热处理对定向凝固合金DZ-80组织和性能的影响

抗燃气腐蚀合金通过定向凝固提高高温强度具有重要的意义。本研究基于不同固溶和时效处理试验发现,固溶温度选择1180～1200℃、时效温度选择1070～1090℃。可获得最佳组织状态,初生γ′溶解充分、二次γ′析出最细小、间距最短、γ-γ′基本消除,可获得最高的持久性能数值。DZ-80合金的中温持久寿命比Rene′80合金提高1倍,高温持久寿命提高1/3。     

一种第三代单晶高温合金中高温横向持久性能EI北大核心CSCD

研究一种镍基第三代单晶(single crystal,SC)高温合金在760℃/800 MPa,980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下的横向持久性能。结果表明:在760℃/800 MPa,980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下,该合金横向持久寿命与伸长率均低于纵向;横向与纵向持久断裂后的位错组态特征一致,760℃/800 MPa条件下断裂后γ′相中存在相交的层错,而1100℃/137 MPa条件下断裂后γ/γ′相界面形成位错缠结与高密度位错网;横向与纵向在760℃/800 MPa条件下为类解理断裂与韧窝断裂的混合断裂,而在980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下为韧窝断裂;第一代单晶高温合金DD3、第二代单晶高温合金DD6与本研究的第三代单晶高温合金中高温横向持久断裂机制基本一致;外应力方向垂直于定向凝固过程形成的一次枝晶间界面,是横向持久性能低于纵向的主要原因。     

一种第三代单晶高温合金中高温横向持久性能

研究一种镍基第三代单晶(single crystal, SC)高温合金在760℃/800 MPa,980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下的横向持久性能。结果表明:在760℃/800 MPa,980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下,该合金横向持久寿命与伸长率均低于纵向;横向与纵向持久断裂后的位错组态特征一致,760℃/800 MPa条件下断裂后γ′相中存在相交的层错,而1100℃/137 MPa条件下断裂后γ/γ′相界面形成位错缠结与高密度位错网;横向与纵向在760℃/800 MPa条件下为类解理断裂与韧窝断裂的混合断裂,而在980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下为韧窝断裂;第一代单晶高温合金DD3、第二代单晶高温合金DD6与本研究的第三代单晶高温合金中高温横向持久断裂机制基本一致;外应力方向垂直于定向凝固过程形成的一次枝晶间界面,是横向持久性能低于纵向的主要原因。     

一种镍基单晶高温合金的热处理工艺研究

研究了一种镍基单晶高温合金的热处理工艺。采用差热分析法和金相测试法确定合金的初熔温度在1280℃左右;利用光学金相显微镜观察了合金在不同固溶处理后的微观组织,测试了合金的持久性能。结果表明,合金的最佳热处理工艺为1245℃/2h,AC+1275℃/4h,AC+1100℃/2h,AC+850℃/24h,AC。采用该工艺处理后的单晶高温合金具有优异的持久性能,在980℃、235MPa的条件下持久寿命达159.35h。     

GH4720Li镍基合金混晶组织对高温持久性能的影响

GH4720Li镍基合金具有优良的高温力学性能,被广泛地用于制造航空发动机热端部件。在实际生产过程中GH4720Li合金容易得到含有局部粗晶的混晶组织。利用高温持久实验和扫描电子显微镜技术,研究了680℃/830 MPa与730℃/530 MPa条件下混晶组织对GH4720Li合金持久性能的影响规律,结果表明680℃/830 MPa条件下合金的持久失效机制以晶内位错运动为主,持久寿命随着粗晶数量增加而缩短。混晶中的粗晶含量相同时,晶界滑移机制也会起到一定作用,粗晶尺寸增大可以有效延长持久寿命。730℃/530 MPa条件下合金的持久失效机制以晶界滑移机制为主,持久寿命随着粗晶数量增加而延长。混晶中的粗晶含量相同时,持久寿命随着粗晶尺寸增大而缩短。     

[011]取向DD6单晶高温合金薄壁持久性能

采用薄壁试样研究了760,980,1070℃条件下[011]取向第二代单晶高温合金DD6的持久性能.结果表明:与标准试样(直径5mm)相比,DD6单晶高温合金薄壁试样的持久寿命与之相当.对合金760℃/590MPa,980℃/270MPa及1070℃/270MPa条件下组织分析发现:760℃合金γ’相局部发生变形,98...     

Ti40钛合金的持久寿命及其预测方法

通过高温持久试验对不同温度下Ti40钛合金的持久寿命进行研究,建立了Ti40合金的持久强度曲线。结果表明:在较低应力水平下,Ti40合金的持久寿命随应力增加而损耗的程度较为严重。同时,采用等温线外推法预测Ti40合金的持久寿命,预测结果表明:在500℃,310MPa条件下Ti40合金的持久寿命为828.80h,其置信度可达99.94%,该数据可为航空发动机的设计与选材提供参考依据。     

定向凝固镍基高温合金CM247LC热处理工艺优化及持久性能研究

目的 研究定向凝固镍基高温合金CM247LC的最优热处理工艺制度,通过优化热处理工艺提高合金的力学性能。方法 分别用JMatPro热力学分析软件和金相法判断CM247LC合金的初熔温度点,并确定合金的热处理窗口温度;利用光学显微镜(OM)和能谱分析仪(EDS)观察合金经不同固溶处理后的微观组织和元素偏析情况;利用扫描电子显微镜(SEM)观察合金经不同时效处理及持久断裂后的微观组织形貌。结果 CM247LC合金的初熔温度为1 260 ℃,热处理窗口温度为1 215~1 255 ℃。根据热处理窗口温度,设计了6种固溶处理工艺,对比发现,经1 228 ℃/2 h+1 240 ℃/2 h+1 255 ℃/2 h、AC固溶工艺处理后,合金的组织均匀化程度最高,元素偏析得到了显著改善,γ/γ′共晶的体积分数从铸态时的18.9%降至5.04%,确定此工艺为合金优化固溶处理工艺参数。合金经优化固溶处理后再经1 080 ℃/4 h、AC高温时效处理和870 ℃/22 h、AC中温时效处理,析出的γ′相尺寸(337.3 nm)、体积分数(67.81%)适宜且立方度最高,确定此工艺为最优热处理工艺。经最优热处理工艺处理的合金在980 ℃/205 MPa下的持久寿命为162 h,相比于铸态和固溶态处理的合金持久寿命分别提高了87 h和45 h。结论 通过优化固溶处理和时效处理,确定合金最优热处理工艺参数为:1 228 ℃/2 h+1 240 ℃/2 h+1 255 ℃/2 h、AC(固溶处理)+1 080 ℃/4 h、AC+870 ℃/22 h、AC(时效处理),经最优热处理工艺处理的合金持久寿命显著提高。     

Al-4.72Cu-0.45Mg-0.54Ag-0.17Zr合金高温持久后的剩余室温拉伸性能及组织分析

研究了Al-Cu-Mg-Ag合金在165℃时效组织与性能的变化,并分别采用欠时效和峰值时效的试样进行200℃及外加应力为200MPa高温持久实验.结果表明,欠时效态的试样在高温持久下,随时间延长,其剩余强度先上升后下降,强度峰值出现在持久20h.延伸率变化与强度变化基本相似.持久100h后,合金力学性能相对欠时效态无明显下降,显示出优良的热稳定性.合金欠时效的高温持久后的性能优于峰时效态.     

长期时效对DD6单晶高温合金组织和力学性能的影响

采用螺旋选晶法制备DD6合金单晶试棒,标准热处理后在980℃长期时效2000 h,研究980℃长期时效对DD6单晶高温合金的组织演化及力学性能的影响.结果表明:随着长期时效时间的延长,合金中γ'相的尺寸增大,2000 h后γ'相尺寸约为1μm,没有TCP相析出,合金具有较好的组织稳定性.2000 h长期时效试样在980℃/243 MPa下持久寿命为180.16 h,为热处理态的56.3％;在1070℃/130 MPa下持久寿命为144.42 h,为热处理态的35.31％,断裂模式均为微孔聚集型断裂;相比热处理态的合金,2000 h长期时效态试样760℃的抗拉强度和屈服强度分别降低5.55％和5.88％;980℃的抗拉强度和屈服强度分别下降11％和10.59％.     

两种“W替Re”型低成本第二代镍基单晶高温合金的高温持久变形机制

用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察两种“W替Re”型低成本第二代镍基单晶高温合金分别在982℃/248 MPa和1070℃/137 MPa条件下持久变形断裂后的微观组织，研究了其变形的机制。结果表明，两种合金的持久性能均达到第二代单晶高温合金的水平；持久变形断裂后γ’相连接并合并成“N型筏”结构，随着与距离断口位置的接近γ’相的扭曲变形程度加剧。在相同条件下8.5W+1.0Re合金γ’相的筏形化程度比8.0W+1.5Re合金低；与982℃/248 MPa条件相比，在1070℃/137 MPa下两种合金持久变形断裂后的界面位错网更加致密。在相同条件下，8.0W+1.5Re合金比8.5W+1.0Re合金的位错网更致密，8.5W+1.0Re合金在两条件下持久变形断裂后都能观察到剪切进γ’相的a<010>超位错；两种合金失稳断裂的主要原因是，γ基体中的a/2<110>位错剪切进入γ’相使筏形γ’相变形加剧，裂纹在γ/γ’界面处萌生和扩展，最终使合金断裂；γ/γ’两相界面上的位错网和a<010>超位错可在一定程度上提高合金的持久变形抗力。     

变形高温合金参考资料

兹将苏联在航空用变形高温合金领域的进展情况图示于后,供参考。制作发动机涡轮工作叶片用的镍基棒材合金,见图1a——各合金在950℃时,100小时持久强度值和图16—20 Rrc/MM~2持久强度下,各合金的工作温度。制作发动机燃烧室和加力燃烧室系统     

高温热处理对带热障涂层DD6单晶高温合金互扩散行为及持久断裂特征的影响

采用电子束物理气相沉积方法在DD6单晶高温合金基体上制备了热障涂层,带涂层试样首先在1100℃空气气氛中分别进行了50h和100h热处理,然后在980℃/250MPa条件下进行持久实验,研究了持久断裂后合金与黏结层界面的互扩散行为、组织形貌以及断裂特征。结果表明:经过1100℃热处理,合金与黏结层之间的元素发生了互扩散,合金基体中Cr含量增加,而Re,Nb,Mo,Ta等元素向黏结层扩散;随热处理时间的增加,析出的不稳定相数量增多,持久断裂试样γ′相粗化程度增加;1100℃热处理带热障涂层持久断口为韧窝断口,与合金标准试样断口特征类似。     

C和B的含量对K417G镍基高温合金的凝固行为和高温持久性能的影响

对不同C、B含量的K417G合金进行DTA分析、等温淬火实验和950℃/235 MPa持久性能测试,并观察其组织形貌,研究了C、B含量对K417G镍基高温合金的凝固行为和高温持久性能的影响。结果表明,在合金的凝固期间C含量影响碳化物的析出温度和初生碳化物的含量,且随着C含量的提高而提高;共晶组织的析出温度主要受B元素含量影响,且共晶含量随着B含量的提高而提高。合金在950℃/235MPa条件下持久变形期间其断裂机制为裂纹在晶界处萌生并沿晶界扩展,晶界处的MC型碳化物分解成富Cr的M₂₃C₆型碳化物而使晶界的稳定性降低;在合金成分范围内提高B元素含量能改善合金在高温变形期间的晶界强度,因此适当降低合金中的C含量和提高B含量有助于改善合金的高温持久性能。     

近[001]取向DD6单晶高温合金980℃/250MPa持久性能各向异性研究

通过不同取向DD6单晶高温合金980℃/250MPa持久测试,研究了取向对980℃持久性能的影响。结果表明:[001]取向偏离主应力轴15°以内,DD6单晶高温合金980℃/250MPa持久寿命相当,没有各向异性。这主要是由于近[001]取向DD6单晶高温合金多个〈110〉{111}滑移系共同作用的结果。同时,原子扩散造成的γ′筏排和γ/γ′相界面形成的位错网也降低持久性能各向异性。     

Anisotropy of Stress Rupture Properties of DD6 Single Crystal Superalloy at 980℃/250MPa Near [001] Orientation

通过不同取向DD6单晶高温合金980℃/250MPa持久测试,研究了取向对980℃持久性能的影响.结果表明:[001]取向偏离主应力轴15°以内,DD6单晶高温合金980℃/250MPa持久寿命相当,没有各向异性.这主要是由于近[001]取向DD6单晶高温合金多个<110>{111}滑移系共同作用的结果.同时,原子扩散造成的γ’筏排和γ/γ’相界面形成的位错网也降低持久性能各向异性.     

原始颗粒边界对粉末热等静压成形FGH97合金性能的影响

目的 基于粉末冶金近净成形工艺，研究原始颗粒边界(PPBs)对FGH97合金力学性能的影响，并验证热处理和二次热等静压工艺能否消除PPBs。方法 采用等离子旋转电极雾化法制备FGH97合金粉末，分别在1 200 ℃/120 MPa/2 h和1 200 ℃/140 MPa/3 h条件下进行热等静压成形。先后对FGH97合金进行固溶(1 200 ℃/4 h/炉冷)和时效(910 ℃/3 h/空冷+750 ℃/8 h/空冷+700 ℃/17 h/空冷)热处理，并对热处理后的样品进行二次热等静压(制度为1 200 ℃/140 MPa/3 h)。对上述实验前后的FGH97合金显微组织进行表征，使用Photoshop软件计算PPBs的占比，研究热处理和二次热等静压工艺对PPBs的消除作用。结合力学性能测试研究PPBs对合金性能的影响。结果 当采用压力更高、保温时间更长的热等静压制度时，制备得到的FGH97合金PPBs占比更少、力学性能更好，其PPBs占比为5.6%，室温抗拉强度为1 412 MPa，屈服强度为947 MPa，伸长率为16%。经热处理后，FGH97合金中PPBs的占比下降至3.0%，该合金在650 ℃下的抗拉强度为1 262 MPa，屈服强度为956 MPa，伸长率为17%;经二次热等静压后，PPBs的占比降低至1.3%。结论 PPBs会对FGH97合金的力学性能产生不利影响，热处理和二次热等静压工艺均可消除PPBs。     

1050～1100℃大气下等温锻造用模具材料DM02合金研究

扫描电镜和能谱技术研究结果表明,DM02合金的组成相为γ相、γ′相、MC碳化物和M6C碳化物,合金中的Hf能减少大块尺寸的M6C碳化物,从而提高合金的强度和塑性.按照模具材料的使用要求,研究了DM02合金的高温拉伸、压缩、持久、冷热疲劳及抗氧化性能.结果表明,DM02的1050℃拉伸屈服强度为485MPa,1050℃压缩屈服强度达700MPa,1100℃持久性能比K21合金高约40%,1050℃冷热疲劳性能明显优于K21合金,1050℃/100h静态抗氧化性能达到完全抗氧化级,是适合于1050～1100℃大气下使用的模具材料,其使用温度比国内目前使用温度最高的模具材料K21合金高约50℃.     

长期时效对DZ406合金组织和力学性能的影响

研究了定向凝固镍基高温合金DZ406在900℃长期时效4000h过程中的组织与性能变化.结果表明,随着时效时间的增加,合金中γ'相粗化并筏状化;室温拉伸强度降低,塑性提高,但幅度不大;与热处理态合金980℃/260MPa条件下的持久寿命相比,1000h长期时效后的持久寿命几乎没变化,2000h长期时效后持久寿命下降约14％,3000h与4000h长期时效后的持久寿命降低约24％.DZ406合金经900℃,4000h长期时效处理后,仍具有较高的力学性能.     

热等静压对第三代单晶高温合金DD33显微组织和持久性能的影响

对第三代DD33单晶高温合金进行标准热处理、热等静压以及不同制度的后续固溶和时效处理,并在850℃/650 MPa和1100℃/170 MPa条件下进行高温持久性能实验,使用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线三维成像技术(XCT)等手段观察和表征不同状态的样品,研究了热等静压和热处理对这种合金显微组织和持久性能的影响。结果表明：铸态DD33单晶高温合金经过适当的热等静压和后续热处理工艺后,样品的组织形貌(γ′相尺寸、体积分数与立方化程度)与标准热处理态基本相同。与标准热处理态合金相比,热等静压处理后合金显微孔洞的体积分数和尺寸均显著降低,其体积分数从0.0190%降低到0.0005%,最大孔等效直径从36.9 μm减小到14.2 μm。在850℃/650 MPa和1100℃/170 MPa条件下热等静压后的样品持久寿命均显著延长。这表明,适当的热等静压和热处理能消除合金内部的显微孔洞缺陷,使其持久性能显著提高。