碳钢表面激光熔敷Ni基Cr3C2／（Ni＋Cr）复合涂层的研究

使用2kw连续波CO2激光器在45^#钢表面进行激光熔敷Ni合金中添加50wt%Ni Cr包敷的Cr3C2复合粉的复合少层，并对激光熔敷层的晶体生长形态、物相和硬度进行了分析。结果表明：熔敷层由下至上可分为平面前沿生长区，胸状晶区及枝晶：熔敷区的近表层由高度细小的奥氏体枝晶和C7C3、Cr3C2等物组成，熔敷层的硬度平均高达HV0.2950-1200。添加Cr3C2粒子的激光熔敷层的显微硬度比镍基合金的显微硬度平均提高了HV0.2300。     

17-4PH汽轮机叶片激光固溶强化抗汽蚀性能研究

为了提高汽轮机叶片的抗汽蚀性能,采用激光固溶+时效的表面强化工艺对17-4PH沉淀硬化不锈钢进行表面处理。在3.5%NaCl溶液中进行超声波汽蚀试验,评估材料的抗汽蚀性能,揭示汽蚀失效机理。利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、VHX-5000超景深三维显微镜等手段分析汽蚀前后表面形貌和组织演变机理,利用显微硬度仪检测材料的硬度。结果表明:通过激光固溶强化可获得约2mm厚的强化层;激光固溶强化后的17-4PH表面硬度显著提高,强化层的最高硬度为491HV0.2,较基体高出116HV0.2;由于弥散强化相ε-Cu的析出,汽蚀试验40h后17-4PH激光固溶强化试样的累积失重量为基体的60%,表面粗糙度为基体的47%。     

激光固溶17-4PH的机理与性能研究

采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪和能量色散谱仪(EDS)分别对经激光固溶处理后的17-4PH材料强化层的显微组织、显微硬度及元素含量进行了分析.结果表明:激光固溶时效后,17-4PH材料的表层平均显微硬度比基体提高了约40%,接近420 HV0.2;表层存在高密度的位错马氏体组织,且马氏体组织中含有Cr、Ni及Cu等合金元素;激光固溶层的耐磨损性能及抗气蚀性能都有一定程度的提高.根据阿伦尼乌斯定律以及菲克第二定律分析了激光固溶的机理,证明:Cu在激光作用下可以在短时间内完全溶入奥氏体,完成固溶过程.     

叶片激光三维熔覆与钎焊合金片工艺质量的比较研究

为克服钎焊合金片与基体结合不牢固的缺点,采用半导体激光器在汽轮机叶片进汽边熔覆专用钴基合金.对比了激光熔覆和钎焊合金片叶片的断面组织结构、显微硬度分布以及激光熔覆层和钎焊Stellite合金片与基体之间的结合强度.结果表明:激光熔覆层与基体呈冶金结合,在拉伸试验中结合区没有断开,其平均抗拉强度达699 MPa,熔覆层组织均匀无缺陷,从熔覆层到基体硬度呈阶梯式分布;而钎焊试样钎焊层有气孔,厚薄不均匀,从合金片到基体硬度差异较大,拉伸试样最小抗拉强度仅为206MPa;激光熔覆层与叶片基体的结合强度至少为钎焊Stellite合金片工艺的3倍以上.     

汽轮机叶片钢高能微弧沉积316L不锈钢涂层的试验研究

利用高能微弧沉积方法在汽轮机叶片材料2Crl3钢上制备316L涂层,对基体材料和沉积层结合界面的显微组织、成分、硬度和耐腐蚀性能进行了研究.结果表明:沉积层和基材界面处发生了Cr、Fe、Ni、Mo元素扩散,且各元素的浓度呈梯度变化,沉积层和基体材料的结合为冶金结合,结合界面致密;从基体到沉积层的硬度值逐渐过渡,提高了沉积层与基体的结合强度;沉积涂层耐腐蚀性能明显优于基材.研宄成果为汽轮机叶片微缺陷的修复以及表面强化提供了理论依据.     

汽轮机叶片高能微弧沉积Cr-Ni合金的界面区域成分及硬度研究

利用高能微弧沉积技术在汽轮机叶片材料2Cr13钢上沉积1Cr19Ni9不锈钢,对基体材料和沉积层的结合界面的显微组织、成分和硬度进行了分析研究.结果表明,沉积层和基材之间发生了Cr、Mn、Fe、Ni元素扩散,且各元素的浓度呈梯度变化,沉积层和基体材料的结合为冶金结合,结合界面致密.从基体到沉积层的硬度值逐渐过渡,提高了沉积层与基体的结合强度.本研究成果为汽轮机叶片裂纹和微缺陷的修复以及表面强化提供了理论依据.     

叶片表面司太立合金复层的激光处理

本文简要介绍激光热源处理材料表面的新技术,同时还介绍了在叶片材料上等离子喷镀司太立~#6合金粉末后的激光快速熔凝的实验情况,结果表明:选择合适的工艺参数,可以使结晶组织细化,获得典型的精细枝晶等结构,包复层成份被基体稀释的程度取决于激光功率密度,其硬度也相应爱到影响。     

激光扫描速度对Ni/Cr3C2复合涂层的影响

研究了在不同的激光扫描速度下对45#钢表面进行Ni/Cr3C2激光熔覆处理,并对合金层组织、显微硬度和物相进行了分析.结果表明:激光扫描速度对Ni/Cr3C2合金层的组织和显微硬度有很大的影响.     

汽轮机末级叶片激光熔覆的研究

以Nb、Ti、Si合金粉末(at%61:21:18)为原料,在汽轮机末级叶片材料Ti-6Al-4V(TC4)合金表面进行激光熔覆,应用OM、XRD、SEM、EDS和EMPA等方法分析了涂层的显微组织,测试了涂层的显微硬度。结果表明:激光熔覆涂层的组织是在共晶连续固溶体(Nb,Ti)ss弥散分布着Nb3Si和Ti5Si3颗粒,涂层的显微硬度在HV960-1000之间,比基体合金提高了近3倍。     

激光扫描速率对Ni／Cr3C2复合涂的影响

研究了在不同的激光扫描速度下对45^#钢表面进行Ni/Cr3C2激光熔覆,工对合金组织,显微硬度和物相进行了分析,结果表明,激光扫描度对Ni/Cr3C2合金层的组织和显微硬度有很大的影响。     

发动机曲轴的激光冲击复合处理工艺研究

介绍了激光冲击强化和修复曲轴的新方法,并与其它曲轴处理方法进行了比较。实践表明选择合适的工艺参数,可在零件表面得到搭接均匀,表面硬度大于600 HV和厚度达到1．0 mm的硬化层,冲击区表层残余应力达到-495 MPa,而绝对磨损体积下降了133％以上。对磨损曲轴,可以先采用激光熔覆处理,然后对修补区进行激光冲击处理。激光冲击强化复合处理具有表面硬度高、零件变形小和不影响曲轴轴心部性能等优点,可以使性能超过无损伤曲轴,能实现曲轴的再循环利用,大幅度降低了生产成本。     

汽轮机叶片的激光合金化与激光淬火

对调质态2Cr13低碳马氏体不锈钢汽轮机叶片,采用7 kW的CO2横流激光器分别进行激光合金化和激光淬火,考察其显微组织和力学性能.结果显示:激光处理后,在表面硬度方面,激光淬火提高了110%倍左右,激光合金化提高了180%左右;在残余应力分布上,激光淬火增加了表面的残余压应力,激光合金化将使残余压应力转变为残余拉应力.在综合性能上,激光合金化具有更高的优势,在叶片强化上具有更好的发展前景.     

粉末冶金排气门座材料的研究

研究了高合金粉末冶金钢的组织及合金元素含量对材料耐磨性的影响。开发了一种成分为 Fe-14 Cu- 6 Mo- 2 Cr- 0 .9W- 3Co- 1.5 C的高碳、高钼粉末冶金排气门座材料。试验结果表明 ,在常规的烧结温度下 ,这种采用元素粉混制的排气门座材料 ,只要经过熔渗铜处理 ,即可获得致密化程度较高、各合金元素分布较为均匀的组织 ,该组织为贝氏体与分散碳化物相的混合物 ;这种排气门座材料具有硬度高、耐磨等良好性能     

便携式三坐标测量机在叶片修复中的应用

针对水泵及水轮机叶片气蚀、磨损等造成的缺陷无法精确修复问题,采用具有先进三维扫描测量技术的便携式三坐标测量机（CMM）系统,采集叶片的原始点云数据,利用逆向工程软件Geomagic和CAD重现叶片的原始叶型,并对存在缺陷的叶片进行三维扫描测量,并与原始叶型数据进行三维比对。试验结果表明,CMM系统可提高叶片的修复精度。     

两条转子钢疲劳曲线的比较分析研究

对汽轮机寿命管理中常用的两条转子钢疲劳特性曲线,即原苏联的Ｐ２Ｍ曲线和西安热工研究所的３０Ｃｒ２ＭｏＶ钢曲线进行了比较及研究,在考虑转子长期服役后材料性能蜕化的基础上,对这两条曲线进行了硬度修正,比较分析结果表明,两条曲线基本一致。这一发现对汽轮机转子的疲劳设计和寿命管理将会产生重大影响。     

Oxide modification by chi phase formed on oxide/metal interface of Fe-22Cr-0.5Mn ferritic stainless steel for SOFC interconnect

The effect of tungsten addition to Fe-22Cr-0.5Mn ferritic stainless steel on the oxidation, electric property and Cr evaporation is investigated for application to the solid oxide fuel cell interconnects. The mass gain, area specific resistance and Cr evaporation rate are evaluated to examine the feasibility of these alloys for an interconnect material. Addition of 4-6 wt.% W reduces the oxidation rate, evaporation rate of Cr vapor species and area specific resistance of Fe-22Cr-0.5Mn steel. When more than 4 wt.% W is added, chi (χ) phase particles are formed, especially beneath the interface between the oxide layer and substrate steel. These second phase particles are responsible for suppressing the fast diffusion of Cr, so that the surface Cr content is reduced while Mn content is increased. This reduction in Cr content at the surface is responsible for the lower Cr evaporation rate and area specific resistance.     

双层涡轮叶片应力计算与分析

为了对可倒车燃气轮机中双层涡轮叶片应力进行分析,以双层涡轮叶片为研究对象进行反转状态下叶片的换热分析,并基于ANSYS Workbench软件在正车额定工况及倒车额定工况下完成了双层涡轮叶片的应力计算。结果表明：叶片在反转状态下会不断与周围空气产生摩擦,使得叶片温度大幅升高,降低了叶片应力;对叶片采取冷却措施后,双层涡轮叶片的大应力位置主要位于过渡段,通过随形加强筋及空心倒车叶片的优化方案,可使得正车额定工况下的叶片强度储备系数由1.1增加至1.65,满足了叶片强度设计要求。     

Fifth generation Ni based single crystal superalloy with superior elevated temperature properties

Abstract

The National Institute of Materials Science (NIMS) has utilised the in house alloy design programme to develop a fifth generation Ni based single crystal super alloy TMS-196 with superior high temperature creep, thermo mechanical fatigue (TMF) and oxidation resistance by incorporating further ruthenium (Ru) and chromium (Cr) content over the compositions of the fourth generation super alloys. With Ru additions in advanced super alloys to enhance phase stability, higher content of refractory elements can be accommodated to provide further strengthening; the associated oxidation resistance can be improved by the increase in Cr additions. In the present paper, TMS-196 has been subjected to cyclic/isothermal oxidation tests at 1100 and 900°C, creep under conditions of 800–1100°C/137–735 MPa, TMF cycles and casting trials. Preliminary studies indicate that the surface of oxidised TMS-196 can exhibit continuous alumina layer attributing good oxidation resistance similar to that of Rene'N5. The high refractory content in this class of super alloy has attributed large negative lattice misfits and formation of fine interfacial dislocation networks between γ and γ′ at elevated temperatures resulting strong resistance against creep and TMF. The casting yield of TMS-196 is in the range of commercial 2nd generation super alloys. In conclusion, TMS-196 is a promising candidate alloy for turbine blade applications in future jet engines, because it possesses a balance of excellent properties desired by gas turbine and aero engine manufacturers to further enhance performances of the turbine section. TMS-196 possesses good micro structural stability and shows significant improvement in creep resistance/TMF properties over the current commercial super alloys, such as CMSX-4, CMSX-10, PWA1484 and Rene'N5.     

P92钢高温持久强度试验后组织变化对性能的影响

采用扫描电镜和透射电镜对国产P92钢在600℃下经持久强度试验后的显微组织进行了观察,并研究了组织变化对性能的影响．结果表明：试验1429h前硬度下降主要是由于M23C6的粗化,而后由于大量Laves相析出产生的强化作用使硬度重新上升．当试验6063h后,Laves相粗化使强化效果减弱,硬度再次下降,此时MX仍然保持细小的尺寸,具有较好的强化效果．在整个持久试验过程中,板条马氏体的回复、再结晶导致的位错强化减弱,W、Mo从基体的脱溶导致的固溶强化减弱都对硬度下降起一定作用．