电磁搅拌工艺对模具钢组织和性能的影响

连铸二冷区辊式电磁搅拌能够打断凝固前沿枝晶,破碎的枝晶在剩余钢液中成为弥散等轴晶形核点,扩大铸坯中心等轴晶比例;另一方面,钢液的流动使未凝固钢液成分均匀化,减少中心偏析和疏松。通过对采用电磁搅拌工艺生产的中厚板模具钢进行低倍、硬度及组织分析,研究电磁搅拌工艺对改善模具钢组织和性能产生的影响。     

热处理对FGH95合金组织的影响

研究了热处理对FGH95合金组织变化的影响.研究结果表明材料原始组织为枝晶与再结晶的混合组织.枝晶区沿变形方向拉长,再结晶区晶粒细小.合金主要强化相为γ'相,有3种不同尺寸的γ'相分布在不同区域.另外,还有MC、M3B2等微量强化相.材料热处理时,随固溶温度的升高(1120～1170℃),γ'相逐渐溶解,枝晶区面积减小,再结晶晶粒长大.固溶处理后在盐浴(600～800℃)中冷却,不同盐浴温度淬火后,合金可获得几种不同形状、尺寸、数量、分布的γ'相搭配方式.合金经二次时效处理后,γ'相有所长大,且有部分补充析出.     

新型粉末高温合金多火次等温锻造过程中晶粒细化机制

为探索多火次等温锻造对新型粉末高温合金晶粒细化的影响, 本文对实验合金进行了每火次变形量40%左右的三火次等温锻造, 采用商用有限元软件DEFORM 2D模拟锻造过程中的等效应变分布图, 采用电子背散射衍射技术对各火次后的锻坯进行显微组织观察和分析.研究表明: 等温锻造过程中, 锻坯轴向剖面大致分为三个区域, 位于上、下两端面附近的Ⅰ区变形量最小, 位于两侧附近的Ⅱ区次之, 位于剖面中心的Ⅲ区变形程度最大.经过三火次等温锻造后, 锻坯Ⅱ、Ⅲ区再结晶充分, 获得等轴细晶组织, 平均晶粒尺寸2~3 μm.然而Ⅰ区形成再结晶不完全的"项链"组织, 在变形晶粒周围分布大量细小的再结晶晶粒, 变形晶粒内小角度晶界含量较多, 位错密度较高.通过对三火次后的锻坯进行合适的热处理, Ⅰ区"项链"组织得到细化, Ⅱ、Ⅲ区组织发生晶粒长大, 整个盘坯为较均匀的细晶组织, 平均晶粒尺寸为6~8 μm.      

高温扩散对轴承钢低倍组织和碳化物不均匀性的影响

利用铸坯及盘条淬火+回火热处理金相检验、电子探针等技术,研究了高温扩散工艺对轴承钢低倍组织和碳化物不均匀性的影响。研究结果显示:铸坯经高温扩散处理后,枝晶间的大颗粒共晶碳化物溶解消除,Cr元素分布趋于均匀化,铸坯酸洗低倍质量明显提升,轧制后盘条的带状碳化物改善显著,但对盘条的低倍组织尤其是酸洗孔洞缺陷没有影响。     

奥氏体不锈钢凝固组织中残留铁素体特征研究

 采用化学侵蚀、彩色金相和电子探针（EPMA）等方法对AISI304奥氏体不锈钢连铸方坯凝固组织及其残留铁素体的形貌、化学组成等特征进行了分析,并采用DICTRA软件对铁素体向奥氏体的扩散转变进行了模拟研究,结果表明AISI304不锈钢铸坯表层树枝晶区的二次枝晶间距为12~20μm,富Cr贫Ni的残留铁素体呈骨骼状分布;铸坯中心等轴晶区的残留铁素体为蠕虫状分布,中心等轴晶区的残留铁素体富Cr贫Ni的同时富Si贫Mn,且其富Cr贫Ni的程度比柱状晶区的残留铁素体轻。钢液成分和先析铁素体向奥氏体扩散转变时间、距离是影响残留铁素体化学组成的主要因素。     

冷焊与冷焊激光复合修复ZL114A铝合金组织和力学性能研究

采用冷焊与冷焊激光复合修复技术对预制槽损伤的ZL114A铝合金进行修复实验研究,系统分析了热处理前后的组织形貌,测试了样品的显微硬度和室温拉伸性能。结果表明:冷焊与冷焊激光复合两种修复工艺修复区与基材都形成良好的冶金结合,修复区组织同为α-Al枝晶和枝晶间Al-Si共晶,共晶Si相具有大量棒状分支,激光沉积修复区一次枝晶间距13.1μm,二次枝晶间距6.7μm,约为冷焊修复区的3倍。因冷焊修复区具有相对较高的过冷度导致共晶Si相的棒状分枝更为发达。热处理后两种修复工艺的修复区组织中共晶Si相圆整度都得到了显著提高,冷焊修复区Si颗粒分布更加弥散均匀,但出现少量粗大的共晶Si相,颗粒度约为激光沉积修复的1/2。T6热处理后修复区硬度相比于热处理前都有明显提高,对修复后试件进行室温拉伸试验,试件均在铸造基体处断裂,表明两种工艺的修复区强度均高于修复的铸造基板强度。     

凝固组织对高强耐蚀管带状缺陷的影响

 连铸过程中的点状偏析是后续轧材中带状缺陷的源头,对产品服役过程抗腐蚀性能有重要影响。为了控制管材中的带状缺陷,以C110级石油套管钢为对象,研究了其铸态组织对后续热轧管和调质管中粗大带状缺陷的影响。结果表明,点状偏析主要存在于铸坯中心粗大等轴晶区,其内部存在细小的枝晶结构,但却伴随较严重的斑块状溶质元素偏析,遗传到热轧管中则表现为粗大的带状组织缺陷。这类带状组织很难通过热处理工艺消除,会保留在调质管中,从而影响产品服役性能。浇铸工艺研究表明,当前管坯连铸条件下,控制铸坯中心等轴晶区可有效抑制这类半宏观点状偏析的形成,明显减少热轧管和调质管中的粗大带状缺陷;随着铸坯等轴晶区的缩小,热轧管和调质管壁厚方向的显微硬度均匀性均获得显著提高。     

高强耐候钢轧制过程中组织演变的对比分析

对高强耐候钢的铸坯组织、枝晶间距以及轧制过程中的组织变化进行了研究,并对2150ASP与1780生产线中间坯及成品组织形态进行了比较。结果表明,与传统连铸板坯相比,2150ASP中薄板坯低倍组织较为细密,柱状晶比较发达,一次枝晶与二次枝晶间距小;连轧前铸坯表面和芯部的组织差异随着轧制道次增加逐渐减小,成品板组织均匀、细小。     

电磁搅拌改善板坯凝固组织的试验研究

采用正交设计方法,考查电磁搅拌工艺参数对铸坯质量的影响。并利用优化的电磁搅拌参数,进行大量的工业试验,研究了电磁搅拌对板坯凝固组织的等轴晶率和枝晶臂间距的影响。试验结果表明,铸坯的等轴晶率提高了9．48％,一、二次枝晶臂间距分别缩小了6％和11．7％,细化了组织,显著改善了铸坯的质量。     

高铌TiAl基合金热变形组织的均匀化

研究了热加工和热处理对大尺寸高铌TiAl基合金组织均匀化的影响.结果表明,两次包套锻造能够有效地破碎大尺寸高铌TiAl基合金铸态组织.锻造过程中,铸态组织发生较大程度的动态再结晶,合金锻后组织经过热处理未出现残留的粗大的片层组织.合金在凝固中由于偏析形成的高温β相通过热加工和随后的热处理得到了有效的消除,热处理后所获的双态组织均匀且细小.     

预变形对FGH97粉末高温合金热处理组织的影响

FGH97粉末高温合金制品在生产加工过程中由于操作不当会出现局部表面凹坑,对存在该缺陷的合金制品进行检测分析,发现受外力影响的区域经热处理后晶粒异常粗大;采用热模拟实验验证了局部变形对FGH97合金热处理组织的影响。结果表明:FGH97合金在受外力作用后的合金变形量达到临界变形量时,热处理过程中会发生晶粒异常长大,造成组织不均匀,进而影响合金的性能与应用。合金在制备过程应严格遵守操作规程,避免局部发生变形。     

FGH98合金的再结晶行为

利用扫描电镜和透射电镜对热挤压态和退火态FGH98合金的相析出规律及组织特征进行了分析,并对其再结晶机制进行了深入研究.结果表明:热挤压态FGH98合金在空冷过程中已经发生了少量的再结晶现象,随着挤压温度的提高,体系内位错密度下降.退火态FGH98合金中再结晶机制主要与体系内未回溶的一次γ'相有关,在一次γ'相聚集区再结晶主要以依靠亚晶的聚合和亚晶的长大,或两者的混合机制进行形核;随着一次γ'相的减少,合金还可以通过应变诱发晶界迁移、多晶粒交汇区形核、孪晶叠加等多种方式形核.需要指出的是,FGH98合金中未回溶的一次γ'相在退火处理过程中也会通过部分的回复和再结晶发生软化效应.      

热变形对FGH96高温合金原始颗粒边界的影响

通过Gleeble-1500热模拟试验机对热等静压成形FGH96高温合金进行热压缩试验,其中温度为1075℃,变形速率为0.001 s-1,变形量为70%。利用场发射扫描电镜、透射电镜和电子能谱研究了合金原始颗粒边界（prior particle boundary,PPB）的组成,讨论了原始颗粒边界在FGH96高温合金再结晶过程中的作用,并分析了合金热变形对原始颗粒边界的影响。结果表明:热等静压成形FGH96高温合金中的原始颗粒边界主要由Ti的碳化物和γˊ相共同组成;原始颗粒边界对合金热变形再结晶形核起促进作用,对晶粒长大起阻碍作用;合金热变形可以改善原始颗粒边界在组织中的分布,从而使晶粒长大过程顺利进行。     

含Hf镍基粉末高温合金快速凝固粉末颗粒特性

采用扫描电镜、透射电镜及其附带的能谱仪和碳复型萃取技术等多种手段研究了不同Hf含量的FGH96合金粉末颗粒显微组织、枝晶间合金元素偏析和析出相.发现Hf含量可以改变粉末颗粒内部树枝晶、胞状长大晶和微晶凝固组织的比例,粉末的快速凝固组织形态主要取决于冷却速率和固液界面前沿温度梯度与长大速度的比值.不同Hf含量的FGH96合金粉末颗粒中,Nb、Ti、Zr和Al均富集于枝晶间,Co、Cr、W和Ni均富集于枝晶轴.当Hf质量分数为0.3%时,Ti、Nb、Zr、Hf等强碳化物形成元素的枝晶偏析程度最小.在快速凝固粉末颗粒中,Hf对氧含量比碳含量更敏感,优先形成更稳定的氧化物HfO₂.      

氩气雾化法制备FGH96高温合金粉末颗粒的凝固组织

利用扫描电镜(SEM)对氩气雾化(argon gas atomization,缩写AA)工艺制备的FGH96高温合金原始粉末颗粒的粘结形式、凝固组织、表面和内部形貌及其形成机理进行研究.结果表明:AA法制备的FGH96合金粉末,在颗粒尺寸d≥40 μm时,颗粒之间出现凸起式粘结、包覆式粘结以及葫芦式粘结,其中凸起式粘结...     

变形FGH96合金涡轮盘物理化学相分析

通过采用物理化学相分析方法对镍基变形FGH96高温合金涡轮盘盘心部分厚度方向上不同位置所取的样品进行分析,在不同的电解液和电解条件下进行电解提取出析出相,然后借助X射线衍射仪(XRD)、电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)等手段对相及各相的元素含量进行分析,确定了合金的析出相类型、含量和组成结构式,并将其与各位置的高温蠕变性能差异进行比较和分析,得到涡轮盘厚度方向上微观相的信息并推测其对材料性能的影响,进而探讨指导对工艺生产的改进。研究结果表明:变形FGH96合金涡轮盘厚度方向上γ′相粒径和含量、碳化物和硼化物含量变化较大;在变形FGH96合金涡轮盘厚度方向上,各部位的γ′相质量分数都在30%左右。而且各个部位的γ′相含量存在波动,从目前测得的结果来看,质量分数最高和最低的地方相差约5.7%。各个位置处γ′相的含量和粒径,在涡轮盘厚度方向上越靠近中心处γ′相的粒径越大,但相应位置处的高温蠕变性能则呈现相反趋势;此外,在γ′相粒径最大的地方,γ′相的含量也呈现较大值。     

热处理对GH3128合金接头组织及力学性能的影响

 核能已经逐渐取代化石能源成为新一代能源,作为重要构件的高温气冷堆中间换热器得到了广泛关注。由于GH3128合金具有较好的焊接性、较高的高温抗氧化性能和组织稳定性,有望成为超高温气冷堆中间换热器的候选材料,但基于换热器结构复杂性以及密封性的要求,焊接是其生产和制造的关键成形手段。采用脉冲钨极氩弧焊(GTAW)对GH3128合金2 mm板材进行对接焊,研究了热处理对焊接焊接接头显微组织以及应力的影响。结果表明,在优化焊接工艺参数下,固溶态板材接头表现出最高的强塑性,室温及高温拉伸断裂位置均为母材。由于热轧态与固溶态板材接头热影响区在焊接过程中产生残余应力,导致该区硬化,在高温变形过程中残余应力诱发热影响区μ相析出,对接头持久、蠕变性能造成不利影响。焊后热处理消除了接头热影响区的残余应力,减少了持久、蠕变过程中μ相的析出,接头持久寿命得以改善。在1 200 ℃下,残余应力可为焊后热处理过程中静态再结晶提供激活能,接头热影响区发生再结晶,硬度下降,接头塑性变形能力不协调,导致室温拉伸与950 ℃拉伸断裂位置均为焊接接头。对固溶态板材试样进行不同的焊后热处理,EBSD扫描结果分析发现,接头经过1 100 ℃×10 min热处理后,残余应力明显消失,温度升高至1 140 ℃后,热影响区开始发生再结晶。     

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。     

Research on novel cast and wrought superalloy FGH4096 for aircraft turbine disk applications

The ingot metallurgy of electro- slag remelting continuous directional solidification(ESR- CDS) followed by multiple forging and isothermal forging, a novel cast and wrought(C&W) routes for preparation of FGH4096 turbine disk, was developed to solve the difficulties of microstructure controlling, the macro- segregation, poor processing of ingot with high alloying element used for the turbine disk of advanced aircraft engine. From aspects of ingot microstructure characteristics, hot working plasticity, microstructure controlling, mechanical properties and strengthening mechanisms, the preparing processes of C & W superalloy FGH96 turbine disk were studied. The formation of bulk ?? phase, borides phase and carbonitride strips can be avoided by the directionally solidified ingot, which resulted in excellent hot working plasticity. Multiple forging was applied to achieve the homogeneity of microstructure. The grains are fine in different parts of the billet, and the deformation dead zone can be eliminated. The mean grain size for alloy billet is close to ASTM 9-10. Because of the fine grains and the homogeneity of microstructure, the ultra- inspection capability for disk forging can be significantly improved. With the increase of solution temperature, the yield strength decreases. Under sub- solvus temperatures, the creep resistance decreases with the increase of solution cooling rate. The micro- twining shearing is the main creep deformation mechanism for the samples from disk rim.     

Formation of Gradient Structures in the Zone of Joining a Deformable Nickel Alloy and a Single-Crystal Intermetallic Alloy during Thermodiffusion Pressure Welding and Subsequent Heat Treatment

The possibility of formation of a high-quality solid-phase joint of an Ni₃Al-based single-crystal intermetallic VKNA-25 blade alloy with a high-temperature deformable EP975 disk alloy by pressure welding is studied to create high-performance one-piece blisk unit for the next-generation aviation gas turbine engines and to decrease the unit mass. The influence of the conditions of thermodiffusion pressure welding under the hightemperature superplasticity of the disk alloy and the influence of heat treatment of welded joints on the gradient structures in the welded joint zone and the structure at the periphery of the welded samples are investigated.