镍基单晶高温合金定向凝固的数值模拟

概述了目前国内外镍基单晶高温合金定向凝固数值模拟的研究进展,定向凝固过程的数值模拟由宏观向微观转变,详细介绍了微观组织数值模拟的几种主要方法:决定论方法、随机论方法和相场方法,评述了这几种方法的特点以及局限性,指出宏观和微观现象的完整耦合可以对镍基单晶高温合金凝固过程做出更加准确的模拟预测。     

镍基单晶高温合金定向凝固的数值模拟

概述了目前国内外镍基单晶高温合金定向凝固数值模拟的研究进展,定向凝固过程的数值模拟由宏观向微观转变,详细介绍了微观组织数值模拟的几种主要方法：决定论方法、随机论方法和相场方法,评述了这几种方法的特点以及局限性,指出宏观和微观现象的完整耦合可以对镍基单晶高温合金凝固过程做出更加准确的模拟预测。     

增材制造镍基高温合金研究进展

镍基高温合金具有强度高、抗氧化能力好、蠕变强度和持久强度好以及抗燃气腐蚀能力的特点,被广泛应用于航空航天、汽车通讯、船舶制造等领域.近年来,增材制造技术的进步加速了增材制造镍基高温合金的发展.激光增材制造对于镍基高温合金的制备具有独特的优势,如生产周期短、成本低以及可进行功能预设等.对于航空发动机及燃气机轮中喷嘴、燃烧室等热段部件以及航天飞行器等复杂零件的成形制造非常有利.目前,相关方面的研究热点主要有激光增材制造过程中凝固组织的变化规律、工艺参数与熔池宏观形态间的关系、残余应力的分析以及缺陷的探究.本文综述了增材制造技术制备镍基高温合金的研究进展,简要概括了增材制造技术和镍基高温合金的发展概况,总结了用增材制造技术制备的镍基高温合金成形件的显微组织、后处理后组织的变化及其对力学性能的影响,最后阐述了增材制造镍基高温合金成形件存在的缺陷及解决方法.     

航天用镍基高温合金及其激光增材制造研究现状

新型航天器用镍基高温合金部件呈现出复杂化、薄壁化、复合化、一体化的发展趋势,使得传统的铸造或锻造加工技术无法胜任。基于逐层堆积的激光增材制造(LAM)技术是实现这类复杂部件制备的理想解决方案,能够进一步赋予高温合金更高的价值,极大地推动航天装备的发展。首先介绍了航天领域常用的镍基高温合金种类,然后以研究最多的IN 718和IN 625合金为例,总结了镍基高温合金增材制造的研究现状:归纳了镍基高温合金增材制造工艺优化方法,表明增材制造综合加工图和实验设计方法是两种行之有效的方法;指出了增材制造镍基高温合金材料的微观组织特点,讨论了增材制造后续热处理对材料微观组织和力学性能的影响规律,表明增材制造技术极快速冷却的特点引起镍基高温合金材料内部存在普遍的局部微观偏析现象,导致常规热处理工艺不再是最优工艺;并通过5个典型的增材制造镍基高温合金航天构件案例展示了增材制造技术的优势。在此基础上,针对镍基高温合金增材制造过程中存在的关键科学问题和技术难题,展望了增材制造镍基高温合金未来的研究方向。     

镍基高温合金增材制造研究进展EICSCD

镍基高温合金因其优异的高温强度及耐腐蚀、抗氧化性能而备受关注,被广泛应用于航空航天等领域。本文对增材制造镍基高温合金的制备方法、常见牌号以及合金的组织与性能进行了综述,总结了当前存在的问题,提出了未来值得探索的研究领域。金属增材制造技术制备的镍基高温合金具有良好性能,能实现复杂构件精密成形,且制备过程中材料浪费少,有望成为未来航空航天等领域中镍基高温合金构件的重要制备工艺。常见的镍基高温合金增材制造方法有粉末床熔化、定向能量沉积和电弧增材制造等,粉末床熔化被广泛用于制造高精度和复杂零件,但制造速度相对较慢,且设备和材料成本较高。定向能量沉积自由度和灵活性更高,可用于制备功能性梯度材料,但精度较低。电弧增材制造具有较低的设备成本和材料成本,适用于大型零件的快速制造,但其制备的合金表面粗糙度较差,需要进行额外的加工或后处理。在增材制造过程中被广泛研究的镍基高温合金包含IN625,Hastelloy X等固溶强化型和IN718,CM247LC,IN738LC等沉淀强化型高温合金。与传统的铸造和锻造方法相比,增材制造独特的逐层成型、快冷快热的制备过程带来了粗大的柱状晶粒组织和大量细小晶粒的独特微观组织,还形成了独特的熔池组织及位错胞结构。但是,通过增材制造得到的合金一般还需要进行热处理,对晶粒组织、析出相等进行调控,从而影响合金的力学性能。此外,增材制造镍基高温合金的力学性能还与具体制备方法和合金种类有关。尽管目前增材制造已被广泛用于镍基高温合金的制备,但仍面临组织与性能存在各向异性、高性能合金开裂敏感性高以及缺乏相应的规范和标准等问题,将来需要在热处理、专用合金的定制与开发、探索工艺-结构-功能关系以及计算建模等方面深入探索。     

微量元素对镍基高温合金微观组织与力学性能的影响

在高温环境中镍基高温合金具有良好的高温强度、抗氧化性能、抗腐蚀性能和抗疲劳性能,被广泛应用于航空航天等领域。镍基高温合金优异的综合性能与其微观组织紧密相关。综述了微量元素B, C, Y, Ce, Hf, Re, Ru, P对镍基高温合金微观组织及其力学性能的影响。针对不同的镍基高温合金,对微量元素的不同作用进行讨论分析。镍基高温合金微观组织及其力学性能与微量元素的含量及其分布有关。添加于镍基高温合金中的微量元素分布在合金基体或者其析出相中,通过偏聚于晶界处或者元素偏析等方式,改变合金的微观组织,从而影响其力学性能。     

镍基高温合金增材制造研究进展

镍基高温合金因其优异的高温强度及耐腐蚀、抗氧化性能而备受关注,被广泛应用于航空航天等领域。本文对增材制造镍基高温合金的制备方法、常见牌号以及合金的组织与性能进行了综述,总结了当前存在的问题,提出了未来值得探索的研究领域。金属增材制造技术制备的镍基高温合金具有良好性能,能实现复杂构件精密成形,且制备过程中材料浪费少,有望成为未来航空航天等领域中镍基高温合金构件的重要制备工艺。常见的镍基高温合金增材制造方法有粉末床熔化、定向能量沉积和电弧增材制造等,粉末床熔化被广泛用于制造高精度和复杂零件,但制造速度相对较慢,且设备和材料成本较高。定向能量沉积自由度和灵活性更高,可用于制备功能性梯度材料,但精度较低。电弧增材制造具有较低的设备成本和材料成本,适用于大型零件的快速制造,但其制备的合金表面粗糙度较差,需要进行额外的加工或后处理。在增材制造过程中被广泛研究的镍基高温合金包含IN625,Hastelloy X等固溶强化型和IN718,CM247LC,IN738LC等沉淀强化型高温合金。与传统的铸造和锻造方法相比,增材制造独特的逐层成型、快冷快热的制备过程带来了粗大的柱状晶粒组织和大量细小晶粒的独特...     

基于相场模拟对镍基高温合金制备工艺优化及设计

材料制备过程中微结构演变的定量描述是材料设计的核心。近年来基于精准热力学和扩散动力学数据库的相场模拟是对微结构演变进行定量描述一种行之有效的方法。作为航空发动机和燃气涡轮叶片等高温零部件的主要用材,高性能镍基高温合金制备工艺的优化及设计一直是各国材料学者研究的热点和难点。首先概述了相场方法及其最新研究进展,以及相场法与CALPHAD(CALculation of PHAse Diagram)数据库耦合技术的发展,随后详细介绍了国内外有关镍基高温合金凝固、固溶及时效过程微结构演变定量相场模拟的报道,以及当前用于建立镍基高温合金微结构与力学性能关系的可行方法。之后给出了两个基于定量相场模拟对镍基高温合金固溶及时效热处理机制进行优化及设计的实例,进一步证明了相场模拟在高性能镍基高温合金设计中的重要作用。最后,指出了对镍基高温合金制备过程微结构演变进行定量相场模拟以及后续工艺优化和设计中存在的主要问题及发展趋势。     

热等静压技术在镍基铸造高温合金领域的应用研究

镍基铸造高温合金是航空发动机与燃气轮机生产制造过程中应用的主要材料之一,在航空航天、能源工业、船舶舰艇等领域有着广泛的应用。现代航空工业的飞速发展离不开高温合金综合性能的快速提升,而热等静压技术在镍基铸造高温合金领域的应用对镍基铸造高温合金综合性能的改进方面发挥了举足轻重的作用。本文介绍了热等静压技术的工作原理与应用发展历史,总结了热等静压技术在镍基铸造高温合金领域的研究应用现状,重点阐述了热等静压技术对铸造高温合金的致密化作用机理与组织性能影响、热等静压对长期服役镍基铸造高温合金组织修复研究以及实现两种镍基高温合金扩散连接的应用优势与研究成果。同时指出热等静压技术研究中存在的一些问题及国内热等静压技术在镍基铸造高温合金领域的发展趋势。     

金属激光3D打印过程数值模拟应用及研究现状

数值模拟可以高效、有针对性地对金属激光选区熔化成型过程中的温度场、熔池形状、残余应力和变形、凝固过程微观组织演变等过程建立相应的模型并对成形件的相关性能做出准确预测,为工艺优化提供科学的依据,显著降低工艺开发成本和缩短工艺开发周期,有力推动金属增材制造向工业级应用的转变。本文综述了金属激光增材制造过程中温度场、熔池动力学、成形件内部残余应力和变形、显微组织变化4个方面数值模拟的最新研究进展,概述了金属SLM过程数值模拟所取得的最新进展,分析了金属SLM数值模拟领域的研究热点和所存在的计算时间长、成本高等问题,最后提出金属SLM过程数值模拟应将3D打印过程中快速凝固、微熔池等特征与大数据、人工智能、深度学习等技术相结合,进一步提高数值模拟精度,拓宽金属激光增材制造加工窗口,为个性化产品开发提供指导。     

镍基高温合金690的研究现状

690合金是一种面心立方结构的镍基高温合金,具有优异的高温力学性能和耐腐蚀性能,被广泛应用于核电、石油化工和航空航天等领域.文中对690合金的微观组织演化、热成形特性、高温失塑裂纹和耐应力腐蚀性能等方面的研究现状进行了总结分析.目前,部分合金元素对690合金组织性能的影响较为复杂,成形工艺参数对690合金高温变形行为和...     

新型固溶强化型镍基高温合金——Haynes230

Haynes230合金是一种新型镍基高温合金,广泛用于制造航空涡轮发动机燃烧室、地面燃气轮机燃烧室以及化工工业领域的高温耐蚀零部件,而且其应用领域还在进一步扩大.从研究背景、合金设计思路出发,结合实验数据对Haynes230合金的微观组织、力学性能、热稳定性和抗氧化性进行分析介绍,为扩大合金在工业领域的应用提供了依据.     

镍基高温合金的扩散焊接研究进展

镍基高温合金被广泛用于现代航空工业、核工业等领域。本研究综述了镍基合金扩散焊的研究进展,介绍了扩散焊技术研究现状、界面孔洞闭合机理以及扩散焊接接头组织、性能。对当前镍基高温合金扩散焊的最新研究进行总结,为今后镍基高温合金扩散焊接技术的进一步发展提供了理论支撑。      

增材制造技术在高温合金零部件成形中的应用

高温合金是指能够在600℃以上复杂应力状态下长期服役的金属材料,被广泛应用于航空航天以及核工业等领域.近年来,增材制造技术发展迅速,并且已经在高温合金零部件成形制造领域进行了大量应用探索.首先分别介绍了基于送粉和送丝的两种典型增材制造技术,以及利用以上两种技术成形得到的高温合金零部件微观组织形貌特征.由增材制造得到的高...     

激光选区熔化与轧制Inconel 625合金的微观组织与高温氧化性能研究

为了进一步揭示增材制造对金属材料的微观组织与高温氧化性能的影响规律,本文采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能量色散谱、电子背散射衍射和X射线衍射等方法,对比研究了轧制态与激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)制备的 Inconel 625合金垂直和平行于成形方向横截面(XY和XZ面)的微观结构,并探究了两种合金在900 ℃下的高温氧化性能。研究表明,SLM制备的合金与传统轧制合金的显微组织存在明显区别:轧制合金呈等轴晶,晶粒尺寸为(15±2.5) μm,具有更多的大角度晶界和较大的位错密度;SLM制备的合金呈多晶结构,主要由胞状晶与柱状晶组成,晶粒尺寸不均匀,其中胞状晶晶粒尺寸为0.2~2 μm,位错密度较小,呈现高度织构化特征;XRD结果表明,SLM并未改变合金的物相,SLM与轧制成形 Inconel 625合金由γ-Ni相组成。SLM合金的XY面和XZ面的晶粒取向存在较大差别,其中XZ面的晶粒取向为(001)。在900 ℃下,SLM合金的氧化速率更高,这种高氧化速率导致氧化膜致密性差,在SLM合金的亚表层区域形成空洞。轧制Inconel 625合金的抗氧化性能优于SLM合金,这主要归因于轧制合金具有更多的位错与孪晶。     

镍基高温合金初始织构对电辅助拉伸宏微观行为的影响

目的研究织构对镍基高温合金电辅助成形的影响规律。方法通过准静态拉伸与电辅助拉伸对比实验,研究了不同初始织构对镍基高温合金电辅助成形宏观力学行为以及微观组织演化的影响规律。结果当初始织构为易变形织构时,拉伸后的纤维织构峰值较低,而电辅助拉伸过程中焦耳热使得试样温度升高,变形抗力得到下降,在一定程度上增大了纤维织构的强度。当初始织构为难变形织构时,材料变形抗力大,拉伸后纤维织构峰值较高,但材料变形过程晶粒细化程度高,缺陷的增多导致电辅助成形过程中焦耳热更为明显,焦耳热导致的高温使得难变形晶粒变形更为协调,最终的纤维织构强度有所下降。结论不同的初始织构对电辅助成形宏微观行为有较大的影响,因此合理利用织构在电辅助成形过程中的影响以完善电辅助成形工艺十分重要。     

熔体过热处理技术及其在镍基高温合金中的应用研究进展

镍基高温合金是先进航空发动机高温叶片不可或缺的关键核心材料,目前通过合金化来提高其承温能力已趋于极限。研究表明,材料熔体结构对合金凝固过程、凝固组织、性能以及成形质量具有重要的影响。熔体结构的变化能够直接导致熔体特性发生改变,进而对性能产生影响,然而在实际合金的制备过程中,熔体结构的作用通常被忽略。熔体过热处理技术通过利用合金熔体的遗传效应,将高温熔体的结构保留到低温熔体,从而大幅提高合金性能。系统介绍了熔体过热的原理、主要处理技术以及如何通过X射线衍射和物性参数测量来确定熔体过热处理参数,重点介绍了熔体过热处理技术在优化高温合金凝固组织和提升性能方面的应用,最后提出了熔体过热处理技术发展的方向和面临的挑战。     

激光增材制造单晶高温合金研究进展

镍基单晶高温合金具有良好的高温强度、抗氧化和抗腐蚀性能、抗蠕变性能和组织稳定性,被广泛应用于制造航空发动机和燃气轮机叶片。由于其工作条件复杂恶劣,采用有效手段修复单晶叶片可以大大提高其使用寿命。综述了激光增材制造技术制备单晶高温合金的研究现状,介绍了激光增材制造技术制备单晶合金的理论基础,以及控制其单晶凝固组织的困难和不足,着重综述了激光增材制造技术控制单晶高温合金凝固制造的方法,主要包括通过激光参数调控温度梯度及凝固速率,以及通过基体晶体取向控制晶粒外延生长。最后,展望了该领域未来的主要研究方向和发展前景。     

CMSX-3单晶合金的微观组织研究

镍基单晶高温合金是重要的航空燃气轮机涡轮叶片材料。本文利用光学金相、SEMTEM等分析手段研究了采用定向凝固造晶法制造的CMSX－3单晶合金的微观组织。对其铸态组织与γ＇形态做了描述与分析。     

钴基高温合金增材制造研究现状及展望

钴基高温合金是一种在高温下具有高强度、良好的耐热、耐磨和耐腐蚀性能的材料,被广泛用于航空航天等领域。钴基高温合金增材制造技术具有材料利用率高、制造周期短和能够制造较为复杂零件等优点,相对于传统制造技术有巨大的优势,受到了社会的广泛关注。对钴基高温合金的合金化原理进行了阐述,总结了国内外钴基高温合金增材制造所使用的不同工艺方法,重点对钴基激光增材制造技术、钴基电子束激光增材制造技术进行了分析,综述了各种方法的研究现状和最新成果。评价了钴基高温合金增材制造技术在材料利用率、内部缺陷、成形精度、相关标准化方面的不足,并对钴基高温合金增材制造技术发展方向提出了预测。