高转速-高温下DZ125叶片组织演化的几何结构相关性

本文以高转速-高温耦合环境下服役337.72 h、408.12 h和661.38 h的DZ125涡轮空心叶片为研究对象，利用微观组织分析手段，研究了枝晶形貌、γ’强化相、碳化物和γ/γ’共晶组织的演化规律。结果表明：与恒温单轴应力不同，在高转速-高温耦合作用下，DZ125服役叶片枝晶干和枝晶间微观组织的不均匀性并未随时间的延长而减弱，反而更加明显。其中温度最高的前缘位置，γ’相大量溶解和粗化，导致服役叶片的微观组织演化表现出明显的几何结构相关性和区域的不均匀性。因此，仅用枝晶干γ’相的尺寸和体积分数很难全面描述叶片服役过程中的组织演变规律，有必要建立基于叶片几何结构的宏观形貌(如枝晶形貌)和微观形貌(如γ’相)相耦合的组织演变分析方法。     

基于蠕变损伤的定向凝固DZ125合金恢复热处理研究

以涡轮叶片用DZ125合金为研究对象,通过蠕变中断实验模拟涡轮叶片的服役损伤,并分别在1230,1240和1250℃进行恢复热处理,随后再次进行与恢复热处理前相同条件下的蠕变中断实验,对比研究了恢复热处理对DZ125合金蠕变退化组织与性能的影响.结果表明,DZ125合金在980℃,207 MPa条件下经蠕变中断实验与恢复热处理后,引发再结晶的临界应变量介于3.5%~10.0%之间.1230℃固溶热处理部分消除了合金在1.0%蠕变过程中形成的粗大g'相,导致其经2次时效处理后的基体组织中g'相大小不均匀,从而部分恢复其原有性能.固溶温度进一步提高至1240~1250℃,不仅消除了粗大g'相而且显著降低了残余共晶g'相含量,并在时效处理后获得均匀组织.因此,恢复热处理的效果得到显著提高,达到甚至超过原有性能.     

退火对激光熔覆CoCrFeNiB_(0.5)高熵合金涂层组织与电化学性能的影响

采用激光熔覆在45钢基体上制备了CoCrFeNiB_(0.5)高熵合金涂层,研究了不同退火温度(700、900、1100℃)对涂层组织及性能的影响。结果表明,涂层激光熔覆态相组成主要为fcc相+少量bcc相,显微组织主要为枝晶组织;退火后,相组成转变为fcc+bcc+M_xB的混合相结构;700℃退火后,枝晶略有粗化,更高温度退火使枝晶断开,枝晶组织逐渐消失;1100℃退火后出现明显的颗粒化、球化相组织;激光熔覆涂层显微硬度较高,最高达到603 HV;700、900℃退火后,由于第二相析出强化,涂层显微硬度略有提高,但1100℃退火后涂层显微硬度下降;CoCrFeNiB_(0.5)涂层具有较高的腐蚀电位与较低的腐蚀电流密度,耐腐蚀性能明显优于45钢;1100℃退火后,3.5%NaCl溶液中腐蚀电流密度比45钢基体低3个数量级,具有较好的耐腐蚀性能。     

DZ125基合金蠕变期间组织演化及元素的定向扩散

通过蠕变曲线测试和显微组织形貌观察,结合元素扩散迁移率热力学计算,研究了完全热处理后DZ125定向凝固镍基高温合金在980℃蠕变过程中γ′相的演化规律.结果表明:合金完全热处理后并没有消除组织不均匀性,粗大的γ′相位于枝晶间区域,细小γ′相位于枝晶干区域.在980℃/200 MPa蠕变期间,合金枝晶干区域的γ′相经22...     

Re和W对铸态镍基单晶高温合金再结晶的影响

对不同Re和W含量的铸态镍基单晶高温合金通过Brinell硬度计压痕变形,分别在1230~1330℃保温1 h,研究了难熔元素Re和W对合金再结晶行为的影响.结果表明,再结晶晶粒在压痕表面形成,并沿枝晶干向内扩展,晶界迁移受到枝晶间粗大g'相和g+g'共晶阻碍.添加Re和W提高了铸态单晶高温合金的g'相溶解温度和g+g'共晶含量,导致单晶高温合金的再结晶温度升高.热处理温度升高,各单晶高温合金的再结晶面积随着枝晶间g'相和共晶含量的减少而增大.相同热处理温度下,由于不同成分单晶高温合金枝晶间粗大g'相和g+g'共晶含量不同,不含难熔元素Re和W的单晶高温合金再结晶面积最大,含Re单晶高温合金的再结晶面积大于含W单晶高温合金,同时添加Re和W的单晶高温合金再结晶面积最小.     

铸型加热温度对DZ125合金组织和性能的影响

通过采用不同的铸型加热温度制备定向凝固DZ125合金,采用扫描电镜对合金的微观组织进行观察,研究了铸型加热温度对DZ125合金显微组织及力学性能的影响。研究结果表明:采用不同铸型加热温度制备出柱状晶合金,在与拉晶方向垂直的截面上,随着铸型加热温度的升高,枝晶形态由"蜈蚣"状转变为"蝴蝶"状,并最终转变为"十"字形。铸型加热温度对纵截面上的枝晶间距没有影响,随铸型加热温度升高,枝晶间共晶相数量及尺寸增大,合金中γ′相由蝶形向立方体形转变,γ′相尺寸有变小的趋势。三种铸型加热温度条件下,合金在980℃/235 MPa条件下的持久寿命相当,随加热温度升高,合金在稳态蠕变阶段的应变速率降低,断裂伸长率增大。     

熔体处理温度对DZ125合金组织性能的影响

通过采用不同的熔体处理温度制备定向凝固DZ125合金,采用扫描电镜对不同熔体处理温度下的微观组织进行观察,研究了熔体处理温度对DZ125合金显微组织及力学性能的影响。研究结果表明:DZ125合金进行不同熔体温度处理后,合金的枝晶间距相当,枝晶形貌相近,熔体处理对合金的枝晶间距影响不明显;熔体处理能够改变合金中γ′相的组织形貌,随熔体处理温度的提高合金中γ′相的组织细化;熔体处理对合金980℃,235 MPa条件下的持久蠕变性能影响不大,三种熔体处理合金的持久寿命及应变速率基本相同;随熔体处理温度的提高,合金室温断裂强度和屈服强度均提高,但对塑性的影响不大。     

DZ125高温合金定向凝固中的枝晶竞争生长及溶质分布模拟

采用元胞自动机法与有限差分(CA-FD)耦合计算,模拟了恒温度梯度定向凝固下DZ125高温合金枝晶竞争生长过程以及溶质分布.结果表明,模型能够动态演示DZ125高温合金微观组织演化的细节.在抽拉速度为10 μm/s时,糊状区枝晶干中心从枝晶底部到尖端存在1%/mm的溶质梯度,其界面前沿液相溶质浓度从44.16%衰减为合金原始溶质浓度38.68%;而在抽拉速度为100 μm/s时,糊状区枝晶干中心从枝晶底部到尖端溶质梯度很小,其界面处的液相溶质浓度为51.54%,比10 μm/s时的值大.在抽拉速度为100 μm/s时定向凝固枝晶间液相溶质浓度从底部到顶部逐渐减小,减小的幅度为20%/mm,其值与理论计算结果基本符合.     

试样截面尺寸变化对高温合金DZ125定向凝固组织的影响

采用截面变化的DZ125高温合金试样进行液态金属冷却定向凝固,抽拉速率为25μm／s、50μm／s、100μm／s和500μm／s,获得了截面变化前后的稳定组织以及截面变化区的组织演变。结果表明,当凝固顺序由大截面向小截面时。一次枝晶间距变窄,抽拉速为500μm／s,枝晶生长方向发生偏转。随着试样比表面积的增大,一次枝晶间距减小。由于截面的变化,组织的演化是一个渐变的过程,不同的冷却速率和凝固顺序都影响着组织的演化过程。     

DZ125高温合金熔体超温处理定向凝固组织的演化规律

在保持凝固界面温度梯度恒定的条件下,研究了DZ125高温合金熔体超温处理定向凝固组织的演化规律.实验结果表明,熔体超温处理对DZ125合金的定向凝固组织有着显著的影响.一次枝晶间距和二次枝晶间距均随着熔体超温处理温度的升高,呈现出先减小后增大的变化规律,并在超温处理温度为1 650℃处出现最小值.合适的熔体超温处理可以起到与提高凝固速率相同的作用,有效细化合金凝固组织,从而有利于降低合金元素偏析程度,减少甚至消除凝固缺陷,缩短热处理均匀化时间,提高合金的力学性能.     

熔体过热处理对AZ31镁合金凝固组织的影响

研究750、800、850、900和950℃不同熔体过热处理温度对AZ31镁合金凝固组织的影响规律.利用光学显微组织定量分析经不同温度过热处理所得AZ31镁合金的二次枝晶间距等组织特征差异;开发一种采用能谱分析结果计算Mg、Al和Zn等主要元素在一个枝晶单元内各个特征区域质量分数的方法,用以测评不同过热温度下凝固组织的成分均匀性.结果表明:当过热温度从750℃增加到900℃时,成分偏析减少,铸态组织中二次枝晶间距从13μm减小到9μm,多点随机显微硬度的平均值从36.5 HV增大到42.6 HV;AZ31镁合金较理想的熔体过热处理温度为900℃.     

淬火温度对铸造Fe-B-Al合金组织和硬度的影响

利用光学显微镜,扫描电镜,电子探针显微分析仪,X衍射分析和硬度测试等手段,研究了淬火温度对铸造Fe-B-Al合金显微组织及硬度的影响。结果表明,铸造Fe-B-Al合金的凝固组织主要由铁素体、珠光体和枝晶间连续分布的网状Fe2B组成。经过900~1100℃淬火后,共晶硼化物出现断网,随淬火温度提高断网现象愈加明显,在1100℃淬火时基体转变为马氏体,网状硼化物基本断裂,并成孤立分布;在900~1050℃淬火时,硬度在37~39 HRC波动但变化不大;在1100℃淬火时,硬度出现突变,达到54.1 HRC。     

DZ4、DZ22定向合金叶片的再结晶分析

对不同寿命的DZ4、DZ22合金叶片进行了解剖分析。结果表明,由于加工工艺的不同,叶片的不同部位再结晶厚度不同,再结晶晶粒沿枝晶轴的生长速率大于沿枝晶间的生长速率。枝晶间的再结晶组织为胞状结构,再结晶组织在叶片的使用过程中没有进一步长大,但存在晶界宽化现象,并有颗粒状碳化物析出。     

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）。     

热处理对激光沉积DZ125合金组织与摩擦磨损性能的影响

研究了不同热处理制度对激光沉积DZ125高温合金显微组织、硬度及摩擦磨损性能的影响规律。结果表明：沉积区枝晶形貌为外沿生长的柱状枝晶，平均一次枝晶间距约为10.8μm，经单级时效（870 ℃/20h，AC）和双级时效（1100 ℃/4h，AC to 870 ℃/20h，AC）热处理后，试样的枝晶形貌与沉积态差别不大，γ"相均发生粗化现象，且双级时效热处理后的γ"相粗化程度更高、尺寸分布更为均匀；双级时效热处理制度下，不同低温时效温度γ"相的平均尺寸和含量不同，其中 1100 ℃/4h，AC to 870 ℃/20h，AC制度下，γ"相的平均尺寸和含量最大；经单级时效和双级时效热处理后，碳化物中Ti元素含量均呈下降趋势；双级时效热处理后，析出两种形貌不规则的MC碳化物，分别为富含Cr、Co元素的M23C6型碳化物和富含W、Mo元素的M6C型碳化物；单级时效和双级时效热处理试样的磨损机理均为磨粒磨损，双级时效热处理试样的显微硬度及耐磨性能均优于单级时效。     

强磁场下热处理对定向凝固高温合金DZ417G析出相γ'的影响

在不同强度的强磁场下对定向凝固高温合金DZ417G试样进行固溶处理和时效处理,利用扫描电镜(SEM)和显微硬度计观察析出相γ'的微观结构并测定其显微硬度,探讨强磁场对析出相γ'的大小、形态、分布和硬度的影响,并从热力学原理探讨解释析出相γ'的变化。结果显示:12 T强磁场下固溶处理后,析出相γ'尺寸减小,枝晶干和枝晶间区域析出相γ'体积百分数分别增加达5.3%和5.6%,显微硬度分别增加9.4%和15.8%。12 T强磁场下时效处理后,析出相γ'尺寸减小,枝晶干和枝晶间区域析出相γ'体积百分数分别增加达3.9%和4.2%,显微硬度分别增加达6.2%和11%。     

DZ125高温合金涡轮叶片的性能恢复热处理

高温合金涡轮叶片长期服役存在组织老化和性能退化问题,通过热处理对长时服役叶片的微观组织进行调整,恢复其性能并使其具备再次装机使用的能力,有助于降低发动机大修成本。本文以某型号飞机发动机DZ125高温合金涡轮叶片为研究对象,分析热处理工艺对长时服役叶片性能恢复的影响,并进行了详细的组织观察,结果表明:高温合金叶片老化的主要原因是晶间析出碳化物,γ'强化相粗化变大,出现球化和筏化现象等。经过热处理后,长时服役叶片组织得到一定程度恢复,椭球形γ'相粒子已经全部成长为立方状,γ/γ'相共晶区域面积增大,碳化物重新融入晶体,微观组织形态与新叶片基本相同。     

抽拉速率对定向凝固高温合金DZ445微观组织和力学性能的影响

研究不同抽拉速率(4,5,7,9,10 mm/min)对定向凝固DZ445高温合金微观组织和力学性能的影响.结果表明:随着抽拉速率由4mm/min增加到10mm/min,一次枝晶臂间距λ<,1>和二次枝晶臂间距λ2逐渐减小,枝晶组织逐渐细化;枝晶干和枝晶间γ'相尺寸也逐渐减小,枝晶间γ'相的尺寸比枝晶干γ'相的大,这种差别随着凝固速率的增加而减小;合金元素的偏析随凝固速率的增大越来越严重;除抽拉速率为4 mm/min外,抽拉速率对DZ445合金室温拉伸性能影响不大;当抽拉速率太高或者太低时,合金650℃拉伸伸长率均明显降低;抽拉速率对合金的持久性能影响明显;当抽拉速率为7 mm/min时,合金的拉伸性能、持久性能和微观组织达到综合平衡,为最佳抽拉速率;DZ445定向柱晶合金比同成分K445等轴晶合金具有更好的室温和高温拉伸性能及持久性能.     

流动对DZ125合金定向凝固组织的影响

通过电磁感应加热和液态金属冷却相结合的实验方法,制备了不同流动强度下的DZ125高温合金定向凝固试样,并且引入泰勒数对流动强度进行定量表征,以研究不同流动强度对凝固组织的影响。结果表明：随着流动强度的增大,枝晶的定向性逐渐变差;随着泰勒数从900增大到38300,一次枝晶间距从124．6μm变化至103．2μm、84．0μm、76．9μm,呈指数衰减。     

定向凝固工艺对高温合金DZ417G变截面疏松形成的影响

研究了定向凝固工艺对高温合金DZ417G模拟叶片变截面疏松形成的影响。结果表明,模拟叶片靠近中心圆柱一侧变截面疏松含量比靠近炉壁一侧高1个数量级。在一定浇注温度范围内(1480~1580℃),随浇注温度的升高,靠近中心圆柱变截面位置疏松含量先升高后降低,在浇注温度为1550℃时疏松含量最高;而靠近炉壁侧变截面疏松含量随浇注温度升高略有降低。在一定抽拉速度范围内(1~10 mm/min),随着抽拉速度的升高,靠近中心圆柱变截面位置疏松含量逐渐升高,而靠近炉壁位置疏松含量逐渐降低。根据以上结果,针对模拟叶片变截面位置提出了浇注温度、抽拉速度和显微疏松含量的对应关系。此外,定向凝固工艺对变截面疏松形成的影响主要是由固液界面前沿的温度梯度变化造成的。