航空发动机用粉末高温合金及制备技术研究进展

为了实现航空用FGH96和IN718异质高温合金高可靠连接,为航空发动机关键部件安全评价及寿命预测提供基础数据及理论支持,采用扫描电子显微镜、金相显微镜研究了FGH96和IN718异质高温合金惯性摩擦焊接头显微组织形貌、高温拉伸试样断口形貌和断裂位置. 结果表明,焊接接头焊缝区FGH96和IN718均为等轴晶粒组织,晶粒尺寸约2 μm,焊缝区γ′和δ强化相基本全部溶解,热力影响区FGH96侧晶内γ′基本全部溶解,IN718侧δ强化相发生部分溶解,短棒状形貌消失,组织为粗细晶共存组织. 焊接接头650 ℃高温拉伸试样均断裂在焊缝区,但平均抗拉强度可达1 080.8 MPa,基本与IN718母材等强,高温拉伸试样起裂位置均处于试样边缘焊缝区,裂纹产生的原因主要是由于焊缝区γ′和δ强化相基本全部溶解,强化作用消失,性能降低. 裂纹产生后沿晶界由焊缝熔合线向试样内部扩展,当裂纹从试样边缘焊缝区四周同时向试样内部扩展时,在轴向拉力作用下形成“平台 + 凹坑”状断口特征,当裂纹从试样边缘焊缝区局部位置开始向试样内部扩展时,在轴向拉力作用下形成“平台 + 剪切”状断口特征.     

航空发动机用高温合金真空热处理技术

依据航空发动机高温合金零件高性能和高可靠性的要求,以及零件表面完整性和热处理温度高的特点,对真空热处理制度的确定、设备和工装的选择等方面进行了探讨和分析。 并从真空热处理作为特种工艺的角度,介绍了在国际航空工业中依据AS9100航空质量管理体系要求和NADCAP特种工艺过程认证要求采用的工艺过程质量控制方法,以及高温测量、工艺测试和监控的具体要求。     

镍基粉末高温合金粉末直接锻造技术

镍基粉末高温合金的完全致密化可以通过适当地处理实现,而细化微观组织可以通过再结晶形核实现.本文使用普通液压机且在大气环境下通过粉末直接锻造制备完全致密化的镍基粉末高温合金零件.通过边界取向差测定及分析镍基粉末高温合金零件的再结晶程度.通过Deform-2D/3D有限元软件对粉末直接锻造过程中的实际负载状态进行了模拟验证...     

3D打印用高品质Ti4822合金铸锭制备技术的分析研究

钛铝合金作为新一代航空航天领域中最具应用潜力的结构材料,具有广阔的应用前景.主要分析研究金属3D打印用粉料Ti4822钛合金铸锭制备技术,为Ti4822钛合金在金属3D打印产业化应用方面提供技术参考,具有一定的应用性.     

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。     

变形高温合金盘材及其制备技术研究进展

近年来一系列新型的高性能变形高温合金盘材在航空发动机和燃气轮机上获得了重要应用,这些盘材合金在追求高承温能力的同时更加注重服役性能、工艺性能与全寿命成本之间的平衡。国内在三联熔铸直径508 mm自耗锭、多重循环热机械处理制备直径300 mm以上细晶棒材、盘件热模锻成型与组织性能控制等关键制备技术取得突破的基础上,成功研制了GH4065、GH4720、GH4175与GH4975等一系列高性能盘材合金及全尺寸锻件,为先进军用涡扇发动机、大涵道比商用发动机提供了高可靠性、低成本的盘件选材方案。为充分发扬变形盘材在可靠性与成本方面的特有优势,需要在高性能盘材的合金设计与成分优化、自耗锭冶金缺陷的预防与识别、自由锻开坯的效率与成材率提升、双组织双性能盘件制备等方面进一步开展深入的研究工作。     

航空发动机用单晶高温合金成分设计研究进展

为适应航空发动机越来越高的燃气工作温度,镍基单晶高温合金的成分在近半个世纪的发展中持续优化,以不断提高合金的综合高温性能.铼(Re)元素的加入发挥了关键的高温强化作用,然而Re的高度稀散和高昂价格急剧增加了合金的应用风险和制造成本,不利于合金的应用发展.本文以镍基单晶高温合金微观组织设计为基础,首先总结了国内外历代单晶...     

超瞬态凝固增材制造梯度整体涡轮叶盘用高温合金粉末特性研究Ⅱ：叶片用合金粉末

本文针对超瞬态凝固增材制造梯度整体涡轮叶盘高温合金叶片用合金粉末特性开展研究。根据合金的承温能力和JMatPro相平衡计算结果,选用DZ4125作为叶片材料,K418作为叶盘轮缘部位材料。采用真空感应熔炼氩气雾化制粉(VIGA)制备DZ4125高温合金粉末,筛分至53-105μm粒度范围,采用采用差示扫描量热分析（DSC）、场发射扫描电镜（FESEM）和能谱（EDS）、激光粒度仪、动态图像粒度粒形分析仪以及综合粉体性能测试仪对DZ4125高温合金粉末的相变温度、显微组织、析出相成分、元素偏析行为、粒度、粒形、松装密度、振实密度和流动性进行系统表征。结果表明：DZ4125比K418合金的固液凝固温度范围宽,过渡区DZ4125+K418混合成分合金其液相线温度和MC碳化物开始析出温度介于两种合金之间,γ′开始析出温度与两种合金相当。DZ4125合金粉末形貌主要为球形和近球形,表面和截面显微组织主要呈树枝晶结构。所含元素中偏析倾向较强的元素有Hf、Ta、Ti、Mo和W,而偏析倾向弱的元素包括Ni、Co、Cr和Al。粉末内部枝晶间区分布有细小的MC碳化物,尺寸约为200nm。激光衍射和动态图像分析法测得的DZ4125粉末粒度值接近,中位径D50分别为70.2μm和72.8μm。动态图像法测得DZ4125合金粉末具有较好的球形度,SPHT和b/l均值分别为0.91和0.86。所选DZ4125高温合金粉末具有较好的松装密度、振实密度和流动性,其松装和振实密度分别达到合金理论密度的52%和63%,压缩度为17.7%,且粉末具有较好的流动性（20.79 s?(50 g)-1）。     

航空发动机机匣—叶尖封严涂层结构设计及制备研究进展

可磨耗封严涂层的结构特性对涂层工作性能和服役寿命有重要影响,但缺乏这方面的系统介绍。封严涂层主要用于航空发动机机匣—叶尖之间的间隙控制,提升机匣与叶尖之间的气密性,并作为牺牲涂层来保护叶片叶尖,防止在叶尖与机匣碰摩过程中发生“硬碰硬”的碰撞。综述了多层多孔结构、蜂窝-涂层复合结构和纳米结构三种结构形式的封严涂层及其相应制备技术。发现多层多孔结构目前仍然是封严涂层的主要应用结构,这种结构主要通过在喷涂过程中调控涂层孔隙,达到涂层可磨耗性、结构强度、抗氧化和耐腐蚀等多种性能的平衡。结合蜂窝结构封严与可磨耗封严涂层各自的优点,设计和制备出蜂窝—涂层复合结构封严,这种结构能够提升封严的结构强度和抗氧化性。随着纳米技术的发展,设计和制备出纳米结构封严涂层,相比传统可磨耗封严涂层,纳米结构封严涂层表现出更好的综合性能。最后,提出纳米结构、仿生结构可能成为未来航空发动机可磨耗封严涂层结构设计的发展趋势,而3D打印技术的日趋成熟将能够制备出更加多样化的涂层结构。研究结果对可磨耗封严涂层的结构设计、制备和实际应用具有参考意义。     

粉末高温合金盘件超声波底损监控问题探讨

为了研究粉末高温合金盘件,在水浸超声波检测过程中监控一次底波或多次底波对缺陷处底损检测结果的影响,选择带有平底孔的粉末高温合金对比试块进行试验研究,并对监控一次底波或多次底波得到的 C扫描检测结果进行了对比。试验表明：监控一次底波或多次底波均能有效检测出材料中底损异常的区域,采用一次底波和多次底波监控底损的方法得到缺陷处底波损失最大值相同,但通过二次或多次底波监控底损放大了缺陷区域面积,因此,采用二次或多次底波监控底损的方法不容易发生漏检。当粉末高温合金盘件被检部位厚度较薄时,可通过二次底波监控底损。     

超瞬态凝固增材制造梯度整体涡轮叶盘用高温合金粉末特性研究I：盘体用合金粉末

本文针对超瞬态凝固增材制造梯度整体涡轮叶盘用高温合金粉末特性开展研究。根据合金的承温能力和JMatPro相平衡计算结果,分别选用GH4169和K418作为盘体心部和轮盘边缘部位材料,DZ4125作为叶片材料。采用真空感应熔炼氩气雾化制粉(VIGA)制备高温合金粉末,筛分至53-105μm粒度范围,采用差示扫描量热分析（DSC）、场发射扫描电镜（FESEM）、电子探针（EPMA）、激光粒度仪、动态图像粒度粒形分析仪以及综合粉体性能测试仪对高温合金粉末的相变温度、显微组织、元素偏析行为、粒度、粒形、松装密度、振实密度和流动性进行了系统表征。结果表明：K418合金固液温度范围比G4169合金窄,K418合金的γ′和MC碳化物的开始析出温度均比GH4169高,过渡区(GH4169+K418)混合成分合金主要强化相的析出温度介于GH4169和K418两种合金之间。GH4169和K418合金粉末形貌主要为球形和近球形。表面和截面显微组织主要呈树枝晶结构,所含元素中偏析倾向较强的元素有Ti、Nb、Zr和Mo,均富集分布于枝晶间,而偏析倾向弱的元素包括Ni、Cr、Fe和Al,高温合金粉末元素偏析类型与铸造镍基高温合金相近,但粉末组织更为细小均匀。激光衍射和动态图像分析法测得的粉末粒度值接近,GH4169的D50分别为79.1μm和76.2μm,K418的D50分别为67.8μm和65.6μm。动态图像法测得2种合金均具有较好的球形度,GH4169和K418的SPHT均值分别为0.91和0.90。所选GH4169和K418高温合金粉末具有相近的松装密度、振实密度和流动性,其松装和振实密度分别达到合金理论密度的50%和60%,压缩度在13.3~15.5%范围,粉末具有较好的流动性（18.5~20.4 s?(50 g)-1）。     

Nb-Si基高温合金定向凝固制备技术的研究进展

Nb-Si基高温合金是一种具有高熔点、较低的密度以及良好的高温蠕变强度的高温结构材料,定向凝固技术可以有效改善该合金的综合力学性能。针对Nb-Si基高温合金的定向凝固技术主要有晶体提拉法、区域熔化法、整体定向凝固法等,本文综述了近年来国内外Nb-Si基高温合金的定向凝固制备技术的研究进展,并对定向凝固技术的未来发展进行了展望。     

激光增材制造技术制备高熵合金的研究进展

目前基于焓变的传统合金化材料设计理念趋于极限,而基于熵变设计的新型金属材料,中高熵合金设计自由度大弥补了亚稳态材料室温脆性以及亚稳晶化的不足且在性能上不断取得突破。激光增材制造技术具有了不同于传统加工设计和制造理念,为推动先进合金材料的发展提供了新的可能,已经成为链接材料与产品的关键技术。本文基于不同维度的激光增材制造技术,从2D、3D和4D三种维度分别介绍了激光熔覆技术制备高熵合金涂层、3D打印技术制备高熵合金和4D打印技术制备高熵高温形状记忆合金的研究现状,并结合目前研究中所面临的关键技术问题及解决方案进行了讨论,最后对激光增材制造技术制备先进合金材料进行了总结和展望。     

高铼Ni3Al基高温合金的显微组织

用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射技术和定量金相技术研究Ni-10Co-7．1W-1．7Mo-0．5Nb-6．9Ta-7．9Re-6．9Al-0．008CNi3Al基高温合金的显微组织。实验表明：该合金由y，y’，y＋y’共晶和Re3W相组成；Re是强负偏析元素，过量Re促使Re3W相的形成：合金中次生y’、共晶y’的固溶温度分别为1330和360℃。采用1290℃，2 h＋1330℃，6h＋1360℃，6h多级固溶处理实现y’完全固溶并避免初溶，但该处理不能消除Re3w相，也不能实现Re的完全均匀化，适当降低Al，Ta和Re含量可以消除Re3W相。