一种镍基定向高温合金电弧增材接头的组织性能研究

采用TIG电弧增材方法,对定向凝固高温合金进行焊接修复,并进行微观组织形貌分析及拉伸力学性能测试.结果表明,增材区内部呈典型的细枝晶生长形态;电弧增材焊缝内的显微硬度略低于母材区,原因是焊接合金中Al、Ti等沉淀强化元素含量较低;接头样品的平均屈服强度与抗拉强度均达到母材的98％,断后伸长率为母材的59％;试样断裂在增...     

单晶DD3与细晶DAIn718高温合金摩擦焊接性分析

整体叶盘是发展高推重比航空发动机的关键技术，整体涡轮叶盘的叶片和轮盘分别由单晶高温合金和细晶(或粉末)高温合金制造。文中分析了单晶DD3与细晶DAIn718高温合金摩擦焊接头组织，测试了室温及高温下接头的强度与持久性能。结果表明，摩擦焊接工艺对单晶高温合金的“定向”及“单晶”特征，以及细晶高温合金的“细晶”特征均无明显改变；异种材料摩擦焊接头的力学性能可以达到母材性能。摩擦焊接是连接单晶材料与细晶材料的有效方法。     

镍基单晶高温合金亚结构细化和偏析研究

利用高梯度定向凝固技术（ＨＧＤＳ）对镍基单晶高温合金亚结构枝晶组织的超细化和显微偏析进行了研究。结果表明,在高的凝固界面温度梯度下,得到具有超细枝晶组织的材料,枝晶偏析的程度和尺度都减小,对均匀化处理和提高材料的性能都有利。     

镍基高温合金磨削加工技术研究现状

镍基高温合金广泛应用于航空发动机、化工、船舶等领域,是一种典型的难加工材料。为了满足航空发动机特殊工况要求,进一步提高其表面加工质量和加工效率,研究人员开展了诸多理论研究和工艺探索。在概述镍基单晶高温合金和镍基多晶高温合金的发展及其材料特性的基础上,总结了国内外学者在镍基高温合金磨削去除机理、表面完整性、工艺特性等方面的主要研究成果,并对其发展趋势进行了展望。     

镍基高温合金定向粗化行为的有限元分析

镍基高温合金广泛应用于燃气轮机的叶片、涡轮盘和燃烧室等高温部件．针对镍基单晶高温合金的服役条件和结构特点,采用有限元方法建立数学模型,有限元分析时用热膨胀系数代替正负错配的选择,用柔度矩阵的计算表达单元各向异性,并计算静水压力（hydrostatic pressure）及等效应力（von Mises stress）分布,研究负错配的情况下镍基高温合金在[111]取向上受载时γ’颗粒的定向粗化行为,结果表明γ’颗粒的粗化方向及形态依赖于应力轴取向．     

异种钢焊接接头高温力学性能的研究

为提高电站锅炉过热器铁素体－奥氏体异种钢焊接接头的高温蠕变断裂强度和延长服役寿命，设计了用专用镍基填充材料焊接的不锈钢－镍基焊缝－耐热钢三元组合接头，通过对不同焊缝接头的高温持久性能试验及用ＳＥＭ和ＥＰＭＡ对焊缝界面组织变化的对比分析，认为在高温低应力条件下接头早期失效的主要原因是熔合区及热影响区碳，铬等元素迁移和碳化物聚集所引起的蠕变断裂，组合接头的设计方案对改善接头应力分布，阻碍碳扩散和提高接     

DD99单晶高温合金的高温组织演化研究

为了研究DD99镍基单晶高温合金的高温组织变化规律,通过高温热处理炉对DD99单晶高温合金进行了不同加热温度和保温时间的试验.采用场发射扫描电镜和显微硬度计分别对不同热处理状态的试样进行组织观察和显微硬度的测试.结果表明:随着温度的升高,保温时间的延长,DD99中的γ′相会发生回熔、连接及合并,尺寸不断增加,然后在γ基体通道中形成二次的颗粒状γ′相,该二次相会随温度的升高逐渐长大.二次γ′相的长大程度和Al、Nb等元素的扩散密切相关.性能试验也表明DD99单晶高温合金在保温100h后的试样随加热温度升高存在着明显的变化趋势,即硬度先降低后升高.     

碳、铌对Inconel 718合金熔敷层组织与性能的影响

为了提高Inconel 718合金焊接接头的塑、韧性，开发了具有良好力学性能和热加工性能的镍基高温合金焊接材料.通过适当调整Inconel 718高温合金中的碳、铌含量，并在一定工艺参数下进行熔敷，然后再进行扩散退火和固溶、时效处理；研究了C、Nb含量变化对Inconel 718高温合金熔敷层的组织和性能的影响.实验结果表明：焊后熔敷层的组织主要由γ固溶体构成，枝晶间出现白色的Laves相；经扩散退火处理后，Laves相发生溶解；在相同的处理条件下，熔敷层的屈服强度和硬度对碳、铌成分的变化比较敏感.     

[110]方向作用下单晶镍基高温合金γ′相定向筏化的有限元分析

采用三维各向异性有限单元法分析了外载荷沿[110]方向作用时,镍基高温合金单晶的von Mises应力分布特征.von Mises应力的不对称性可以用来预测正错配或副错配合金的筏化形貌.同时运用原子扩散的原理详细地讨论了定向筏化原因.     

工艺参数对镍基单晶高温合金DD98瞬态液相连接组织的影响

利用Ni-Cr-Co-W-B合金作为中间层合金对DD98镍基单晶高温合金进行瞬态液相连接,利用光学显微镜和扫描电镜对不同连接温度和时间下的接头组织进行观察分析,结果表明,连接区域由连接区,扩散区和基体区组成,随着连接温度的提高或保温时间的延长,连接区上的残余液相宽度逐渐变窄.     

等离子堆焊原位合成WC增强Ni基合金改性层

为了进一步提高Ni基合金的耐磨性能,采用等离子堆焊技术在304L奥氏体不锈钢表面原位合成WC增强Ni基合金改性层.利用光学显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计及销-盘磨损试验机等设备对改性层的显微组织、成分、显微硬度及摩擦磨损性能进行研究.结果表明:当Ni基合金改性层中直接加入WC颗粒时,WC颗粒出现"沉底"现象,改性层组织不均匀,而通过原位反应合成的WC相呈块状弥散分布于整个改性层,加入适量的氧化钇后,改性层组织变得细小致密,WC增强相的形态、尺寸和分布等均发生了变化,改性层硬度显著提高,耐磨性提高了2倍以上.     

晶粒大小对AZ31镁合金绝热剪切敏感性的影响

为了研究晶粒尺寸对镁合金绝热剪切敏感性的影响,采用等通道转角挤压(ECAP)技术对AZ31镁合金进行了不同程度的晶粒细化并采用分离式Hopkinson压杆对细化后的AZ31镁合金试样进行了动态剪切试验.采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和维氏硬度计,分别对冲击压缩后的AZ31镁合金试样进行了组织观察和硬度测试.结果表明,晶粒越小,AZ31镁合金的绝热剪切敏感性越弱.在对绝热剪切带及其周围组织进行维氏硬度测量时发现,剪切带内细小晶粒区的硬度明显高于其周围组织的硬度.     

基材表面粗糙度对镀铬层膜基结合性能的影响

为了提高紧固件的摩擦磨损性能,采用直流电镀工艺,在1Cr13钢表面制备了单层标准镀铬层,研究了基材1Cr13钢表面粗糙度对其表面镀铬层的组织结构与膜基结合强度的影响.利用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计与多功能材料表面性能测试仪对镀铬层的微观组织、相结构、显微硬度及膜基结合强度进行了分析.结果表明,随着基材表面粗糙度的降低,镀铬层表面更加致密、均匀,微裂纹数量明显减少,镀铬层的显微硬度增加,临界载荷达到了38.7 N,膜基结合强度得到明显提高.     

真空热处理对热障涂层组织形貌及元素扩散的影响

为了研究真空热处理对CoNiCrAlY涂层组织形貌及元素扩散的影响,采用超音速火焰喷涂(HVOF)设备在镍基高温合金基体上制备了CoNiCrAlY涂层.对部分样品进行真空热处理,利用大气等离子喷涂8YSZ陶瓷层.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分散谱仪(EDS)等分析了热障涂层的相组成、微观组织、元素扩散与热震性能,研究了真空热处理对热障涂层的影响.结果表明,真空热处理后,CoNiCrAlY涂层颗粒间界面消失且涂层发生均质化;涂层与基体界面处元素发生扩散;热障涂层的抗热震性能提高.     

Co对K4169合金凝固组织及元素偏析的影响

为研究Co对K4169合金凝固过程的影响,利用手工电弧炉熔炼制备了Co质量分数为0.5%～0.8%的合金,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和电子探针(EPMA)对合金的凝固组织及元素偏析进行了研究.SEM观察结果表明,Co能强烈促进Laves相的形成,缩小合金枝晶间偏析区;随着Co质量分数从0.5%增加到0.8%,Laves相由小块状变为筛网状且数量明显增多.经SEM+EDS能谱和EPMA面扫描分析表明,Co能降低Nb在基体中的质量浓度,同时也能降低Fe和Cr在Laves相中的质量浓度而提高Nb、Mo、Ti在Laves相中的质量浓度,因而促进Laves相的析出.分析认为,过多增加Co质量分数对改善合金凝固组织的作用不大.     

低膨胀IN909合金650℃的氧化行为

IN909低膨胀高温合金具有较低的热膨胀系数和高的综合力学性能,但由于合金不含Cr,其抗氧化性能较差,因此,在高温使用时需采用氧化涂层.为进一步提高合金的抗氧化性能,采用扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDX）方法,研究了低膨胀IN909合金在650℃的氧化行为,结果显示IN909合金的氧化质量增加分段遵循抛物线规律,氧化由晶界开始,形成Nb、Ti、Si等元素的晶界氧化物;Fe置换氧化物中的Nb、Ti、Si,形成外层Fe的氧化物.氧化过程中,Fe由基体向合金表面扩散,Nb和Ti由氧化过渡层向基体扩散.Nb和Ti在基体前沿的富集形成ε相大量析出的薄层,可有效地阻碍Fe元素的进一步扩散,降低氧化速率.     

FGH95镍基合金的相组成及γ′相的粒度分布

为了研究FGH95合金的相组成及γ′相的粒度分布,采用电解萃取方法提取热处理态FGH95合金中的γ′相,测定γ′相的相组成结构式;通过XRD曲线测定γ′、γ相的晶格常数及错配度,对萃取的合金中γ′相粉末进行小角度衍射,测定出γ′相的粒度分布.结果表明,经1140℃固溶和时效处理后,合金的组织结构由γ′相（质量分数约为47.8%）、γ相（质量分数约为51.2%）、（Nb,Ti）C、（Nb,W）B₂、Nb₃B₂和Cr₂₃C₆等碳、硼化物（质量分数约为1%）组成,γ′相的结构组成式为（Ni_0.896Co _0.055Cr _0.017Fe _0.031）₃（Ti _0.224Nb _0.134Al_0.473Mo _0.038W _0.066Cr _0.064）,其中,在36~60nm和60~96nm尺寸范围内的γ′相粒子质量分数分别为306%和291%,且细小γ′相在晶内弥散分布,而粗大γ′相分布于较宽的颗粒边界区域,并进一步测算出合金中γ′、γ两相的晶格常数分别为0.35986nm和0.35912nm,晶格错配度为0.2058%.     

镁基非晶合金复合材料的长周期结构形成规律

为了提高Mg基非晶合金的塑性,在非晶基体中引入长周期(Long Period Order,LPO)结构晶态相,研究了Y/Zn含量对LPO结构形成的影响.采用铜模铸造制备了Mg77Ni12Zn9-xY2+x(x=0,2,4,6)非晶合金复合材料.采用扫描电镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、x-射线衍射仪(XRD)、能谱分析(EDX)等实验方法,对复合材料的组织、相组成和成分进行了研究.实验结果表明:形成具有14H类型LPO结构的最小Y/Zn值为0.57;形成均匀分布LPO相的Y/Zn比值为1.2,其中Y和Zn原子固溶在LPO结构中的比例略大于1.与Cu元素相比,Ni元素的存在使LPO结构类型由6H变为14H.通过各组成相在凝固过程中形核与长大过程,阐述了临界合金成分中LPO结构的形成过程及其热动力学机制.     

枪速对热障涂层组织性能及残余应力的影响

为了研究等离子喷涂制备热障涂层(TBCs)时不同枪速对陶瓷面层组织性能和残余应力的影响,在GH4169高温合金基体上采用超音速火焰喷涂(HVOF)Ni Co Cr Al Y粘结层(BC层)和大气等离子喷涂(APS)8YSZ陶瓷层(TC层).通过对比不同参数样品的微观组织以及显微硬度、残余应力和热震性能差异,研究了枪速对热障涂层的影响.结果表明:枪速过低或过高时,涂层表面残余应力较大,热震性能较低;随着枪速的增大,涂层表面粗糙度逐渐增大,而孔隙率和显微硬度逐渐减小;枪速过低时,涂层出现纵向裂纹,热震失效方式为整体剥落;而枪速较大时,涂层从边缘向中心不断剥落,涂层表面出现白点.     

12Cr1MoV/304不锈钢焊接接头高温时效碳迁移现象

针对高温环境下异种钢焊接接头在服役过程中出现碳迁移,进而导致脱碳层在服役中失效的问题,采用电弧堆焊方法研究了12Cr1Mo V低合金耐热钢和304不锈钢焊接接头在不同时效时间下的碳迁移问题.研究表明,经高温时效后,焊态区域的组织并未受到影响;在过热粗晶区形成的碳过饱和的上贝氏体和粒状贝氏体组织则发生退化,转变成回火索氏体组织.形成的脱碳层组织以铁素体为主,里面夹杂少量的颗粒状渗碳体,特别是在增碳层出现大量的碳化物,形成类似于马氏体的复杂的不规则组织.经菲克定律推导出的扩散方程计算后,证明碳扩散的理论曲线与实际曲线较为接近,可用于研究碳扩散的迁移机制.