引入了一定数值的残余压应力,同时表面显微硬度得到提高;但在残余压应力和显微硬度数值方面,经温度辅助激光冲击强化处理的试件均比常温激光冲击强化处理的试件要大,且随着辅助温度的增加,试件的表面残余压应力和表面显微硬度值均呈增加趋势。因此,在一定的温度范围内,采取温度辅助激光冲击强化的方式对GH4169合金进行处理,可以获得比常温激光冲击强化处理更好的强化效果,同时适当提高强化温度,在一定程度上可以进一步提高GH4169合金的强化效果。     

GH4169高温合金的动态再结晶行为及微观组织演变研究

借助Gleeble-1500D热模拟试验机,对GH4169高温合金进行等温热压缩试验,变形温度为1173～1373 K,应变速率为0.001～1 s-1.并借助光学显微镜对不同热变形工艺条件下压缩后的试样进行微观组织观察,结果表明,变形温度和应变速率对合金动态再结晶的体积分数与晶粒尺寸都有影响.在应变速率为0.001 ...     

激光增材制造高Nb含量GH4169合金微观偏析行为研究

目的减轻不同热处理状态下激光增材制造高Nb含量GH4169合金组织中的微观偏析。方法采用激光增材制造方法对球磨Nb合金化后的合金粉末进行快速成形,获得具有较高Nb含量的GH4169合金试样。通过光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱分析、维氏硬度测试方法,对沉积态、固溶态和直接时效态试样进行分析,研究因合金中Nb含量变化引起的微观偏析对沉积态和热处理态合金的枝晶组织和显微硬度的影响。结果随着Nb含量的增加,一方面,由于枝晶间的Nb含量增加,枝晶间(γ+Laves)共晶数量增加,且共晶组织形貌更为连续;沉积态试样的显微硬度由228.4HV增大至534.1HV。另一方面,枝晶干Nb元素含量增加,枝晶干与枝晶间Nb元素含量的差异缩小,Nb元素的偏析比由8.59减小至4.13。后续固溶处理后,枝晶结构逐渐消失,枝晶间Laves相的数量随之减少,枝晶干与枝晶间的微观偏析减轻;固溶态试样硬度值随之减小,减小趋势随固溶温度的升高而逐渐平缓。随着Nb含量的增加,直接时效处理后,各试样显微硬度值在微观区域内的均匀性提高,枝晶干与枝晶间强化相的析出差异减小。结论合适的热处理制度既可以实现合金元素的均匀化,还能减小枝晶干与枝晶间强化相的析出差异,减轻激光增材制造高Nb含量GH4169合金组织中的微观偏析。     

GH4169合金的高温变形行为

通过高温拉伸实验对GH4169合金的加工硬化特性进行了研究,采用扫描电镜观察其断口处的组织形貌,分析了δ相对GH4169合金塑性变形的影响。结果表明,GH4169合金加工硬化规律基本遵循Hollomon公式;合金在不同热处理制度(固溶处理、时效2 h、时效5 h、时效32 h)下的应变硬化指数n分别为0.274、0.391、0.423和0.468;δ相的析出提高了合金的抗拉强度和屈服极限,而塑性表现为先上升后下降。     

喷丸与振动光饰复合处理对GH4169高温合金疲劳性能的影响

对比研究了喷丸和喷丸与振动光饰复合处理对GH4169高温合金疲劳性能的影响,利用扫描电子显微镜、粗糙度仪、显微硬度计、X射线应力测试仪分析和测试了试样的表面形貌、表层组织、粗糙度、显微硬度、残余应力场,探讨了表面完整性与疲劳性能的内在联系及作用机制。结果表明:复合处理对GH4169高温合金疲劳性能的改善效果比单独喷丸强化处理更好;复合处理使GH4169高温合金的室温疲劳强度提高了21.6%;500℃预加热100 h处理使复合强化GH4169高温合金疲劳强度降低了6%,但仍较未喷丸处理状态提高了14.29%,即复合处理能够有效改善GH4169高温合金室温～500℃高温工况下的抗疲劳性能。     

700～800℃温度下GH4169合金的组织演化和力学性能研究

研究了GH4169合金室温、700～800℃高温范围内的组织演化、瞬时拉伸及持久性能.实验结果发现,GH4169合金的瞬时拉伸强度随温度提高而降低,塑性在750℃下出现极小值,超过750℃后,又随温度的提高而大幅度提高;合金在750℃温度/295MPa应力下的持久时间高达406h 55min,这是由于在此温度下,基体中析出了点状和棒状魏氏体,延长空洞萌生时间所致.     

激光冲击对GH742镍基合金疲劳短裂纹扩展的影响

对GH742镍基高温合金紧凑拉伸件预制裂纹,并分别进行1次及3次搭接激光冲击处理,利用复型技术和光学显微镜研究了镍基合金的裂纹起源、裂纹分布及尺寸演化全过程.结果表明,未作激光冲击强化试样形成的是沿晶裂纹,晶界处大量位错塞积群造成很高的应力集中;而经激光冲击强化后试样在远离冲击强化区域以裂纹群的形式萌生,且大约集中在同一时段萌生,疲劳后期萌生的新裂纹条数不多,且激光冲击作用的次数越多,裂纹扩展速率越小,激光冲击处理产生的强化效应能大大降低裂纹扩展速率,在某些强化区还能明显提高应力强度因子门槛值.     

激光冲击TC17钛合金疲劳裂纹扩展试验

为研究激光冲击强化对钛合金试件疲劳性能的影响,在标准试件的裂纹扩展路径上设计了全强化和间隔强化两种不同的强化方案,研究激光冲击强化对试件疲劳寿命和裂纹稳定扩展时速率的影响规律,利用有限元数值模拟和X射线残余应力测试获得了试件的残余应力场分布状态,并对比分析了试件的断口形貌和微观组织特征。结果表明:相比于未强化试件,激光冲击强化后试件的平均疲劳寿命分别提高了2.14倍和1.90倍,两种不同的冲击强化方法分别降低钛合金试件的裂纹扩展速率24%和15%。间隔强化后试件表面产生-512 MPa的最大残余压应力,裂纹扩展的C′值为-7.3,m值为2.6,而强化间隔区引入最大值为82.4 MPa的残余拉应力,裂纹扩展速率急剧升高,C′值减小至-13.6,m值为8.0。当裂纹扩展到强化区时,扩展速率再次降低,激光冲击强化对TC17钛合金疲劳裂纹扩展有显著的抑制作用。     

GH4169合金“等温锻造+直接时效”工艺探讨

采用激光选区熔化技术制备GH4169合金,研究不同固溶温度+双时效热处理对沉积态GH4169合金显微组织、室温拉伸性能及高温持久性能的影响,利用光学显微镜、拉伸试验机对GH4169合金的显微组织、室温拉伸性能和高温持久性能进行检测分析。结果表明：固溶温度为1130、1200 ℃,GH4169沉积态晶界处分别发生碳化物析出和溶解;提高固溶温度可降低横、纵2个打印方向的性能差异;当固溶温度为1130 ℃时,碳化物的析出起到强化作用,GH4169沉积态的室温拉伸性能、高温持久性能达到锻件水平。     

高能喷丸强化工业纯铁的疲劳裂纹扩展性能

采用高能喷丸在工业纯铁表面形成了自纳米化层,通过疲劳裂纹扩展试验对母材和高能喷丸试样进行对比分析,研究了高能喷丸对疲劳裂纹扩展速率、显微组织、显微硬度和疲劳断口形貌的影响规律。结果表明,高能喷丸对疲劳裂纹萌生及应力强度因子低于50 MPa·m^1/2的疲劳裂纹扩展有显著的抑制作用,但对应力强度因子高于50 MPa·m^1/2的疲劳裂纹扩展影响不明显。高能喷丸后试样表层组织出现晶粒严重破碎、挤压,表面硬度较母材提升约40%,但随深度的增加硬度迅速降低。高能喷丸的最大影响深度达到3.88×10^-4 mm,试样由表及里可划分为表层破坏区域—纳米层—晶粒严重变形区—晶粒变形区—未受影响区,不同区域之间无明显界限。     

一种GH4169G合金的组织与蠕变行为

通过对等温锻造GH4169G合金进行直接时效处理、蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了GH4169G合金的组织结构及蠕变行为。结果表明:经等温锻造和直接时效后,GH4169G合金晶粒具有不均匀特征,且在晶内存在孪晶,并有粒状δ相在晶内及沿晶界不连续析出,可改善晶界的结合强度。经不同条件蠕变性能测试后,根据稳态蠕变期间的应变速率,测定出合金在稳态期间的蠕变激活能和应力指数分别为Q=532.7 kJ/mol和n=12.1。合金在蠕变期间的变形特征是不同取向的孪晶变形和位错滑移,随蠕变进行,形变位错密度增加,且在晶界附近发生位错堆积,并产生应力集中,致使微裂纹在晶界处萌生及扩展,直至蠕变后期发生沿晶断裂。     

通过再结晶退火实现剪切-压缩变形态 GH4169 高温合金的显微组织均匀化

GH4169 高温合金在剪切-压缩变形后容易出现区域性微结构特征,这不利于后续的冷轧加工。在1000~1080 ℃温度范围内,保温1~3 h条件下进行再结晶退火处理以研究GH4169高温合金的微观组织演变行为,并通过调节晶粒大小优化其冷成形性能。结果表明,静态再结晶（SRX）在1000 ℃时完全形核,原有的粗大晶粒完全被细小的再结晶晶粒取代。大角度晶界（HAGB）的弓出位置是SRX的首选形核点。经1020~1060 ℃退火后,部分相邻的SRX晶粒之间发生吞并,导致一部分晶粒的尺寸增大,而初始动态再结晶（DRX）晶粒在应变集中区域仍保持微小的尺寸。再结晶晶粒（包括SRX和DRX）经1080 ℃退火后均匀长大,平均晶粒尺寸为87.89 μm,此时显微组织的区域特征完全消失,组织均匀化程度明显提高。由于SRX的生长事故,经1080 ℃退火后出现了阶梯状孪晶,且孪晶界 （Σ3）的长度分数达到35.8%,这有利于提高GH4169高温合金的高温持久性能。剪切-压缩变形态GH4169高温合金的最佳再结晶退火工艺最终被确定为1080 ℃保温1 h,水冷。