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。     

镍基粉末高温合金FGH97的强化设计北大核心CSCD

为了提高粉末高温合金FGH97的拉伸强度,同时保持基础合金良好的塑性、高温持久性能和较好的组织稳定性,通过正交设计和热力学计算,调整了FGH97中Co、Cr、Mo、W 4种固溶强化元素的含量,结合热力学计算结果筛选出3种成分的设计合金,对合金进行显微组织观察、物理化学相分析、室温高温拉伸等力学性能检测,以及长时效热处理试验。结果表明:在FGH97基础上调整成分的设计合金具有更高的室温、高温拉伸强度,实现了很好的强化效果;设计合金塑性损失不明显,还具有更长的高温持久寿命及较好的组织稳定性。     

Hf含量对镍基粉末高温合金中γ′相形态的影响

研究了含Hf镍基粉末高温合金在长期时效处理过程中γ′相形态的演化过程.结果表明:合金在高温长期处理过程中立方状γ′相发生分裂、呈现出二重平行状和八重小立方体组态.八重小立方体组态作为择优形态不再发生分裂,处于低能稳定状态.不同Hf含量合金的错配度发生明显变化,γ′相的长大或粗化过程可以粗略地分为"界面控制"和"应变控制"2个阶段,γ′相间弹性相互作用能对合金中析出相的形态变化起着重要作用.     

Hf在粉末冶金镍基高温合金中的相间分配及对析出相的影响

利用三维原子探针（3DAP）,SEM,TEM和相分离方法,研究了5种Hf含量的FGH97粉末冶金高温合金中Hf在γ基体、γ′相和MC相中的分配,以及Hf对γ′和MC析出相的数量、组成和形貌的影响.结果表明:Hf主要进入γ′相和MC型碳化物,γ′相变为（Ni,Co）₃（Al,Ti,Nb,Hf）,MC碳化物变为（Nb,Ti,Hf）C.随着合金中Hf含量的增加,Hf进入γ′相的比例基本不变,进入MC相的比例逐渐增大,进入γ相的比例逐渐减小,即Hf在γ′和MC相的分配比R₁逐渐减小,在γ′和γ相的分配比R₂逐渐增大,R₁和R₂的平均值分别为1:0.1和1:0.05,这表明Hf主要分配在γ′相中,其次分配在MC相中.Hf促进γ′相和MC相析出,影响γ′相的尺寸和形貌,对MC碳化物的尺寸和形貌的影响并不明显.     

俄罗斯粉末冶金高温合金研制新进展

介绍了俄罗斯近几年用于ПС90А2、АИ222和Д27航空发动机的ЭП741НП粉末高温合金盘件的性能及使用情况,以及ЭП962НП和为第5代以及第5代半(俄罗斯划分)航空发动机设计的ВВП系列(ВВ750П、ВВ751П、ВВ752П、ВВ753П)粉末高温合金的研制最新进展。俄罗斯采用等离子旋转电极工艺(PREP)制粉+直接热等静压(As-HIP)成形制造粉末高温合金盘件。使用粒度为<100μm的粉末,为ПС90А2发动机研制的4个ЭП741НП合金盘件,其性能优于АЛ-31Ф发动机上使用的ЭП741НП合金盘件性能。为АИ222航空发动机研制的3个ЭП741НП合金盘件以及为Д27航空发动机研制的4个ЭП741НП合金盘件,其性能达到了技术文件的要求。俄罗斯装配АИ222-15С发动机的Як-130教练机通过了飞行试验,并已交付使用。ВВП系列粉末高温合金的抗拉强度、650℃下的持久强度以及低周疲劳性能均优于ЭП741НП合金,但韧性比ЭП741НП合金低。ВВ752П和ВВ753П合金盘件目前处于试制阶段,用于航空发动机涡轮和压气机的ВВ751П、ВВ750П合金盘件已开始工业试验批生产。     

新型涡轮盘用高性能粉末高温合金的研究进展

综合分析了国外第3代粉末高温合金的化学成分、显微组织和点阵常数,总结出新型涡轮盘用高性能粉末高温合金的研发趋势,重点介绍了作者课题组与钢铁研究总院合作在国内率先进行我国新型第3代高性能粉末高温合金的初期研究工作与成果,并提出了研制高性能粉末高温合金的重点研究方向。     

热处理工艺对一种镍基P/M高温合金组织性能的影响

研究不同热处理工艺对一种粉末冶金镍基高温合金组织性能的影响。从两种工艺热处理的俄罗斯的该类合金盘件上部分截取试样并进行了组织性能对比分析。结果表明,在γ＇相完全溶解温度以上固溶处理后,淬火冷却速度和随后的时效方式直接影响γ＇强化相、二次碳、硼化物析出的形貌、尺寸和分布。两种工艺热处理的试样中γ＇强化相和碳、硼化物的不同匹配度决定其各自达到最佳的综合力学性能。二者的室温冲击韧性和650℃,980 MPa条件下的低周疲劳寿命和持久性能水平相当,相比之下,工艺Ⅰ试样的拉伸强度低于工艺Ⅱ试样,但工艺Ⅰ试样的塑性高于工艺Ⅱ。     

FGH97合金的显微组织

结合FGH97合金的制备工艺,采用显微组织观察等手段,对合金的显微组织进行了分析研究与讨论,结果表明,直接热等静压成形的FGH97合金的晶粒组织均匀,晶粒度为6～7级;合金中的Hf元素对减少合金中的原始颗粒边界(PPB)有着显著作用,同时,Hf元素会进入γ'相和碳化物,提高γ'相的强度和碳化物的稳定性;合金的显微组织具有弯晶特点,这对合金的塑性和韧性非常重要.     

固溶热处理对新型镍基粉末FGH98Ⅰ高温合金组织与性能的影响

对新型镍基粉末高温合金(FGH98Ⅰ)在不同温度下进行固溶热处理,采用热力学相计算、光学显微镜、场发射扫描电镜及化学相分析等研究了亚固溶和过固溶合金的析出相和显微组织,并综合分析了组织与性能的关系。结果表明:FGH98Ⅰ合金经1130℃亚固溶和1190℃过固溶处理后的析出相均为γ’、MC、M23C6和M3B2等,未发现TCP(拓扑密堆)相。FGH98Ⅰ合金亚固溶热处理后晶粒稍有长大,存在尺寸不同的初次、二次和三次γ′相;过固溶热处理合金的晶粒明显长大,存在单模分布的二次γ′相;前者由于晶粒较小使强度更高,后者因减小二次γ′相尺寸和消除初次γ′相,PPB(原始颗粒边界)和残余枝晶,提高了合金的高温塑性和持久性能,说明不同晶粒尺寸和γ′相特征是FGH98Ⅰ盘件获得双性能的关键因素。     

Ta含量对镍基粉末高温合金高温蠕变变形行为和性能的影响

采用FESEM、TEM等实验技术,系统研究了750℃、600 MPa条件下,不同Ta含量的镍基粉末高温合金的蠕变性能和蠕变过程中显微组织和变形行为特征以及合金层错能对蠕变行为的影响.结果表明,随着Ta含量的增加,合金层错能呈非线性关系降低.蠕变变形各阶段的变形行为和位错组态的变化与层错能密切相关.低Ta含量合金层错能相对较高,基体位错a/2<110>滑移被阻止在γ/γ'内界面处,不易发生位错分解,可直接进入γ'相中形成反相畴界(APB)或通过Orowan环弓弯模式绕过γ'相;当合金中Ta含量中等时,合金层错能降低,促进在γ/γ'内界面处基体位错发生分解,产生a/6<112>Shockley不全位错开始剪切γ'相,形成超点阵层错(超点阵内禀层错(SISF)或超点阵外禀层错(SESF))和扩展层错(ESF)进而转化形成形变孪晶,呈现层错和形变孪晶共同强化效应,提高蠕变性能;而高Ta含量合金层错能很低,有利于位错在不同{111}滑移面上同时形成尺寸较宽的扩展层错,并出现相互交结的交叉层错抑制形变孪晶的形成,加快蠕变形变裂纹发展.因此,合金中加入适量Ta能有效降低层错能,提高形成不全位错剪切γ'相能力和形成显微孪晶能力,增加蠕变抗力,有效改善合金蠕变性能.