热处理对点式锻压激光成形GH4169合金组织与力学性能的影响

研究简化热处理制度对点式锻压激光沉积(PF-LF)GH4169合金显微组织和力学性能的影响。将时效时间由原来的18 h减少为3 h,不仅大大节省了试验时间,而且在提升材料性能方面也起到了重要作用。结果表明,在1 010℃固溶时效后,合金中的Laves相出现大部分熔解,合金发生再结晶现象,再结晶晶粒细小且分布均匀,平均晶粒尺寸为6.8μm左右,实现了超细晶组织,合金的强度和塑性也远超锻件标准。1 050℃固溶时效时,再结晶完成,晶粒尺寸略有长大,约为15μm, Laves相基本完全固溶消失,与1 010℃热处理相比,合金的强度有所下降而塑性有所改善,均超过锻件标准。在1 010℃和1 050℃进行双固溶时效时发现,合金中出现了大量的退火孪晶组织,退火孪晶的产生对合金的强度和塑性均产生了影响,虽然合金的性能均超过锻件标准,但略低于单固溶时效状态下的合金性能。     

基于成分梯度的激光快速熔炼镍基合金显微组织形成及演化机理研究

航空发动机中涡轮盘及涡轮叶片的服役条件不同，通过制备梯度材料可以避免涡轮盘与涡轮叶片连接处提前失效。然而，梯度过渡区的成分变化会导致合金组织改变，是影响性能的关键。为探究合金成分变化对镍基梯度材料显微组织的影响，本团队选用镍基粉末高温合金和定向镍基高温合金为原料，利用激光快速熔炼技术，通过调整两种合金的混合比例，制备出了11种典型成分的合金锭；研究了合金成分对梯度合金晶粒形貌和析出相的影响，重点探讨了合金的枝晶形貌、析出相尺寸和含量随合金成分的变化规律。结果表明：激光快速熔炼11种成分镍基合金锭显微组织中的一次枝晶和二次枝晶臂均比较发达，合金成分改变对枝晶形貌的影响较小，平均一次枝晶间距约为110μm，显微组织均由γ相、γ’相、碳化物和γ/γ’共晶组成；随着镍基粉末高温合金含量的降低，合金锭中γ’相的含量和尺寸不断增加；由于元素偏析，γ’相形成元素Al、Ti、Ta、Nb会偏析在枝晶间，导致枝晶间γ’相的含量及尺寸均大于枝晶干。11个试样的显微硬度值相差不大，整体硬度值分布在500 HV左右。     

激光增材制造GH4099合金热处理后的显微组织及拉伸性能

主要研究了激光增材制造GH4099合金在不同热处理状态下的显微组织与室温拉伸性能。研究结果表明:沉积态试样的显微组织主要由外延生长的柱状晶组成,沉积态试样经过1120℃的固溶处理后发生了明显的再结晶,柱状晶内部的枝晶形貌消失,转变为细小的等轴晶组织,而且在等轴晶内部存在许多孪晶界;与固溶态试样相比,时效处理后的组织没有明显差异,显微组织仍然由细小的等轴晶组成,晶粒没有长大,γ基体上有明显的γ′相弥散析出;对比3种状态下的室温拉伸性能可以发现,固溶态试样的强度最低,塑性最高,而固溶-时效态试样的室温力学性能最好,呈现出较高的强度和塑性。这主要是因为高温固溶过程中发生了完全再结晶,试样内部的位错密度有所降低,而且没有γ′相的析出强化,而在时效过程中,γ′相充分析出阻碍了位错运动。     

激光快速成形Rene 80高温合金组织及裂纹形成机理

研究了激光快速成形(LRF)Rene 80高温合金厚壁件的凝固组织和裂纹的形成机理。结果表明,激光快速成形Rene 80高温合金的凝固组织为与沉积高度方向平行的定向凝固枝晶组织,由于凝固偏析,MC型碳化物和γ-γ′共晶组织分布于定向凝固组织的枝晶间区域。激光快速成形Rene 80高温合金厚壁件含有许多长度大于10mm,扩展方向与沉积高度方向平行的宏观裂纹。分析表明,这些裂纹为液化裂纹,其形成原因为:激光快速成形时,紧邻激光熔池的热影响区(HAZ)内沿晶界分布的低熔点γ-γ′共晶组织发生熔化,形成热影响区内沿晶界扩展的晶界液相,在热影响区冷却过程中,由于热影响区内固相的收缩应力作用,沿晶界扩展的固-液界面被撕开,从而导致液化裂纹的产生。     

热处理对FGH95合金激光成形定向凝固显微组织的影响

本文利用高温合金FGH95在定向凝固单晶合金DD3基材上进行激光多层涂覆实验,得到了具有细小定向凝固柱状枝晶组织的试样。对激光金属成形定向凝固试样进行了标准热处理,深入研究了热处理前后凝固显微组织的变化规律。研究发现,处理前涂层中的组织为白色的枝晶干和黑色的枝晶间交替排列,枝晶一次间距约为10μm,处理后看不出明显的枝晶间与枝晶干分界,只是基体上弥散沉积了白色的富Nb块状碳化物,枝晶间和枝晶干区域在处理前所存在的尺度大小和形态迎然不同的γ′相在处理后尺度分布变得均匀。各合金元素经热处理后,偏析现象均有不同程度的减轻。     

激光熔覆FeAlCrNiSiC高熵合金涂层研究

利用YAG脉冲固体激光器, 在高纯氩气的保护下, 选取优化了的激光工艺参数在45#钢表面制备FeAlCrNiSiC六元高熵合金涂层。主要采用OM、SEM、EDS、XRD和显微硬度等分析手段, 对实验制备的合金涂层的形貌、组织结构、成分、相结构、硬度及相关机理进行了研究。实验结果表明: 优化的激光熔覆工艺参数为功率85 W, 激光扫描速度为5 mm/s, 能量密度47 J/mm2, 搭接率50%。采用此优化工艺参数成功制备了与基体形成良好冶金结合的FeAlCrNiSiC高熵合金涂层。制备涂层的硬度达到了800 HV, 涂层的内部结构由条状等轴晶及网状枝晶组成, 组分偏析得到了有效缓解。合金涂层具有FCC结构的γ-Fe和BCC结构的FeAlCrNiSiC固溶体的简单物相, 合金元素Al、Cr、Si、Ni、C固溶在两种多组元固溶体中, 增加了晶格畸变, 使涂层具有高的硬度。     

定向凝固合金成分偏析的研究

本文对添加不同含量Hf的DZ—3,DZ—22两种定向凝固合金,用电子探针进行了微观偏析的研究。测得W、CO和Cr为负偏析,其余元素皆为正偏析。Hf偏析最严重,W、Mo和Nb次之,其余元素变化不大。Hf的添加量对枝晶轴,枝晶间元素分布无明显影响。但在共晶r′的大块r′区,发现Hf的含量随Hf的添加量而增加,而Ti则与此相反。从背散射电子象可见,在枝晶间除一些含Hf相外,尚有Hf的集中区,该区随Hf的添加量而增加。     

激光熔化沉积DZ408镍基高温合金微细柱晶显微组织及性能

采用激光逐层熔化沉积工艺制备出了DZ408高温合金板状试样,分析了其激光沉积态及热处理后的显微组织,测试合金的室温拉伸力学性能并分析了其断裂机理。结果表明,激光熔化沉积(LMD)DZ408镍基高温合金沿沉积方向具有快速凝固定向生长微细柱晶组织,其一次枝晶间距约为26μm、二次枝晶间距约为8μm,但在枝晶尺度范围内仍存在较明显的元素枝晶偏析,枝晶间γ′尺寸大于枝晶干。顶层沉积层由定向生长微细树枝晶和非定向树枝晶组成,相遇处由于合金液补缩不足产生疏松。在激光沉积过程中选择足够的重熔率,将非定向自由生长树枝晶层和疏松区重熔,是获得致密定向微细柱状晶的必要条件。经过后续热处理,测试合金的室温抗拉强度为1507MPa,延伸率为14.5%。     

Ti—644合金不同固溶制度下组织与阻尼性能

Ti-644合金成份为Ti-6Al-4V-4Mo,是一种新型高阻尼性能铸态合金。铸态时组织为α相成集束与β相成网格状相混合存在。合金750～950℃固溶水淬时阻尼性能见图1。由电镜对不同固溶温度下组织观察表明:750℃固溶水淬后部分卢β→α′粗马氏体片,此时合金组织为α+α′+β_残。800℃固溶水淬后在α′马氏体片上析出了细针状α″相,见图2,α和与α′相上出现了孪晶。随着固溶温度的升高α″相析出量增加、针变粗、α与α′相上的孪晶数量也增加。到950℃时α相消失转变成稳定的β相。这时合金组织仅剩少量粗大的α″针,孪晶基本消失。     

一种镍基单晶高温合金中碳化物热稳定性研究

利用SEM、TEM研究了一种镍基单晶高温合金中碳化物在950℃时效不同时间的退化规律。固溶处理过程中形成的MC碳化物随时效时间的增加而逐渐退化为M6 C和M23 C6碳化物。同时,由于在时效处理过程中Re元素进入M6 C碳化物中,破坏了其结构稳定性,促使M6 C碳化物也可以退化为M23 C6碳化物。至时效3000 h时,没有观察到碳化物退化的逆反应。本研究可以为高温合金高温下服役的稳定性提供实验参考。     

快速凝固Al—Mn合金中准晶相形貌的SEM观察

本文研究了对A1—Mn(18wt%和Mn和25wt%Mn)合金准晶相作SEM观察时的最佳腐蚀条件,展示出上述准晶丰富的形貌相。准晶形貌由大小约0.1μm的小颗粒组成,在凝固时由于固液界面前沿的温度场分布使这些小颗粒调整重排或长大形成准晶结构。     

凝固条件对γ-Ni/Mo2Ni3Si合金凝固组织的影响

设计并采用激光熔炼工艺制备出镍基固溶体γ增韧的Mo_2Ni_3Si三元金属硅化物合金。差式扫描量热分析(DSC)及高温金相实验表明,该合金共晶温度约1287℃,液相线温度约1355℃。研究了该Mo_2Ni_3Si合金在炉冷、水冷及激光表面熔凝条件下的凝固组织。结果表明,在炉冷及水冷条件下,随着凝固冷却速度的提高,合金中Mo_2Ni_3Si初生枝晶体积分数降低、二次枝晶臂间距减小,但激光表面快速熔凝合金中Mo_2Ni_3Si初生枝晶体积分数急剧增加(62％)。激光表面快速熔凝γ/Mo_2Ni_3Si合金由于组织细小,且基体γ相被Mo及Si元素过饱和固溶,具有最优异的力学性能(显微硬度600HV);炉冷Mo_2Ni_3Si合金凝固组织初生枝晶上分布着许多显微裂纹,且显微组织为粗大的二相组织,力学性能较差。     

稳恒磁场设计及电流强度对激光熔覆Fe55涂层微结构的影响

利用自行设计的稳恒磁场装置以辅助激光熔覆工艺,通过调节电流强度获得相应的稳恒磁场作用于激光熔池,在45钢基材表面制备了Fe55合金涂层。借助扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射（XRD）等表征手段分析了稳恒磁场作用下Fe55合金涂层的微观形貌、化学组成和物相结构。结果表明,Fe55合金涂层主要由-（Fe,Cr）和（Fe,Ni）固溶体、（Cr,Fe）23C6碳化物及少量Cr9.1Si0.9组成。与未施加磁场相比,稳恒磁场作用下的激光熔覆Fe55涂层,枝晶间Cr元素含量更高,枝晶内Fe元素含量也有所增加。稳恒磁场在一定程度上促进了激光熔池中的传质过程,有助于Fe,Cr元素扩散和（Fe,Cr）固溶体的形成。当电流强度为4.0 A时,外加磁场大大降低了熔池内固-液界面前沿的温度梯度,增加了液态金属熔池的形核率,涂层中大量柱状枝晶和树枝晶转变为方向各异的等轴晶,涂层组织得到了明显优化。     

激光熔覆Co基高温合金涂层的显微组织与耐磨性能研究

采用激光熔覆技术在304L不锈钢基体表面制备了Co基高温合金涂层,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析和X射线衍射分析了涂层的显微组织、物相组成以及磨损表面形貌,测试了涂层的室温滑动摩擦磨损性能.结果表明:激光熔覆Co基合金涂层从底部到表层依次为“胞状晶-粗大枝晶-细小树枝晶”组织,主要由γ-Co固溶体、Fe2Mo相及Co7Mo6相组成,涂层平均硬度约为630 HV,是304L不锈钢基体的3倍,室温摩擦磨损性能是304L不锈钢基体的1～1.5倍.由于难溶元素Mo的固溶强化及Fe2Mo及Co7Mo6硬质相的弥散强化使涂层具有较好的耐磨性能.     

激光重熔熔池宏微观凝固过程的实时观察

采用类金属透明模型合金SCN-Eth合金, 在自主搭建的激光熔池凝固过程宏微观实时观察平台上, 研究了激光重熔过程中熔池宏微观形态演化规律。研究发现, 随着激光束扫描的进行, 熔池及其热影响区的宏观形态都先从圆形变为椭圆形, 最后演化为尾部呈“V”形的泪滴状。随着激光功率的增加, 稳态熔池长度L、宽度W、尾部夹角α均增加; 随着扫描速度的增大, 稳态熔池长度L、宽度W、夹角α均减小; 熔池长宽比随功率的增加而增大, 随扫描速度的增加先增大后减小。从熔池中部到熔池尾部液固界面形貌依次呈平面→胞晶→枝晶演化, 胞晶和枝晶一次间距不同, 浅胞间距约为28 μm, 深胞间距约为42 μm, 枝晶间距约为65 μm, 胞枝晶一次间距沿固液界面增大。     

不同工艺条件对激光熔化多道沉积DD5单晶高温合金杂晶的影响

研究了基材热处理态和激光扫描速率对多道沉积DD5单晶高温合金沉积道内的杂晶(SGs)形核位置及数量的影响,探讨了不同条件下杂晶的形成机理。结果表明,当激光扫描速由5mm/s增大到20mm/s时,沉积道顶部的柱状晶-等轴晶转变(CET)导致杂晶数目减少;采用固溶方式处理基材时,沉积道底部杂晶的尺寸和数量较铸态基材的明显减小;沉积道之间的相互搭接不会产生新的杂晶;当采用固溶态基材、激光扫描速率为20mm/s时,基本可以得到无杂晶的多沉积道搭接界面。     

DD2单晶合金激光表面熔凝处理的组织特征及微观偏析行为

利用激光快速熔凝技术对DD2单晶合金在超高温度梯度和快速凝固条件下的组织形态和元素的微观偏析行为进行了研究。实验结果表明激光重熔后微观组织较铸态组织显著细化 ,枝晶间析出相被抑制 ,合金元素的微观偏析行为大为改善。     

TiC添加量对激光增材制造MC碳化物增强Inconel625复合材料组织及性能的影响

利用激光增材制造技术制备了MC碳化物增强Inconel625复合材料,研究了TiC添加量对复合材料显微组织、显微硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明,添加TiC的复合材料的显微组织由枝晶状γ基体与枝晶间呈弥散分布的增强体组成。随着TiC添加量的增大,复合材料中一次枝晶间距逐渐减小,而枝晶间碳化物含量和显微硬度逐渐增大,抗磨损性能比Inconel625合金提高80%以上。当TiC的质量分数为1%时,复合材料的屈服强度和抗拉强度比Inconel625合金分别提高了21.9%和27.5%,但延伸率减小。     

激光沉积修复DD5合金的枝晶外延生长控制与显微组织特征

采用DZ125高温合金粉末对DD5合金进行激光沉积修复，通过正交试验的方法，研究了激光功率、扫描速度和送粉量对单道单层沉积区枝晶外延生长的影响，实现了沉积区枝晶外延生长的控制。在此基础上，进行单道多层沉积修复试验，分析测量了单道多层沉积区的显微组织和硬度。结果表明：较低的热输入量和送粉量可显著提高沉积区枝晶外延占比；当激光功率为420 W、扫描速度为6 mm/s、送粉量为1.5 g/min时，单道单层沉积区枝晶外延占比约为100%。单道多层沉积区中下部为平面晶、沿沉积方向外延生长的柱状晶，顶部为等轴晶；沉积区γ′相不均匀地分布在γ相中，枝晶间区域的γ′相尺寸大于枝晶干区域的γ′相尺寸；沉积区底部短棒状MC碳化物沿枝晶间分布，且Ta元素含量较高；沉积区顶部的小块状以及八面体状MC碳化物随机分布。DD5合金基体平均显微硬度为425 HV0.5，沉积区平均显微硬度略高于基体，为449 HV0.5；与沉积区中部相比，沉积区底部和顶部的显微硬度略高，沉积区底部显微硬度最高。     

激光增材制造05Cr15Ni5Cu4Nb沉淀硬化不锈钢的热处理工艺

采用激光增材制造技术制备了05Cr15Ni5Cu4Nb沉淀硬化不锈钢板件,分析了沉积态、调整态、固溶态组织经时效热处理后的显微组织、析出相及力学性能,并优化了热处理工艺。结果表明:沉积态组织主要由外延生长的柱状晶组成,柱状晶内包含多个胞状枝晶,枝晶间存在残余铁素体,沉积态组织抗拉强度为1128.5 MPa。经时效热处理后,残余铁素体消除,马氏体板条中弥散分布NbC颗粒和大量纳米级ε-Cu相。与沉积态组织相比,时效态组织的显微硬度和拉伸强度均有大幅提高,直接时效态和固溶时效态组织的塑性稍有降低,但抗拉强度分别达1440 MPa和1367MPa;调整时效态组织可获得良好的强韧性配比,延伸率与抗拉强度分别为16%和1164.5MPa。