热等静压处理对K439B高温合金显微组织的影响

对K439B合金进行了1165 ℃/150 MPa,4 h热等静压处理,采用光学显微镜和扫描电镜对比研究了铸态和热等静压态K439B合金的显微组织。结果表明:铸态K439B合金存在0.25%的显微疏松,热等静压后显微疏松基本消除(0.013%)。与铸态相比,经过热等静压处理后合金中的γ/γ′共晶组织体积分数和尺寸减小,各元素分布更加均匀,凝固偏析系数均更接近1。铸态K439B合金枝晶干处γ′相尺寸和体积分数分别是116.9 nm和17.8%,枝晶间部位γ′相尺寸和体积分数分别为244.4 nm和24.9%。热等静压后合金枝晶干部位的γ′相尺寸及体积分数分别为148.0 nm和17.5%,枝晶间部位γ′相尺寸和体积分数分别为159.1 nm和22.8%。热等静压处理使合金枝晶干、枝晶间部位的γ′相尺寸、体积分数和形貌接近,同时γ′相分布变得均匀。     

980 ℃长期时效对DD15单晶高温合金组织稳定性的影响

采用选晶法在真空高梯度定向凝固炉中制备第四代单晶高温合金DD15试棒，热处理后在980 ℃分别时效400、800、1200、1600、2000 h，研究不同时效时间的合金组织。结果表明:合金的热处理组织由立方化较好γ′相和基体γ相组成。随着980 ℃时效时间增加，γ′相合并长大仍保持立方形状，基体通道的宽度增加；时效1600 h时，未有TCP相析出；时效2000 h时，析出极少量TCP相，合金具有良好的组织稳定性；合金中较多的Re、W、Ta、Mo、Nb等高熔点元素能够抑制γ′相长大，Ru元素能够抑制TCP相的析出，合金具有良好的组织稳定性。     

镍基单晶高温合金薄壁试样的一次枝晶间距统计方法对比

分别采用面积测量法、三角形测量法和最小生成树法,对不同壁厚的镍基单晶高温合金试样的一次枝晶间距进行了统计。结果表明,面积测量法和三角形测量法对块状试样平均一次枝晶间距的统计结果基本相当,大于采用最小生成树法获得的数值。随试样壁厚降低,三角形测量法和最小生成树法统计的平均一次枝晶间距差距基本固定,一次枝晶间距的容许范围随着试样壁厚降低而缩小,而面积测量法在统计薄壁试样的平均一次枝晶枝晶间距时显示出明显的不稳定性。最后,讨论了3种方法统计镍基单晶高温合金薄壁试样一次枝晶间距时的特点和适用性。     

双联整铸定向空心涡轮导向叶片铸造工艺研究

对具有双联整铸、空心气冷、定向柱晶结构特点的涡轮导向叶片的精密铸造工艺进行了研究。结果表明,在模具设计与制造中可实现叶片蜡模组焊整铸式的结构形式,通过组焊工装既可实现单联叶片蜡模的焊接,又能满足焊接后各单联叶片的相互位置要求;通过合理的浇注系统设计及定向凝固工艺参数的选定,解决了双联叶片定向柱晶生长难题;采用三坐标测量机实现了双联叶片型面、流道点、弯扭控制点及喉道面积的自动化控制及测量。     

航空发动机用粉末高温合金及制备技术研究进展

本文概述了我国粉末高温合金及制备技术的研究进展。在粉末制备方面,重点介绍了Ar气雾化制粉技术关键因素,包括设备、雾化过程、粒度控制、O含量控制、粉末形貌控制和夹杂控制等。针对涡轮盘件制备技术,总结了双性能涡轮盘、双合金整体叶盘技术和等温锻造模具用材料的研究进展。此外,还介绍了在粉末高温合金高通量实验和表征以及蠕变行为等方面的研究进展。结合当前航空发动机、3D打印等高端工程用材料重大需求,对我国粉末高温合金制备技术和发展方向进行了展望。     

粉末高温合金中SiO2夹杂物与基体的界面反应机理及对其变形行为的影响

通过人工植入夹杂物的方法,采用SEM、EPMA、TEM、纳米压痕和微纳CT研究了FGH96粉末高温合金中30和60μm SiO2夹杂物在粉末态、热等静压(HIP)和热挤压(HEX)过程中形貌、尺寸以及化学成分的演变规律,深入揭示了SiO2夹杂物与基体发生界面反应的机理,定量研究了夹杂物在粉末态、HIP态以及HEX态下尺寸的变化,表征了夹杂物在挤压棒材中的三维形貌。结果表明,在粉末态时,夹杂物呈长条状或板条状;在HIP过程中,夹杂物与基体发生了置换反应,形成了内部Ti O2、外部Al2O3并弥散分布于γ基体的复合夹杂物,确定了形成氧化物的物相种类,揭示了界面反应机理,同时,30μm SiO2周围未出现γ'相贫化区,60μm SiO2周围形成了γ'相贫化区,合金基体较γ'相贫化区具有较高弹性模量和纳米硬度,γ'相贫化区为软化区,反应后30和60μm SiO2夹杂物尺寸分别约为35和75μm,体积得到进一步增大;在挤压过程中,60μm SiO2由于贫化区的存在表现出与30μm SiO2不同的变形行为,并通过SEM观察统计的夹杂物尺寸与理论计算和微纳CT测试结果进行了对比验证。     

高Nb-TiAl多孔合金的制备及其焊接接头孔隙结构与性能

以Ti、Al和Nb元素混合粉末为原料,采用粉末冶金固态烧结法制备出了Ti-48Al-6Nb多孔合金,并对其进行了氩弧焊接。对多孔合金的生成相、膨胀率、孔隙结构以及焊接接头的孔隙结构进行表征。利用电子万能实验机对焊接接头的拉伸性能进行了测试。结果表明,烧结温度由1100℃提高至1200℃,孔隙率增加,元素扩散和固态相变更充分。在焊接接头处,多孔合金孔隙结构被破坏,形成新的孔结构,抗拉强度降低。     

表面完整性对FGH96粉末合金高温低循环疲劳性能的影响研究

采用陶瓷弹丸和铸钢丸+陶瓷丸为介质对FGH96合金车削表面进行喷丸强化,引入3种表面完整性状态。研究了一次喷丸、二次喷丸和车削状态下表面形貌、残余应力场和高温低循环疲劳寿命。结果表明:二次喷丸强化在消除车削刀痕和表面平均粗糙度增大的同时,引入了底部圆滑的弹坑,二次喷丸后Kurtosis值趋于3,但强度较小的一次喷丸仅能够部分消除刀痕;同时,一次喷丸和二次喷丸后,表面残余压应力由车削的-446 MPa,提高到-1000～-1100 MPa,二次喷丸后残余压应力场深度由车削的100μm提高到250μm,一次喷丸残余压应力场深度与车削状态相当。在二次喷丸良好的表面完整性作用下,在650℃,ε_t=1.2%的试验条件下,相比于车削状态,二次喷丸后疲劳寿命提高108%;相比之下,一次喷丸提高21%;喷丸后疲劳寿命分散度减小。经过断口宏微观观察和反推分析说明,3种表面完整性状态的疲劳扩展寿命很接近,造成疲劳寿命差别的主要原因是裂纹萌生差别,二次喷丸的裂纹萌生寿命分别是一次喷丸的221%,以及车削状态的216%。利用工艺手段优化表面完整性是提高FGH96合金表面完整性和低循环疲劳寿命的关键。     

喷丸对一种单晶合金表面完整性和高温缺口疲劳性能的影响

研究了喷丸后单晶合金的表面完整性和高温缺口疲劳性能。喷丸后表面形貌采用白光干涉仪表征,扫描电镜,2个方向观察(平行于受喷表面和截面方向)高分辨透射电镜和电子背散射衍射分析,疲劳性能采用旋转弯曲疲劳模式表征。采用旋转弯曲疲劳极限表征了强化增益作用,并与喷丸显微组织建立联系。结果表明,在760℃到850℃区间,喷丸强化较原始加工状态的疲劳极限增益达到14.8%,主要原因是高密度的缠结位错、加工硬化和晶粒错配。此外,通过表面应力集中系数计算表明,即使在平均粗糙度Ra升高的基础上,喷丸强化后表面应力集中系数也降低。     

锆英粉型壳与DD6单晶合金的界面反应

采用扫描电镜、能谱分析等手段研究了DD6单晶合金与锆英粉型壳的界面反应。结果表明,DD6高温合金与锆英粉型壳的界面反应产物为Al_2O_3、HfO_2、Nb/Ta氧化物和单质Si。由于锆英粉的主成分ZrSiO_4高温易分解,界面反应有局部加剧的趋势,反应产物粘附在型壳表面,导致界面处型壳侧生成5~8μm厚的Al_2O_3层,合金表面出现缺陷坑。通过分析"Al元素氧化-ZrSiO_4分解-低熔点富Si液相形成-Al_2O_3颗粒析出"的反应过程,建立了"反应坑"型的界面反应模型。