激光立体成形镍基单晶高温合金显微组织研究

采用激光立体成形(Laser Solid Forming,LSF)技术制备了一种镍基单晶高温合金,对沉积态和热处理态试样进行了显微组织观察。结果表明,沉积态单晶高温合金试样中下部为二次枝晶不发达的微细枝晶,一次枝晶间距随试样高度的增大而略有增加;试样的顶部存在转向枝晶层。枝晶间均匀弥散分布着类圆形显微疏松和小块状MC型碳化物。透射显微镜观察可知,沉积态试样γ基体中分布着大量纳米级γ'颗粒。沉积过程中累积的残余应力在γ基体中萌生了位错,并推动了位错滑移,致使一些位错在γ基体通道中发生缠结,有些位错甚至切入γ'。进行固溶+两级时效热处理后,试样发生了完全再结晶,再结晶晶粒大小极度不均匀,有些再结晶晶粒中还存在孪晶。热处理后,LSF试样中γ'析出相的尺寸分布与传统铸造合金热处理后相似。     

激光增材修复K465高温合金裂纹控制研究

采用激光增材技术修复了损坏的K465镍基高温合金航空发动机涡轮叶片,研究了激光增材修复K465高温合金的裂纹特征,分析了开裂机理,并采取有效措施实现了裂纹控制。结果表明:激光增材修复K465合金的裂纹产生于热影响区,并沿晶界扩展到修复区中,为液化裂纹;热影响区晶界上的连续液膜来源于晶界上大尺寸γ′相的液化,且晶界液化过程中有γ-γ′共晶出现;利用Ansys软件进行应力场模拟的结果显示,基材及熔池之间存在较大热应力;通过同步预热基材,并采用优化的激光工艺参数,实现了K465高温合金单道多层结构的无裂纹激光增材修复。     

激光成形修复K418高温合金的显微组织与开裂行为

研究了激光成形修复航空发动机涡轮叶片用K418高温合金的组织特征与开裂行为。研究发现:K418合金激光修复区组织主要由γ-FeCr0.29Ni0.16C0.06固溶体基体、方形γ′相、枝晶间杆状或骨架状初生MC碳化物和骨架状(γ+MC)共晶组成。激光成形修复所用铸件基体中MC碳化物为TiC,呈块状分布在晶内和晶界;而激光修复区中MC碳化物为(NbTi)C,呈骨架状或杆状分布于枝晶间。从基体、热影响区到修复区,γ′相形貌、尺寸和数量呈现不同特征。修复区裂纹为与液膜有关的结晶裂纹,裂纹沿枝晶晶界扩展。通过试验优化,确定了较佳的激光成形修复K418合金的工艺参数,大大降低了其开裂倾向。     

固溶温度对激光立体成形GH4169高温合金组织和性能的影响

研究激光立体成形GH4169高温合金固溶处理后的组织,分析了固溶过程中合金元素的均匀化,并对材料显微硬度的变化做了讨论。结果表明,随固溶温度的升高,材料的晶界越来越清晰,经1000-1170 °C固溶处理1 h后材料发生再结晶,当固溶处理温度高于1100 °C,有大量孪晶出现,晶粒相比沉积态显著细化,晶粒尺寸约200 μm。合金元素的均匀化在1100 °C保温1 h后基本完成。显微硬度测试结果显示,材料的显微硬度值随固溶温度的升高而降低,在固溶温度低于1100 °C时减小趋势较快,高于1100 °C时减小趋势减缓。显微硬度的变化与材料中g ′和g "相及d相的形态和数量有关。1100 °C是激光立体成形GH4169合金比较合适的固溶处理温度下限。     

大尺寸K465镍基高温合金母合金铸锭表面缺陷形成机理

通过对大尺寸K465镍基高温合金母合金锭表面缺陷进行组织观察和缺陷附近的元素浓度分布测量,研究了表面气孔、细小裂纹及蛛网状裂纹的形成机理.结果表面,浇注期间,金属锭模内壁放气或内壁上附着的少量气体在钢液浇注瞬间体积增大,并延铸锭薄弱区域向合金锭内膨胀,是导致母合金锭表面产生孔洞的主要原因.锭模预热期间内壁形成的碳层被钢...     

熔铸工艺对K465合金组织性能的影响

采用普通壳型铸造,通过熔体高温过热处理和未经熔体处理,壳型表面填粗砂、填细砂,及型壳表面孕育处理等不同的热型浇注工艺,研究了K465合金固溶处理前后组织和性能的变化。研究结果表明:采用高温熔体处理、型壳表面处理、型壳填细砂的热型熔铸工艺能够使K465合金获得较好的综合力学性能,并达到技术指标的要求;该工艺方案可直接指导涡轮工作叶片的实际生产。     

不同钎料钎焊K465高温合金接头的组织和性能

分别采用一种镍基活性钎料和Co45NiCrWB钴基钎料,在1 220℃下对镍基铸造高温合金K465进行了钎焊试验.结果表明,这两种钎料均可实现K465合金的钎焊.镍基活性钎料钎焊接头室温拉伸强度为862 Mpa,975℃持久强度基本达到母材性能指标的40%;Co45NiCrWB钎料钎焊接头室温拉伸强度为714 Mpa,975℃持久强度超过母材性能指标的40%,并可达到母材性能指标的50%.     

K465合金在冷热循环过程中MC碳化物的转变

通过850℃←→20℃,950℃←→20℃,1000℃←→20℃和1050℃←→20℃冷热循环实验,研究了K465高温合金在冷热交替作用下初生MC碳化物的转变情况.结果表明:在850℃←→20℃冷热循环过程中,一部分初SMC碳化物发生了蜕变;随着循环峰温的升高,初生MC碳化物转变加速;在1000℃←→20℃冷热循环40次后,初生MC碳化物转变基本结束.与等温热处理相比,冷热循环促进了初生MC碳化物的转变,使初生MC碳化物更加不稳定.     

K465合金及K465与GH3039异种合金的钎焊

本文进行了B-Ni55NbCoWCrAlSiMoTi(C)-S钎料工艺性能、真空钎焊工艺参数、K465+K465和K465+GH3039钎焊接头组织及力学性能、母材经钎焊热循环后力学性能的研究,确定了钎焊工艺.研究结果表明:一定的工艺条件下,B-Ni55NbCoWCrAlSiMoTi (C)-S钎料对K465和GH30...     

激光立体成形Ti60合金组织性能

研究激光立体成形(Laser Solid Formed,LSF)Ti60合金热处理(双重退火980℃,2hAC+650℃,3hAC)前后的组织形成规律,分析其在室温和高温(600℃)下的拉伸性能。研究发现:Ti60合金在激光立体成形过程中由于熔池顶部形成的等轴晶层占有一定的比例,在熔覆新层时未被完全覆盖,在整个熔覆层中呈现出等轴晶的宏观形貌,并出现了层带组织。Ti60合金激光沉积态显微组织为魏氏组织,由大量沿原始等轴β晶界向晶内生长的α板条束和少量板条间β相组成,成形件室温和高温强度分别高于锻造件,室温塑性比锻造件低,而高温塑性超过锻态;经过双重退火后,成形件中的层带组织消失,晶界α相被打断,不连续分布在原始的β晶界处,晶内α板条粗化,并部分球化,这使得室温和高温强度略有下降,但塑性增高,综合力学性能提高。     

超声振动及热处理对激光直接成形IN718高温合金组织及性能的影响

研究了超声振动及热处理对激光直接成形IN718高温合金微观组织和拉伸性能的影响规律。结果表明：施加超声振动后,与沉积态相比,微观组织得到细化,显微硬度和拉伸强度得到提高;经均匀化+固溶+双极时效热处理后,柱状枝晶组织转变为等轴状再结晶组织,Laves相固溶消失,在晶界和晶内弥散析出颗粒状或细针状δ相,基体上析出大量γ″和γ′强化相,合金性能得到进一步改善,室温拉伸性能达到了锻件的技术标准Q/3B 548-1996(高强)。     

K465涡轮导向器熔模铸造工艺研究

涡轮导向器是在研某型号航天发动机的关键部件,采用K465铸造高温合金无余量整体熔模铸造而成。该部件由内锥、内环、叶片、外环和法兰五位一体构成,整体呈复杂框架结构,其叶片最薄处仅为0.7mm,且壁厚相差悬殊,铸造凝固过程易产生疏松、裂纹等缺陷,试制工艺难度很大。设计采用了蜡模分体压制,组合夹具精确定位,蜡模拼装组合成型的工艺方案,使叶片的一致性和尺寸精度得到了保证,获得了导向器熔模铸造用整体蜡模;通过浇注系统、铸造工艺的优化,解决了试制过程中出现的疏松和开裂问题,保证了铸件的冶金质量,研制出了合格的导向器铸件。     

钽对激光熔覆CoNiCrAlY高温合金涂层组织结构的影响

用激光熔覆方法制备了不同Ta含量的CoNiCrAlY高温合金涂层。采用扫描电镜（SEM）对该涂层的形貌进行了观察和成分的能谱分析,采用XRD对涂层进行了合金的物相分析。结果表明,随着Ta含量的变化,熔覆层的组织形貌有明显不同,加Ta后涂层的基本组织是α-Cr、γ-Co固溶体、β-CoAl、钴钽化物等。Ta能促进Co3Ta和β-COAl的形成。     

激光立体成形AlSi10Mg合金的微观组织及力学性能

激光立体成形已逐渐成为大型高性能复杂铝合金构件制造的一条重要途径。采用具有不同波长的CO_2和YAG激光器在铸态基材上进行了AlSi10Mg合金的激光立体成形,研究了不同激光器对AlSi10Mg合金沉积态和T6热处理态下的微观组织和力学性能的影响。利用XRD、OM和SEM研究了AlSi10Mg合金成形件的微观组织;利用电子拉力试验机测试了AlSi10Mg合金成形件的力学性能。结果表明:相比铸态基材,AlSi10Mg合金沉积态组织主要由100取向沿沉积方向外延生长的柱状α-Al枝晶和枝晶间呈纤维或颗粒状生长的Al-Si共晶组成,组织显著细化;且在530℃,3~5 min固溶处理后可实现共晶Si的球化。与CO_2激光相比,采用更短波长的YAG激光进行成形时组织更为细化。经T6热处理后,采用YAG激光成形的AlSi10Mg合金力学性能明显优于压铸铝合金。     

热处理对激光立体成形TC11钛合金组织的影响

通过对TC11钛合金激光立体成形件沉积态和热处理态组织进行对比研究,探索改善TC11钛合金激光立体成形组织,提高材料高温综合性能的途径.结果表明,TC11钛合金的沉积态组织由贯穿多个熔覆层粗大柱状晶和粗大等轴晶组成,原始柱状β-Ti晶内的微观组织是由条状α和残留β组成.沉积态试样在950 ℃热处理后组织为等轴α、条状α和β转变基体组成的近似三态组织,晶界α大部分破碎球化消失,部分未破碎的晶界上镶嵌有α集束.粗大β晶内等轴α的产生与亚晶有关.在970 ℃热处理后为网篮组织,等轴α较少,α板条有粗化趋势;在1030 ℃再结晶后再经950 ℃热处理的组织是由粗大α板条组成的魏氏组织,在α边界和α内部残留有大量细小β,晶界α基本没有破碎消失.     

Relationship among Microstructure, Defects and Performance of Ti60 Titanium Alloy Fabricated by Laser Solid Forming

研究了激光立体成形Ti60合金的缺陷及微观组织对于性能的影响。结果表明,激光功率对于激光成形试样的微观组织有明显的影响,大激光功率会形成魏氏组织,小功率则会形成网篮组织。魏氏组织的持久性能显著的低于网篮组织,其表现为脆性沿晶断裂,而网篮组织则为韧性断裂。同时冶金缺陷也会影响其持久性能。采用气雾化法制备的粉末(粉末B)作为成形粉末在成形过程中会形成气孔,而采用旋转电极法制备的粉末(粉末A)则无气孔产生。相较于无气孔的试样(采用粉末A制备的试样),当存在气孔(采用粉末B制备的试样)时其高温持久性能会由100 h降至25 h。     

Thermal fatigue behavior of K465 superalloy

The thermal fatigue behavior of K465 superalloy was investigated at the peak temperature of 1050℃. By scanning electron microscopy （SEM） and optical microscopy, the main crack length was observed and measured. The initiation sites of the tested alloys are different in as-cast （named as K465） and solution heat treatment （named as SK465） conditions. In K465 alloy, most thermal fatigue cracks nucleate at （Nb,W,Ti）C carbides. In SK465 alloy, thermal fatigue cracks initiate in interdendritic regions, MC-type carbides and some interfaces. Thermal fatigue cracks propagate in transdendritic mode, and M6C-type carbides could retard thermal fatigue crack growth for SK465 superalloy.