制备工艺对GH4169合金组织结构与蠕变行为的影响

通过对等温锻造和热连轧工艺制备的GH4169合金进行蠕变性能测试和组织形貌观察,研究制备工艺对GH4169合金组织结构及蠕变行为的影响.结果表明:在热连轧期间,合金发生孪晶变形和位错滑移;与等温锻造相比,热连轧合金中的高密度位错具有形变强化的作用,可提高合金的蠕变抗力.在蠕变期间,等温锻造合金仅发生孪晶变形,而热连轧合金的变形机制是孪晶和位错滑移,其中,合金在热连轧期间形成的高密度位错可诱发蠕变位错发生单取向或多取向滑移,可减缓应力集中,抑制或延缓裂纹在晶界处萌生是使该合金具有较长蠕变寿命的主要原因.蠕变后期,裂纹在与应力轴垂直的晶界处萌生,并沿晶界扩展、发生解理断裂是2种工艺制备合金的蠕变断裂机制.     

一种GH4169G合金的组织与蠕变行为

通过对等温锻造GH4169G合金进行直接时效处理、蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了GH4169G合金的组织结构及蠕变行为。结果表明:经等温锻造和直接时效后,GH4169G合金晶粒具有不均匀特征,且在晶内存在孪晶,并有粒状δ相在晶内及沿晶界不连续析出,可改善晶界的结合强度。经不同条件蠕变性能测试后,根据稳态蠕变期间的应变速率,测定出合金在稳态期间的蠕变激活能和应力指数分别为Q=532.7 kJ/mol和n=12.1。合金在蠕变期间的变形特征是不同取向的孪晶变形和位错滑移,随蠕变进行,形变位错密度增加,且在晶界附近发生位错堆积,并产生应力集中,致使微裂纹在晶界处萌生及扩展,直至蠕变后期发生沿晶断裂。     

热处理对热连轧GH4169合金蠕变性能的影响

通过对热连轧（HCR）GH4169合金进行不同工艺热处理、蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了热处理工艺对HCR合金组织与蠕变性能的影响。结果表明：热连轧合金中晶粒细小,具有明显的孪晶特征;HCR合金经直接时效后,大量细小γ＂相在晶内弥散析出,可提高合金的蠕变抗力,在660℃、700 MPa条件下,使合金的蠕变寿命由60 h提高到126 h;经长期时效处理后,合金中的晶粒尺寸和γ＂相略有长大,同时有NbC、Cr7C3碳化物在晶内析出。在蠕变过程中,HCR合金的变形特征是孪晶变形及孪晶内发生位错的双取向滑移;DA合金与LTA合金具有相近的蠕变寿命,其变形特征仍然是孪晶变形和晶内的位错滑移。     

热处理制度对GH4169G合金微观组织与蠕变性能的影响

对等温锻造GH4169G合金进行不同条件热处理和蠕变性能测试,研究热处理制度对合金组织与蠕变性能的影响。结果表明:经直接时效和标准热处理后,ITF-GH4169G合金中的δ相具有粒状或针状形态,其中,标准热处理期间合金中元素Fe和Cr富集于近晶界区域。与标准热处理合金相比,直接时效态合金在蠕变期间晶内发生位错的单取向或双取向滑移,可减缓应力集中、延迟裂纹的萌生与扩展。而标准热处理态合金中形成的针状δ相可削弱晶界的结合强度,并促使晶界处发生裂纹的萌生与扩展。     

不同热处理的热连轧GH4169合金组织及抗蠕变性能研究

研究了3种不同热处理工艺下热连轧GH4169合金的组织与抗蠕变性能。结果表明,3种不同的热处理工艺对晶粒大小有一定的影响,DA态热连轧GH4169合金的组织最细小,HST态合金晶粒尺寸比ST态合金晶粒尺寸略大;δ相的含量随固溶处理时间的增加而增加,且主要在晶界处析出。在650℃/725MPa的实验条件下,DA态热连轧GH4169合金的抗蠕变性能最好,HST态合金抗蠕变性能最差。对3种不同热处理工艺的热连轧GH4169合金蠕变断裂试样的断口进行观察,其断裂方式主要表现为沿晶断裂。     

预变形与等温时效耦合作用下Ti-10Mo-1Fe/3Fe层状合金的力学性能

基于热锻/热轧工艺以及均匀化热处理制备了孪生与位错滑移耦合变形的Ti-10Mo-1Fe/3Fe层状合金,利用LSCM、XRD、SEM、SEM-EDS、EBSD、Vickers硬度计和拉伸试验机等研究了预变形与等温时效耦合作用对层状合金力学性能的影响.结果表明,经拉伸预变形和等温时效处理后,该合金具有{332}<113>孪晶和位错滑移带多层交替变形组织,且呈现出较高的屈服强度和较大的均匀伸长率.等温时效析出的ω相提高了β相稳定性,使得变形初期的塑性变形方式由位错滑移主导,这是其具有较高屈服强度的主要原因.预变形诱发的孪晶推迟了屈服之后颈缩的快速发生,而且后续变形过程中进一步激活的孪晶引起的动态晶粒细化效应及其与层界面的交互作用,使其具有较大的均匀伸长率.因此,在孪生与位错滑移耦合变形层状合金的基础上,进一步通过预变形诱发{332}<113>孪晶和等温时效析出ω相的双重耦合效应,可在较大范围内调控β型钛合金的强塑性匹配.     

GH3625合金冷变形硬化、退火软化行为及其组织特征

采用SEM、OM及XRD和压缩试验等手段,研究GH3625合金管材在冷塑性变形和退火热处理过程中位错密度和硬度的变化规律,探讨合金中孪晶的形态及其形成机制。结果表明:冷变形量是影响GH3625合金管材塑性变形机制的主要因素,ε0.05时,塑性变形以滑移变形为主,其主要硬化机制是位错强化;随着冷变形量的增加,合金的位错密度和硬度显著增加,组织中产生大量的形变孪晶,塑性变形方式由滑移主导的变形转变为以孪生为主导的变形,其主要的硬化机制是孪晶强化;随着退火温度的增加,GH3625合金管材的位错密度和硬度逐渐降低,退火孪晶的形态从中止型逐渐转变为穿晶型。GH3625合金管材在冷变形和退火过程中出现不同形态的孪晶,可分为中止型孪晶和穿晶型孪晶,前者的形成机理是不全位错按极轴运动的结果,后者形成的本质是层错。     

等温锻造GH710合金组织与性能

为解决GH710合金普通锻造时变形困难、组织性能不均匀的技术问题,开展了GH710合金等温锻造工艺研究.对等温锻造GH710合金变形性能、微观组织和力学性能进行了分析,结果表明,等温锻造工艺可有效改善GH710合金变形性能、细化晶粒组织、提高合金力学性能.GH710合金经1100 ℃变形量为50%和70%的等温锻造后,均具有良好的力学性能,特别是其持久性能得到大幅度提高,815 ℃缺口持久性能达到100 h之上,980 ℃光滑持久性能达到80 h之上.采用等温锻造工艺研制出了Φ240 mm的GH710合金涡轮盘模锻件,锻件外观完整、晶粒组织细小均匀,力学性能稳定,等温锻造工艺是制备GH710合金细晶涡轮盘的理想工艺.     

锻造高铌TiAl合金高温蠕变与损伤行为EI北大核心CSCD

通过组织形貌观察和蠕变性能测定,研究了锻造态高铌TiAl合金的蠕变与损伤行为。结果表明:铸态高铌TiAl合金经等温锻造,层片晶团的平均尺寸由507μm减小到56.7μm。锻造态高铌TiAl合金在蠕变期间的变形主要发生在γ片层和等轴γ晶中,位错运动至相界/晶界受阻并堆积,可形成位错缠结或位错列,提高位错运动的阻力;其中,等轴γ晶粒中的位错缠结可发生束集促进动态再结晶,形成细小亚晶结构。柏氏矢量为[101]和[011]的位错分别在不同{111}面滑移形成位错网,γ相中的蠕变位错运动至位错网,与其相互作用,可改变原来的运动方向,促进其攀移。蠕变后期,孔洞首先在等轴γ晶区域产生,并在该区域聚集、长大和扩展,直至发生合金的蠕变断裂。这是高温蠕变期间的损伤与断裂机制。     

TiAl-Nb合金在近750℃温度区间的蠕变行为

通过蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了铸态TiAl-Nb合金在近750℃施加不同应力条件下的蠕变损伤行为。结果表明,合金的组织由不同取向的层片状γ/α_2两相组成,不同取向层片状组织的晶界为单一γ相。铸态合金在(750℃,300 MPa)蠕变期间的变形机制是位错和孪晶,且位错在层片状γ/α_2两相及孪晶中滑移。随蠕变进行,激活的位错数量增加,当蠕变位错与位错网相遇,可改变位错的运动方向,促进发生位错攀移,减缓应力集中。在蠕变后期,大量位错在近相界区域塞积,引起应力集中,可致使裂纹沿垂直于应力轴的层片状γ/α_2两相界面萌生与扩展,当不同横断面的裂纹通过撕裂棱相互连接,直至发生断裂,是合金在近750℃蠕变期间的损伤与断裂机制。     

加热温度对热轧复合钛/不锈钢板结合性能的影响

利用热模拟试验机进行了加热温度分别为800、850、900、950 ℃的纯钛TA2与304L不锈钢的压缩复合实验,并从中选取最佳加热温度进行了热轧复合实验。利用金相显微镜、电子探针、XRD物相分析等手段对复合界面处的微观形貌、元素的扩散及金属间化合物的种类等进行了分析研究,并对界面的剪切强度进行了测试。实验结果表明,TA2/304L界面处生成了σ相、σ′相、FeTi、NiTi和CrTi4等金属间化合物。随着温度的升高,金属间化合物层的厚度增加。界面剪切强度随金属间化合物厚度增加而减小。加热温度为850 ℃时,热模拟试样获得最佳结合性能,热轧复合实验获得的钛/不锈钢复合板界面的剪切强度达到215 MPa。     

Creep Behaviors of DA Casting and Rolling GH4169 Superalloy

After the billet of Casting and Rolling GH4169 alloy was directly aged (DA) treated at 720 ℃ and 620 ℃, creep behavior and deformed features of the alloy were investigated by means of the measurement of creep curves and microstructure observation. Results show that the DA Casting and Rolling GH4169 Superalloy displays a lower strain rate during creep and longer lifetimes under the condition of the applied stress of 700 MPa at 650 ℃ , the creep lifetimes of the alloy decrease to 127 h as temperature is eleva...     

GH4169D合金电子束焊接接头显微组织和持久断裂特征

采用金相显微镜和扫描电镜分析了GH4169D合金电子束焊接接头的显微组织,利用显微硬度计测试了母材、热影响区和焊缝的显微硬度,采用体式显微镜和扫描电镜研究了焊接接头持久断裂特征。结果表明,GH4169D母材中的主要析出相为1~20μm长的片层状晶界η相、30~80 nm的颗粒状γ′相和少量的碳氮化物。热影响区中的主要析出相为10~20 nm的颗粒状γ′相,几乎没有晶界η相。焊缝中为枝晶组织,枝晶间存在含有共晶组织的白色析出相,析出相尺寸为2~6μm,枝晶杆中含有10 nm以下的细小颗粒状γ′相。母材的显微硬度低于热影响区和焊缝,不同区域的显微硬度主要受γ′相尺寸的影响。焊接接头的持久断裂过程包括蠕变裂纹扩展、快速扩展和瞬断3个阶段,蠕变裂纹扩展区中为沿晶断裂,快速扩展区中为沿晶和穿晶混合断裂,瞬断区为穿晶断裂。蠕变裂纹扩展起始于试样表面的热影响区,热影响区中晶界η相含量低和裂纹尖端晶界氧化是导致焊接接头持久性能低于母材的主要原因。     

热连轧GH4169合金的晶粒长大行为

对热连轧(HCR)GH4169合金在固溶处理过程中晶粒长大行为进行系统研究。结果表明,该合金?相溶解温度在990～1000℃之间,δ相对晶粒长大有显著阻碍作用,在低于δ相溶解温度进行固溶处理时,析出的δ相使得晶粒长大缓慢;在高于δ相溶解温度以上时,晶粒随温度的升高快速长大。晶粒长大动力学表明:在高于δ相固溶线温度以上进行固溶处理时,晶粒生长指数随着固溶温度的升高而增加;固溶处理温度为1000和1050℃时的晶粒长大激活能为223.849kJ/mol,晶粒长大机制为自扩散过程控制机制,并建立了相应的晶粒长大动力学方程。     

固溶温度对GH4169合金锻件力学及焊接性能的影响

为了能同时满足某固溶态使用的GH4169合金航天锻件的力学和焊接性能的要求,研究了固溶温度对GH4169合金锻件硬度和拉伸性能的影响规律,并对相应固溶温度下锻件的同种和异种金属的焊接质量进行了表征分析。结果表明,固溶温度对合金的微观组织和力学性能均有显著影响,随着固溶温度的提高,晶界粗大相(主要为δ相)的回溶不断增加,合金的硬度及强度指标显著下降,伸长率显著提高。对经不同温度固溶处理的GH4169合金进行同种金属和异种金属(920 ℃固溶处理GH4169合金和固溶态0Cr18Ni9不锈钢)的焊接试验,其焊缝宏观、微观、X光检测均能满足使用要求,结合力学和焊接质量最终确定固溶态使用的GH4169合金锻件的最佳固溶温度为900~940 ℃。     

GH4169合金楔横轧微观组织演变及动态再结晶机制

采用金相显微镜和电子背散射衍射(EBSD)技术分析了楔横轧制备的GH4169合金轧件的微观组织演变和动态再结晶机制;利用数值分析方法获得了楔横轧过程中等效应变、应变速率和温度的相互关系和变化规律,并探讨对楔横轧GH4169合金动态再结晶的影响。结果表明,楔横轧的变形特点是导致GH4169合金组织均匀和动态再结晶机制不同的主要原因,较大的断面收缩率有利于组织均匀化;轧件表面以非连续动态再结晶机制为主,而心部以连续动态再结晶机制为主。     

GH4169合金盘件热变形后不同冷却速率条件下的组织模拟

对GH4169合金涡轮盘锻件进行模拟研究,利用有限元模拟软件结合二次开发对热变形后的涡轮盘的锻后温度及应变的分布规律进行模拟预测。同时,对热变形后盘件进行不同冷却速率的显微组织模拟预测研究。结果显示：该热变形计算流程方法可行,可以实现不同冷却速率下显微组织的模拟;显示热变形后的涡轮盘经过水冷、油冷和空冷等冷却,冷却速率越快晶粒越细小,而再结晶分数越少。该结果对实际GH4169合金涡轮盘锻造热加工可提供指导。     

Effects of returns on composition,microstructure and mechanical properties of GH4169 superalloy

To recycle the returned alloy effectively, effects of returns proportion on alloy composition, microstructure and compression properties of superalloy GH4169 were studied by means of scanning electron microscopy(SEM), energy dispersive spectroscopy(EDS) and thermal-mechanical simulator. The results show that returns addition has no significant effect on the main alloy elements content and the principle precipitates, but increases the volume fraction of Al_2O_3 inclusions, resulting in the increase of oxygen level of GH4169 alloy. Returns addition does not change the elastic and plastic deformation process at room temperature or at 1,150 °C, but high returns proportion GH4169 alloy shows improved compression strength and yield strength. The alloy with 100% returns shows a maximum compression strength 1,153.45 MPa at room temperature, while the alloy with 80% returns has a maximum value 69.3 MPa at 1,150 °C. Returns addition increases fluctuation range and reduces the stability of yield strength and compression strength of GH4169 alloy at room temperature. It is noted that the volume fraction and the size of Al_2O_3, and the fraction of Laves phase reach their maximum values in the GH4169 alloy with 60% returns, which exhibits maximum yield strength of 516.65 MPa at room temperature and 62.17 MPa at 1,150 °C.