粉末冶金高温合金FGH97的低周疲劳断裂特征

研究了粉末冶金镍基高温合金FGH97在650℃,30—980 MPa,1 Hz实验条件下的低周疲劳断口的宏观及微观特征,裂纹源的类型及其形貌特征,以及裂纹源的位置、缺陷类型、形状和尺寸对低周疲劳寿命的影响.结果表明,在本次实验条件下该合金的低周疲劳寿命均超过了5000 cyc;统计得出,低周疲劳断口裂纹源在表面的试样占23%,在亚表面的占47%,在试样内部的占30%;裂纹源分平台、粉末颗粒、夹杂物3种类型,其中平台类型约占5%,粉末颗粒间断裂占15%,夹杂物占80%.由统计分析和计算得出,不同类型裂纹源对疲劳寿命的影响程度不同:夹杂物最严重,其次为异常粉末颗粒,再次为局部塑性变形.     

夹杂物对FGH96合金低周疲劳寿命的影响

通过人工植入夹杂物的方法,制备含不同尺寸Al2O3和SiO2夹杂物的FGH96合金低周疲劳试样,在650℃下进行不同应变幅的低周疲劳试验,对试样断口进行观察、统计分析,定量研究了夹杂物的尺寸、位置、种类和外加载荷应变幅对低周疲劳寿命的影响,建立了低周疲劳寿命与夹杂物特性的关系.结果 表明,应变幅为0.8％时,疲劳源区以...     

夹杂物对FGH96合金低周疲劳寿命的影响及寿命预测

本文通过人工植入Al2O3 和SiO2夹杂物的方法,制备含不同尺寸夹杂物的FGH96合金低周疲劳试样,在650℃下进行不同应变幅的低周疲劳试验,对试样断口进行观察、统计分析,定量分析了夹杂物的尺寸、位置、种类和外加载荷应变幅对低周疲劳寿命的影响,建立了夹杂物特性与低周疲劳寿命的关系。结果表明,应变幅为0.8%,疲劳源区以内部夹杂物为主;当应变幅为0.9%时,疲劳源区为表面夹杂物和不含夹杂物的试样表面的占比增大;当应变幅为1.0%和1.2%时,疲劳源区全部为不含夹杂物试样表面;随应变幅自0.8%增至1.2%,源区位置逐渐由内部夹杂物向表面夹杂物、不含夹杂物的试样表面转移。在应变幅为0.8%时,建立了内部和表面夹杂物面积与低周疲劳寿命的定量关系式,研究了夹杂物种类对低周疲劳寿命的影响,在一定夹杂物尺寸范围内,SiO2夹杂物比Al2O3夹杂物对低周疲劳寿命危害更大,其原因在于SiO2夹杂物周围由于γ’相贫化区的存在而产生的粗大晶粒降低了合金的低周疲劳寿命,同时,研究了夹杂物距试样表面距离与低周疲劳寿命的关系。     

FGH97高温合金不同控制模式低周疲劳性能研究

研究了氩气雾化制粉+热等静压+热处理的全尺寸FGH97合金盘件不同位置组织、650℃拉伸性能、应力和应变控制方式低周疲劳性能及其断口形貌,结果表明：盘件不同位置晶粒度、γ′相尺寸形貌相似,650℃抗拉强度在1325-1340MPa间,650℃屈服强度1010-1025MPa。应力控制低周疲劳寿命（Nf）均值约200000周次,Weibull分布尺度因子η=215194,尺寸＜80μm的夹杂物对Nf影响不明显。应变控制Nf＜20000周次时,η=14622,Nf＞20000周次时,η=44342;夹杂物面积变化引起Nf值Weibull分布特征值β不同。两种控制方式下,疲劳断口裂纹源都主要由夹杂物引起,断口形貌无明显差异。应变控制对夹杂物更敏感。     

热诱导孔洞对FGH97高温合金性能的影响

利用金相设备和力学性能测试装置检测含不同孔隙率的FGH 97高温合金的组织及力学性能，分析不同孔隙率对FGH97高温合金力学性能的影响。结果表明:随着孔隙率的增加，FGH97高温合金的室温屈服强度和抗拉强度降低，延伸率下降；Charpy冲击功随着孔隙率增加而显著下降；FGH97高温合金的拉伸和冲击断裂机制为微孔聚集型断裂，拉伸和冲击断口呈现大量韧窝特征；热诱导孔洞会促进裂纹的萌生和扩展。     

高温低周疲劳损伤对FGH96合金力学性能影响的实验研究

通过设计FGH96粉末高温合金的高温低周疲劳试验和高温单轴拉伸试验,研究了不同应力水平下高温低周疲劳损伤对合金力学性能的影响,结合对断口形貌的观察和成分分析,分析了合金力学性能改变的微观机理。结果表明,受疲劳载荷作用期间位错运动的影响,合金的屈服强度、抗拉强度在损伤前期表现出上升的趋势;损伤后期,随着材料内部裂纹的不断增多及扩展,合金的弹性模量、抗拉强度不断退化。合金力学性能的变化与疲劳加载的应力水平表现出明显的相关性。断口显微组织分析表明,随着损伤程度的增加,合金高温拉伸断裂模式由韧性逐渐向脆性转变,高温氧化加速了断裂模式的转变。     

基于损伤力学的粉末高温合金FGH96疲劳寿命预测

以粉末高温合金FGH96为研究对象,提出采用损伤力学理论来建立寿命预测模型.对于不同夹杂物特征,粉末高温合金裂纹萌生有不同的表征参量,其数值变化为裂纹萌生的寿命预测提供思路.对粉末高温合金寿命预测的研究现状进行分析,然后利用损伤演变方程建立寿命预测模型;使用有限元软件(ANSYS)分别模拟夹杂物的不同位置、不同尺寸以及...     

镍基粉末高温合金FGH96应变疲劳行为

对镍基粉末高温合金FGH96在750℃、应变比R=0.05下的应变疲劳循环应力响应曲线、循环应力-应变曲线和应变-寿命曲线进行分析,通过非线性回归拟合,得到基于Manson-Coffin公式及郑公式两种处理模型的应变—寿命曲线及相关参数。结果表明,FGH96合金在实验加载条件下,出现了循环软化—稳定—再软化断裂的应力响应特性,并随着加载应变幅的提高而愈加明显。与Manson-Coffin公式相比,郑公式在宏观预测应变疲劳寿命,尤其是确定材料疲劳极限问题上取得很好的预测效果。     

喷丸强化对FGH4097粉末高温合金室温高周疲劳极限的影响

对FGH4097粉末高温合金进行喷丸强化,测定室温下高周疲劳极限,利用SEM观察疲劳断口特征及喷丸表面形貌,X射线应力仪和超微小动态显微硬度仪测定试样表层残余应力(σr)和超显微硬度(DHV),采用EBSD及TEM观察喷丸强化层的微观特征。结果表明:室温下,与未喷丸试样相比,喷丸后残余压应力更大、更深、更稳定,有利于提高疲劳裂纹萌生抗力及降低裂纹扩展速率;喷丸表层的高位错密度、大量小角度晶界及软取向晶粒数量减少阻碍疲劳裂纹在表面萌生,从而FGH4097高周疲劳极限提高20.7%。     

铪对粉末冶金高温合金FGH97粉末颗粒的影响

研究了不同Hf含量的FGH97合金松散粉末和断口中粉末的组织及析出相。结果表明,粉末颗粒内部的碳化物主要是富Nb、Ti、Hf的MC型碳化物,同时发现粉末颗粒内部存在Zr的氧化物。Hf能进入到粉末颗粒中MC碳化物内,并促进稳定MC碳化物的析出,适量的Hf有利于消除合金中原始粉末颗粒边界(PPB)。粉末颗粒表面的Hf以HfC和HfO2复合形式存在,Hf含量大于0.6%时会对PPB有不利影响。     

FGH97合金的显微组织

结合FGH97合金的制备工艺,采用显微组织观察等手段,对合金的显微组织进行了分析研究与讨论,结果表明,直接热等静压成形的FGH97合金的晶粒组织均匀,晶粒度为6～7级;合金中的Hf元素对减少合金中的原始颗粒边界(PPB)有着显著作用,同时,Hf元素会进入γ'相和碳化物,提高γ'相的强度和碳化物的稳定性;合金的显微组织具有弯晶特点,这对合金的塑性和韧性非常重要.     

氩气雾化制粉FGH97高温合金组织和性能研究

利用扫描电子显微镜、金相显微镜等研究了氩气雾化制粉(Argon Atomization,AA )+热等静压(Hot Isothermal Pressing ,HIP)的FGH97合金显微组织、夹杂物、原始颗粒边界（Prior Particle Boundary,PPB）、热诱导孔洞（Thermally induced porosity,TIP）等冶金缺陷,统计分析了室温、650℃、750℃拉伸性能、650℃/980MPa持久性能及650℃低周疲劳寿命。试验结果表明：AA + HIP +热处理制备的FGH97材料晶粒度为ASTM8-9级,未发现连续网状的PPB,存在极少量的TIP。晶内γ′多数为正方形,尺寸约为200nm,晶界γ′为1.5～2 μm的长方形,未见粗大γ′相及粗大碳化物。650℃/980MPa 持久时间均值449 h。650℃低周疲劳寿命最大值258909周次,均值达到190014周次。室温、650℃、750℃拉伸性能、650℃/980MPa持久性能以及650℃低周疲劳寿命均满足FGH97合金技术要求。     

粉末高温合金FGH97疲劳裂纹扩展行为的研究

本文研究了氩气雾化制粉+热等静压工艺成型所制备的粉末高温合金FGH97在650℃下的疲劳裂纹扩展性能,并与俄制旋转电极制粉+热等静压工艺成型的EP741NP合金盘件进行对比；重点分析了不同制粉工艺、氧含量、晶粒度、γ"尺寸等因素对裂纹扩展速率的影响。结果表明：氩气雾化制粉+热等静压工艺制备的FGH97合金试验盘具有比俄制旋转电极制粉+热等静压工艺制备的EP741NP合金盘件更好的疲劳裂纹扩展抗力；分析发现晶粒度对氩气雾化制粉+热等静压工艺制备的试验盘裂纹扩展性能影响较为明显,晶粒度越大,疲劳裂纹扩展速率越低；γ"相尺寸的影响次之,在一定范围内γ"相尺寸增大,疲劳裂纹扩展速率略为降低；而氧含量在100~150ppm范围内对疲劳裂纹扩展性能无显著影响。     

FGH97高温合金TLP焊接接头组织分析

采用BNi82CrSiB中间层材料对FGH97高温合金进行了过渡液相(TLP)焊,研究了焊接温度为1150℃不同保温时间条件下的接头组织.结果表明,随保温时间的延长,焊缝宽度逐渐增大,焊缝中等温凝固区γ固溶体的数量逐渐增多,而焊缝中央非等温凝固区树枝状γ/Ni2B共晶、γ/γ'共晶、Ni3Si、M23B6和Cr2B等物相逐渐减少并消失,最后形成致密的γ固溶体焊缝组织.同时,随保温时间的延长,焊缝两侧扩散区的宽度逐渐增大,且有针状、颗粒状和蠕虫状的M3B2型硼化物析出,且越远离焊缝,析出相的数量越少.     

FGH96合金动态再结晶行为的研究

利用Gleeble-1500热模拟试验机对FGH96合金在不同热变形制度下的动态再结晶行为进行了研究。结果表明:在较高应变速率下(>2×10-3s-1),合金流变曲线呈明显的动态再结晶特征,低应变速率下(5×10-4s-1)呈现明显的动态回复特征;变形温度、应变速率和应变量对获得细晶组织都有重要的影响,但应变速率对动态再结晶晶粒大小影响最为显著,动态再结晶晶粒的平均晶粒尺寸大小-D与Z参数满足如下关系:ln-D=7.617-0.0134lnZ;利用加工硬化率和应变的关系曲线确定了该合金的稳态应变sε,建立了该合金的动态再结晶状态图。     

热模锻工艺对FGH4096合金晶粒度的影响

通过热模(模具温度900℃)锻造方法对FGH4096粉末高温合金进行不同应变速率、不同温度及不同变形量影响晶粒度规律的研究发现,锻前经退火的FGH4096合金的平均晶粒直径随变形的增大而减小,随变形温度提高而有所增大,随初始应变速率的提高而减小,但当变形量达到40%,初始应变速率大小的影响不显著.低应变速率变形时,发生变形的晶粒不断转移,因而再结晶是逐步完成的,先再结晶晶粒可长大,造成细化效果的下降;而高应变速率变形时,晶粒几乎同时变形,再结晶同时发生的概率增大,细化效果显著.