FGH98粉末冶金高温合金热变形过程中组织变化

本文利用光学金相显微镜和扫描电镜观察了粉末冶金高温合金FGH98热等静压态锭坯经近等温锻造后的显微组织,研究了热变形对合金中原始颗粒边界(PPB)、粉末原始枝晶组织及晶粒度的影响.从动态再结晶和动态回复的角度分析了变形量对改善FGH98合金组织的作用,探索通过大变形量改善合金显微组织的途径.研究表明:经过三火锻造累积变...     

FGH4102粉末高温合金等温热模拟压缩试验及动态再结晶组织研究

本文研究了新型第四代粉末高温合金FGH4102在等温热模拟压缩过程中的组织演变,对γ′相在动态再结晶过程中的作用进行了探讨。结果表明,热等静压态合金在1060~1120℃温度范围变形时,热加工性能较好。1140℃变形后试样容易发生开裂,合金热加工性能较差。合金在γ+γ′两相区变形时均发生了不同程度的动态再结晶,再结晶晶粒尺寸远小于热等静压态的晶粒尺寸。变形过程中,尺寸较大的γ′相起到促进动态再结晶的作用。变形参数对动态再结晶的影响非常显著。低温高应变速率变形时,γ′相促进动态再结晶形核占主导地位,再结晶晶粒比较细小;高温低应变速率变形时,晶粒长大逐渐占据主导地位,再结晶晶粒尺寸较大。     

热挤压对FGH96镍基粉末高温合金微观组织的影响

研究了热挤压温度、挤压比、挤压速度、挤压前预处理对FGH96镍基粉末高温合金微观组织的影响规律,确定了获得晶粒尺寸小于10 μm的超塑性细晶组织的热挤压方法。研究结果表明,热等静压后FGH96合金发生了再结晶,实现了粉末的完全致密化成形,但晶粒大小极不均匀,且存在明显的原始颗粒边界(PPB)缺陷。采用热挤压前预处理工艺在确保合金晶粒不长大的同时,又可使γ'相粗化,显著降低热挤压变形抗力。随着挤压温度的升高,合金晶粒尺寸呈长大趋势。挤压温度为1 080 ℃时,获得平均晶粒小于10 μm的完全再结晶超塑性组织,挤压温度继续升高,晶粒尺寸将明显长大。随着挤压比的增大,挤压载荷明显增大,采用大于6∶1的挤压比,有利于获得平均晶粒小于10 μm的完全再结晶超塑性组织。载荷随热挤压速度的升高而增大,在保证合金组织为细晶的条件下,应尽量选择较低的挤压速度。由于在热挤压过程中合金已发生了完全的动态再结晶,未观察到明显的取向,力学性能测试结果也表明沿着挤压方向和垂直于挤压方向的性能相当,说明不同挤压方向的微织构对性能没有明显影响。     

消除粉末高温合金中原始颗粒边界机制北大核心

采用SEM、TEM研究了高温合金粉末颗粒内部与合金中碳化物的类型和组成,采用热力学软件计算了不同Hf含量FGH4096的碳化物组成,结果表明,粉末高温合金中原始颗粒边界上的析出物为以TiC为主的MC型碳化物,MC型碳化物(TiC、ZrC、HfC、NbC、TaC)在镍基高温合金中按溶解度从大到小为TiC>NbC>TaC>ZrC>HfC。TiC在FGH4096中的溶解度较HfC的大,雾化粉末快速凝固过程中,加入Hf的FGH4096合金碳化物析出量大于不加Hf的FGH4096合金碳化物析出量,HfC均匀形核于整个粉末颗粒中。在热等静压过程中,Hf与C的结合力强而形成HfC,最终在FGH4096合金中形成(Hf,Ti,Nb)C,致使C元素无法扩散至粉末颗粒表面形成TiC,避免了原始粉末颗粒边界的形成。加入Zr消除FGH4096中原始颗粒边界的机制与添加Hf的FGH4096相同。     

镍基变形高温合金CDS&W FGH96热变形行为研究

随着新一代低油耗和高推重比航空发动机的发展,对新型涡轮盘合金提出了更高的要求。FGH4096是典型第二代高强和高损伤容限型涡轮盘合金,长期使用温度为700~750℃,采用粉末冶金(P/M)工艺制备。本文采用电渣重熔连续定向凝固(ESR-CDS)技术和多向锻造技术制备了低偏析的FGH96合金(命名为CDSW FGH96)锻坯,通过等温热压缩实验研究了锻态合金在温度范围为1060~1140℃,应变速率范围为0.001~0.100 s-1的热变形特点。结果表明,随着温度的增加,再结晶(DRX)分数先减小后增加;弥散细小的γ'相颗粒阻碍动态再结晶形核,而尺寸较大的相颗粒在一定程度上可大大降低对动态再结晶的这种阻碍作用;动态再结晶晶粒尺寸随着变形温度的降低而降低。通过流变行为计算得到热变形激活能为1289 k J·mol-1,并提出了合金CDSW FGH96高温变形本构方程。借助于场发射扫描电镜(FESEM)和透射电镜(TEM)阐述了动态再结晶机制为应变诱导原始晶界形核和第二相位错塞积形核。     

FGH96合金在等温变形条件下的变形及微观组织演化

通过热模拟试验,深入分析了FGH96合金在高温变形条件下的动态再结晶行为,研究其发生动态再结晶的临界条件及动态再结晶晶粒尺寸的影响因素.深入研究了加工硬化率-应力曲线、加工硬化率-应变曲线和动态再结晶的RTT曲线,确定了FGH96合金热变形时动态再结晶的特征应变、峰值应变、临界应变以及最大软化率应变,同时,采用该方法,还准确地判断了动态再结晶的类型.采用定量金相分析方法,测定了再结晶晶粒尺寸,利用数学回归的方法建立了FGH96合金热变形时的动态再结晶数学模型.     

粉末高温合金FGH96中的原始粉末颗粒边界及其对合金拉伸断裂行为的影响

采用等离子电极旋转雾化法和热等静压法(hot isostatic press,HIP)分别制备FGH96粉末与合金,对原始及高温(1 150℃)预热处理后的FGH96粉末表面析出相以及HIPed FGH96合金的原始粉末颗粒边界(prior particleboundary,简称PPB)进行分析,进而研究PPB对合金室温和750℃拉伸断裂行为的影响。研究发现:原始粉末表面无明显析出相,1 150℃预热处理后粉末表面有块状MC和细小氧化物分布;热等静压法制备的FGH96合金及其热处理后,PPB析出相主要由颗粒和块状的金属碳化物MC及富Zr的氧化物颗粒组成;该合金经过固溶和时效处理后,颗粒状MC部分溶解而块状MC长大,PPB碳化物的尺寸分布由单峰分布转变为双峰分布;常温拉伸时微孔在PPB上形成并扩展,合金沿PPB断裂;750℃拉伸时,合金强度与塑性较常温下明显降低,部分M23C6在晶界析出,块状和颗粒状碳化物部分溶解,为M23C6提供碳源,合金断口呈现沿晶和沿PPB混合断裂的形貌。     

镍基双合金扩散偶的拉伸性能研究

采用热等静压(HIP)扩散连接工艺,获得了镍基单晶高温合金与粉末高温合金的扩散偶。研究了热等静压和热处理工艺对扩散偶的组织和拉伸性能的影响。结果表明,不同温度热等静压的扩散偶均实现了冶金结合,瞬时拉伸断口位置处于DD402侧,断裂面为{111}滑移面。随着HIP温度升高,DD402母材的γ′相粒子粗化,FGH95粉末合金母材的再结晶晶粒长大;1 166℃HIP扩散偶热处理后,FGH95粉末合金的γ′相由晶界大尺寸γ′相、晶粒内中等尺寸的和细小的γ′相组成。扩散偶试样的650℃抗拉强度受HIP温度影响小,而屈服强度随着HIP温度升高而降低。     

高温氧化对FGH96高温合金粉末表面状态的影响

通过模拟FGH96高温合金粉末在热等静压固结阶段的高温加热过程，利用多种表面分析方法，研究高温氧化对粉末表面状态的影响。结果表明，近热等静压加热温度条件下的高温氧化过程显著改变了FGH96高温合金粉末的表面形貌、表面元素分布和析出相组成。随加热温度的升高和保温时间的延长，胞状晶为主、树枝晶为辅的表面凝固组织被氧化物/碳化物层所覆盖，高温氧化过程促进粉末基体内部的Ni、Ti、Zr、Nb、Al和C原子逐渐扩散到粉末表面，粉末表面预先存在的氧化物（ZrO2）为MC型碳化物（(Ti, Nb)C）的形核提供了结构条件。控制粉末表面氧化物的形成可以有效限制合金中形成原始颗粒边界缺陷。     

喷射成形高温合金FGH4096的热变形行为

采用THERMECMASTOR_Z型热模拟试验机,研究了喷射成形高温合金FGH4096在变形温度为1 060～1 180℃、应变速率为0.1～10 s-1的等温热压缩变形行为.试验表明,在1 120℃以上变形的试样发生了动态再结晶;1 090℃以下变形的试样发生了动态回复.喷射成形FGH4096高温合金最佳热变形温度为1 120～1 180℃,最佳应变速率为0.1～5 s-1.通过表观激活能的计算讨论了喷射成形FGH4096高温合金热变形机制.     

Microstructure Characterization and Mechanical Properties of FGH 95 Turbine Blade Retainers

FGH 95 is a powder metallurgy (P/M) processed superalloy,which was developed in the 1980s in China.One of the applications of FGH 95 was high pressure turbine blade retainers.The manufacturing processes used to produce FGH 95 blade retainers consisted of atomization by plasma rotating electrode process (PREP),hot isostatic pressing (HIP) at super-solvus temperature and a sub-solvus solution heat treatment.The material had an equiaxed grain structure (ASTM 6.5-7.5).The γ′ precipitates in as-HIP FGH 95 showed a tri-model distribution.Carbides in the alloy were MC type and precipitated at grain boundaries.The prior particle boundaries (PPB) in the material originated mainly from γ′ phase.Statistics of the mechanical properties data from batch production of the FGH 95 blade retainers were investigated.The as-HIP FGH 95 blade retainers showed high strength at room temperature and 650 ℃,excellent creep resistance and outstanding stress rupture strength at 650 ℃.     

Effect of Hf and Zr Contents on Stress-rupture and Fatigue Crack Growth Rate Performances in FGH96PM Superalloy

Four experimental FGH96alloys with various contents of Hf and Zr(0and 0.04%,0.3% and 0.04%,0.6% and 0.04%,0.3%and 0.06%,respectively)were produced using PREP(plasma rotating electrode process)+HIP(hot isostatic pressing)route.The unnotched and notched stress-rupture properties and fatigue crack growth rate(FCGR)of all the experimental alloys were investigated to study the effect of Hf and Zr.Relevant fracture morphology and microstructure were observed by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy.The results revealed that appropriate content of Hf could lengthen stress-rupture life,eliminate notch sensitivity and slower FCGR.Microstructure analysis showed that the amount ofγ′phase should be increased or decreased by adjusting Hf and Zr contents,and MC carbide and oxide coupled growth should be increased by adding Hf content,which caused oxycarbide to precipitate along grain boundary and strengthen the alloy.It was found that excessive Zr in Hfcontaining FGH96alloy had certain deleterious effects on stress-rupture property because there was strong Zr segregation at prior particle boundary,leaving a long chain of large-size oxides along the boundary.The optimal content of Hf and Zr in FGH96alloy was 0.6%and 0.04%,respectively.     

粉末高温合金中原始粉末颗粒边界研究进展

原始粉末颗粒边界(prior particle boundary,PPB)是粉末高温合金(powder metallurgy superalloy,P/M superalloy)中常见的缺陷之一,它是在制粉期间以及热等静压或热挤压前期的加热过程中,在原始粉末表面处析出的一层细小且连续的第二相网膜;这层析出物可能会阻碍粉末颗粒间的扩散与连接,成为了合金中的薄弱界面,严重破坏合金组织,危害其拉伸、冲击等各项力学性能。本文着重介绍了目前针对粉末高温合金中原始粉末颗粒边界的研究进展,重点概述了影响原始粉末颗粒边界的形成因素及消除措施。     

C元素对FGH96粉末高温合金显微组织和力学性能的影响

对C质量分数分别为0.05%和0.09%的FGH96合金进行了显微组织和力学性能的分析。结果发现:C元素含量较高时,除了碳化物数量明显增多外,还会在晶界处形成较大尺寸的块状MC碳化物;但是,C元素含量并未对原始颗粒边界(prior particle boundary,PPB)、晶粒度及γ′相产生明显的影响。C元素含量较高会提高FGH96合金在650℃时的抗拉强度和屈服强度,但会降低其塑性。在低周疲劳试验中,C元素含量较高,形成的大块MC型碳化物分布于表面或亚表面,将会作为裂纹起源从而显著降低合金的低周疲劳性能。     

FGH96合金双道次热变形及其热加工图

采用Gleeble-1500热模拟试验机对FGH96合金进行双道次真应变量为0.6＋0.6和0.3＋0.9的等温间断热压缩试验,研究了变形温度为1050~1125℃、变形速率为0.001~0.1 s-1时合金的热变形行为和组织演变.热变形过程中合金发生了再结晶,第一道次较小的真应变量减轻了合金的开裂.当第一道次真应变量小时,随着温度和变形速率的上升,合金道次间再结晶软化率增加.不同应变量以及不同道次真应变量均对合金热加工图产生明显影响.在相同变形条件下,当能量耗散率随应变量的增加而下降时,合金中组织由细晶向粗晶转变,反之则由粗晶向细晶转变;当能量耗散率不随应变量的变化而变化时,能量耗散率低于20%的合金中出现大量的不完全再结晶组织,能量耗散率高于35%的合金中出现细小完全再结晶组织.      

Microstructural Characterization of Spray Formed FGH4095 Superalloy During Hot Deformation

 In order to study the hot workability and to optimize the processing parameters for spray formed FGH4095 superalloy, thermal compression tests for spray formed FGH4095 superalloy have been finished by using a Gleeble 1500 thermal simulated test machine at the strain rates of 0. 01-10. 0 s-1 and temperatures of 1050-1140 ℃. The effects of strain rate and deformation temperature on the true stress-true strain curves and microstructure evolution were investigated. The results show that the generation of dynamic recrystallization (DRX) depends sensitively on deformation temperature. When the temperature was lower than 1080 ℃, long and narrow necklace grains were shown in the microstructure. When the temperature increased to 1140 ℃, new recrystallization grains were generated. The size and shape of γ′ precipitates in the grains have a very important effect as factors of hindering sufficient migration of dislocations on plastic deformation. The result of thermal processing map is in accord with the microstructure observation, and the best material thermal processing temperature is above 1128 ℃.