定向凝固高温合金组织演变对持久性能的影响

对比研究了定向凝固高温合金GTD111以及自主设计合金WZ-D2的铸态、热处理态和经980℃/190 MPa持久拉伸后的γ'相、碳化物以及拓普密排(TCP)有害相析出的特征演变及其对持久性能的影响。结果表明:WZ-D2的铸态共晶尺寸和数量均显著小于GTD111;热处理态WZ-D2的γ'相面积分数明显高于GTD111,且立方度略高于后者。GTD111中碳化物的形貌多呈现汉字型,且更易分解。在900℃以上温度,GTD111的持久寿命远小于WZ-D2,这与2种合金中共晶相数量和尺寸、碳化物的分解、γ'相的演化密切相关。     

采用动态图像分析技术对高温合金粉末形状定量表征

采用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和动态图像分析（DIA）技术,选用8个形状参数对高温合金粉末形状进行了定性及定量表征。结果表明,Krumbein球形度（SPHT_K）,长宽比（AR）,紧凑度（Compct）和Krumbein圆润度（RDNS_C）对高温合金粉末形状具有显著的区分度,可以作为粉末形状表征的关键参数使用。此外,发现圆度（C）、球形度（SPHT）、SPHT_K三者之间的区分度依次增加,尤其是SPHT_K的区分度最高。通过对比8个形状表征参数的区分度差异,发现C、SPHT,凹凸度（Conv_A）和坚固性（Solid）的区分度并不显著。最终,将SPHT_K,AR,Compct和RDNS_C 4个参数组合用于定量表征高温合金粉末颗粒形状变化,为雾化参数的有效调整提供粉末形状的定量表征依据,促进增材制造和先进粉末冶金技术的研发。     

GH4169晶面衍射弹性常数计算与测量

根据复相材料细观力学模型,预测了镍基高温合金等效弹性响应,基于宏观应力-应变关系,理论计算了GH4169及组分材料等效弹性性质参数,即等效弹性模量■,等效体积模量■,等效剪切模量■和泊松比■,与文献报道的实验值进行对比分析。结果显示:GH4169合金理论计算值■=218.60 GPa,■=180.20 GPa,■=84.20 GPa,■=0.298与实验值偏差分别为7.16%、10.69%、6.58%、0.67%;γ′相理论计算值■=201.10 GPa,■=173.70 GPa,■=76.93 GPa,■=0.307与实验值偏差分别为1.42%、0.40%、2.00%、1.66%,较小的误差证明了该模型的准确性;进一步,理论预测了镍基高温合金细观弹性响应,基于单轴载荷作用下细观弹性应力-应变关系,理论计算了GH4169合金γ-(Ni-Cr-Fe)相(220)晶面衍射弹性常数,即E_(220)=233.89 GPa,v_(220)=0.284;同时,采用四点弯曲标定载荷应力,结合X射线衍射应变实验测量了γ-(Ni-Cr-Fe)相(220)晶面衍射弹性常数,并与理论计算值对比分析。结果表明,实验测量值E_(220)=248.00 GPa、v_(220)=0.276与理论值的偏差分别约为5.69%、2.90%,证实了该理论模型的准确性,也为衍射法测量残余应力研究提供理论基础。     

Correspondence between low-energy twin boundary density and thermal-plastic deformation parameters in nickel-based superalloy

To deeply understand and even describe the evolutions of the low-energy twin boundary density (BLD_∑3n) in a thermal-plastic deformation process, an improved twin density model as a function of average grain size and stored energy is developed. For Nimonic 80A superalloy, the model is solved based on the EBSD statistical results of grain size and BLD_∑3n in the specimens compressed at temperatures of 1273–1423 K and strain rates of 0.001–10 s^–1. The corresponding relationships of BLD_∑3n with stored energy and grain size varying with temperature and strain rate are clarified by the superimposed contour plot maps. It is summarized that BLD_∑3n increases with increasing stored energy and decreasing grain size, and higher BLD_∑3n with finer grains corresponds with lower temperatures and higher strain rates. Such relationships are described by the improved twin density model, and the prediction tolerance of the solved model is limited in 2.8%.     

镍基变形高温合金的热处理组织转变及金相分析

概述了镍基变形高温合金的强化方式及不同热处理制度下的显微组织转变,对晶粒度、夹杂物、析出相的转变机理以及金相评定方法进行了归纳总结,以期为镍基变形高温合金的组织性能优化及检验提供参考。     

选区激光熔化GH3536合金的热处理工艺

采用OM、SEM和力学性能测试等分析研究了不同热处理工艺对选区激光熔化成形GH3536合金组织及力学性能的影响规律。结果表明,随着固溶温度越高,晶粒尺寸越大,且抗拉强度在高温条件下逐渐增加而室温条件则下降。当固溶温度达到1120 ℃时,室温条件下横向试棒与纵向试棒的抗拉强度分别达到816和731 MPa;900 ℃高温条件下则分别达到189和204 MPa。800 ℃时效处理后合金基体组织析出细小碳化物,产生第二相强化作用,强度得以提升。随着时效时间的增加,碳化物变的密集,但晶粒尺寸几乎没有发生变化,表现为室温抗拉强度与断后伸长率得到提升。当时效时间达到20 h时,室温条件下横向试棒与纵向试棒的抗拉强度分别达到832和747 MPa;900 ℃高温条件下横向试棒与纵向试棒的断后伸长率分别达到8.5%和21.5%。最后得出选区激光熔化成形GH3536合金最优的热处理工艺为:固溶(1120 ℃×1 h)+时效(800 ℃×20 h)。     

高钨镍基高温合金K416B富W相的析出行为

研究了K416B合金中富W相的析出行为与合金浇注温度和凝固速率的关系。结果表明,在相同冷却速率下,合金的浇注温度由1500℃降低到1450℃时,晶粒尺寸明显减小。在不同浇注温度下,合金中均有块状α-W相在残余共晶中析出,α-W相形貌差别不大。合金的残余共晶中存在大尺寸的M6C相,而残余共晶的边缘处有小尺寸的M6C相。高凝固速率时,合金中富W相数量减少、尺寸减小,表明富W相析出受到明显抑制。对于铸造高钨镍基高温合金,选择合适的浇注温度以及保温体系加快凝固初期的冷却速率,可以控制富W相的析出和转变,从而优化合金性能。     

K438铸造高温合金表面热浸镀铝涂层的抗氧化性能

针对K438镍基高温合金在高温条件下抗氧化性能不足的问题,采用热浸镀铝技术在其表面制备了铝化物涂层。经1000 ℃、1 h真空扩散退火处理后,对高温合金的热浸镀铝涂层开展了1000 ℃、250次的高温循环氧化试验,并采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪等分析测试手段,对高温氧化后涂层截面组织进行了研究。结果表明,试验合金在1000 ℃、40次循环氧化后氧化增量曲线便开始下降,高温抗氧化性能较差,经1000 ℃、250次循环氧化后,形成了Al₂O₃、TiO₂、Cr₂O₃、NiO和尖晶石NiCr₂O₄、NiAl₂O₄等氧化产物。而热浸镀铝涂层经1000 ℃、40次循环氧化后,氧化增量变化较小,且经250次循环氧化后,氧化产物中未发现Cr₂O₃的存在,其高温抗氧化性能均较基体明显提高,其中热浸镀90 s的涂层高温抗氧化性能更好。     

Hastelloy C276高温合金热加工微观组织演化元胞自动机模拟

采用Gleeble热模拟试验机对Ni-Cr-Mo系高温合金Hastelloy C276进行单道次和双道次热压缩试验,获得了不同热变形条件下的流变应力曲线和微观组织,在此基础上回归了该合金热变形物理冶金模型及参数,进而构建了微观组织拓扑演化的元胞自动机模型。结果表明:Hastelloy C276高温合金在高温热压缩过程中易发生动态再结晶,当动态再结晶不完全时,在热压缩保温或道次间歇内,再结晶晶粒将进一步快速生长而发生亚动态再结晶。Hastelloy C276高温合金再结晶行为对变形温度、变形速率、应变量等工艺参数敏感;构建的元胞自动机模型,集成计算了热压缩和道次间歇过程中的位错密度、再结晶形核及晶界迁移等,可有效表征多工艺参数下Hastelloy C276高温合金热压缩过程中的微观组织拓扑结构演化和应力-应变响应。