长期时效对两种镍基高温合金组织稳定性的影响

利用光学显微镜、扫描电子显微镜和EDS能谱分析仪研究了新型镍基高温合金WZ-A3和第三代粉末高温合金RR1000铸态固溶时效后长期时效过程中的组织演变。结合相图计算结果,重点研究了TCP相的析出与组织稳定性。结果表明:WZ-A3合金固溶时效态出现η相;长期时效过程中,η相未消失,合金组织中未观察到其它类型的TCP相;RR1000合金固溶时效态以及长期时效态未发现TCP相;由于Ta、Nb元素的添加,提高了γ′相的固溶温度,WZ-A3合金650、750℃持久强度优于RR1000合金;少量针状η相对合金性能的影响不明显。     

高温合金单晶铸件中形状因素对雀斑缺陷的影响

通过对单晶高温合金铸件中雀斑缺陷的观察研究,发现铸件横截面和纵截面的形状都对雀斑的形成产生很大的影响。铸件横截面形状的影响表现为棱角和曲率效应,即雀斑容易出现在外凸形的棱角(夹角<180°)和曲面(曲率为正)上,而不会出现在内凹形的棱角(夹角＞180°)和曲面(曲率为负)。其原因在于糊状区液体流动的附壁效应会在铸件外凸和内凹部位分别发生叠加和发散,从而分别促进和减弱雀斑的生成倾向。另外,铸件纵截面形状变化对雀斑的影响表现为收扩效应,即沿凝固方向呈收缩型和扩张型的的外表面对雀斑的影响完全相反,分别起到强烈的促进和抑制作用。研究结果表明,上述的铸件形状因素对雀斑的作用远远超过了凝固条件的影响。     

一种新型第三代镍基粉末高温合金γ"相尺寸的过固溶热处理调控研究

本工作研究了热处理工艺对一种新型第三代镍基粉末高温合金WZ-A3的γ"相组织的影响规律。主要探究了不同升降温速率的差热分析、干预式冷却实验、过固溶冷速及时效制度对WZ-A3合金的γ"相的回溶与析出行为以及对γ"相的尺寸和微观组织的影响规律。结果表明：过固溶热处理冷却时不同冷速，WZ-A3γ"相的开始析出温度介于1148℃~1165℃，最大析出率温度介于1028℃~1037℃；γ"相二次形核析出温度范围较广，在所进行的不同实验冷速条件下介于885℃~1008℃；采用更慢的冷速能进一步观察到γ"相次第析出；过固溶热处理的温度对冷却析出的二次γ"相的尺寸无明显影响；过固溶热处理后的冷速与冷却析出的γ"相尺寸成反比，采用幂函数y=1490.74x-0.509能较好地反映这一关系，其中，y为γ"相尺寸(nm)，x为冷却速度(℃/min)；700℃和800℃短时时效对二次γ"相尺寸和形貌无明显影响；实验合金二次γ"相在800℃、900℃和1000℃短时时效的粗化速率分别为2.153×10-28m3s-1、1.696×10-27m3s-1和2.331×10-26m3s-1;实验合金γ"相粗化激活能为278KJ/mol。     

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。     

新型高温合金热处理及长期时效过程中组织稳定性研究北大核心CSCD

主要研究了三种新型高温合金在铸态热处理后,再经750℃/2 700 h和850℃/2 700 h长时间时效后的组织稳定性。结合相图计算探讨了不同合金设计对长期时效过程中针状组织演变规律的影响。结果表明:Nb+Ti+Ta总含量对铸态偏析组织及其后热处理及时效过程中的析出相演变具有重要影响,高Nb+Ti+Ta含量合金拥有较高的共晶体积分数,并易于在其附近形成不稳定的η相;随时效时间延长和温度升高,共晶体积分数减少,η相的体积分数降低,在组织中逐渐析出更为平衡的TCP相。     

一种新型镍基粉末高温合金等温热压缩过程中的超塑性变形行为研究

基于Gleeble等温热压缩试验,并结合OM、SEM、EBSD等分析手段,研究了一种新型热挤压态第3代镍基粉末高温合金FGH4113A(WZ-A3)在超塑性压缩变形过程中的流动特性和微观组织演化规律。给出了在温度1050、1100℃,应变速率0.001、0.005 s^-1,不同变形量(应变)条件下的超塑性变形行为及其变形机制。结果表明：FGH4113A(WZ-A3)合金在热压缩变形过程中表现出良好的超塑性,未发现孔洞或裂纹;1100℃/0.001 s-1大变形后期(60%～80%变形量)晶粒有长大趋势,其余变形条件晶粒尺寸变化不大;在超塑性压缩变形过程中,累积的位错主要通过动态回复和动态再结晶所湮灭,晶界滑移是发生大变形而未开裂的主要原因。该研究结果为新型的FGH4113A(WZ-A3)合金超塑性等温锻造工艺制定奠定了良好的基础。     

Effect of Gravity on Directionally Solidified Structure of SuperalloysEI北大核心CSCD

分别利用常规下抽拉法与新型上提拉法进行不同方向的高温合金定向凝固实验,对比研究重力对单晶铸件凝固组织的影响。结果表明,在常规下抽拉法实验的向上凝固过程中,容易出现雀斑、γ/γ’共晶上聚和籽晶回熔紊乱等问题。原因是糊状区内液体由于元素偏析引起密度减小,在重力作用下形成了上重下轻的失稳状态并引起对流。而通过新型上提拉法实现的顺重力凝固过程中,密度减小的液体处于糊状区上端,形成上轻下重的稳定状态,使重力的作用由失稳因素转化为维持稳定的因素,抑制了液体对流的产生与发展。采用新型上提拉法制备的单晶铸件中彻底消除了雀斑缺陷,抑制了γ/γ’共晶组织的向上聚集,也保证了低密度籽晶稳定的回熔和外延生长。顺重力定向凝固技术从根本上消除了重力对高温合金定向凝固的不良影响,有希望发展成为新一代的先进单晶叶片成型技术。     

发动机涡轮叶片熔模铸造型壳温度场测量研究

为了测量某发动机镍基高温合金叶片熔模铸造过程中型壳的温度场,设计了测温试验方案,制备了测温型壳和测温线组并进行了测温试验。试验在真空、密闭和高温等条件下完成,获得了模组升温和保温过程中的温度场变化曲线。结果表明,所设计的测温方案是可行的,该方法可应用于类似环境下的温度测量。     

应用于粉末冶金的修正Drucker-Prager/Cap模型

粉末冶金是金属材料成形工艺的重要环节,但现有各种模型都无法完整模拟金属粉末在压制前后期特有的力学性能。本文通过引入致密金属的屈服强度,对Drucker-Prager/Cap模型进行修改,将其屈服面限制在致密金属的Von Mises屈服面以内,并随着压制过程,使之无限接近Von Mises屈服面。通过与文献试验数据对比,证明了本文提出的修正模型具有相当高的精度。最终将该模型应用于高温合金的热等静压模拟,其变形模拟结果与实验相符,并且应力分布比传统Drucker-Prager/Cap模型的计算结果更加合理。     

FGH113A(WZ-A3)粉末高温合金长期组织稳定性研究

采用光学显微镜、扫描电镜及能谱仪等观察分析了FGH113A(WZ-A3)合金的晶粒组织、γ′强化相、碳化物等在760和815℃长期时效下的演变规律,通过力学性能测试分析了长期时效对合金拉伸性能的影响。结果表明:760和815℃长期时效对合金的晶粒尺寸无明显影响。760℃时效2020 h后,合金的γ′相尺寸与形貌无明显变化,碳化物由弥散分布的颗粒状,转变为晶界聚集析出的连续型碳化物。815℃时效440h后,γ′相开始长大且形貌由近立方状向近球形转化,晶内开始析出短棒状碳化物,2020h后明显可见颗粒状碳化物在晶界富集,晶内短棒状碳化物增多。经长期时效的试样在704和760℃进行拉伸测试,在760℃时效440和2020 h后,合金的抗拉强度相当,屈服强度在2020 h后反而有小幅提升;在815℃时效440和2020 h后,合金的拉伸性能表现出类似规律,这与长期时效过程中合金无有害相析出和晶界碳化物的钉扎作用有关。新型镍基粉末高温合金FGH113A在760和815℃长期时效下表现出优异的组织和性能稳定性。