新型低铼第三代镍基单晶高温合金的设计

对通过d电子理论以及电子空位数理论在现有第三代镍基单晶合金基础上进行成分设计,控制合金中Cr、Mo、Al、Re、Hf元素含量不变,通过增加合金中W含量以及添加元素Nb、Ti强化γ′相,微调合金中Ta/(W+Mo)比值和Al/Ti比值,并对合金中TCP相的析出以及合金相稳定性进行预测,来提高合金的高温性能,得到一系列的合金成分范围。利用热模拟软件JMat Pro,并结合相图分析,获得一系列低Re合金成分,通过对已有镍基单晶合金在平衡状态下热处理窗口、糊状区间、TCP相含量、熔点、密度等热力学参数进行模拟,并依据这些参数制定合金设计判据,得到新型低铼第三代镍基单晶合金的组成。     

镍基单晶高温合金再结晶过程仿真分析

以DD6镍基单晶高温合金为对象,建立了合金再结晶过程中晶粒形核长大、储能分布的数学模型,利用计算机模拟技术分析了材料热处理过程中再结晶的动力学曲线。模拟结果和文献实验结果具有很高的吻合度,为镍基单晶高温合金蠕变性能的优化提供了参考。     

一种第三代镍基单晶高温合金的DTA实验研究

采用差热分析方法(DTA)和熔体超温处理技术,研究熔体过热温度对一种第三代镍基单晶高温合金凝固特性及组织的影响。结果表明:当熔体过热温度从1450℃提高到1500℃时,形核过冷度与结晶温度间隔变化不明显,γ相在一个较宽的温度范围内形核生长;而当熔体过热到1580℃时,形核过冷度急剧增大,结晶温度间隔显著减小,γ相形核生长温度范围减小,γ/γ′共晶组织析出减少,γ′相的析出温度较熔体过热到1450℃条件下升高了9℃;当熔体过热温度进一步升高到1650℃时,形核过冷度略有减小,结晶温度间隔稍有增大。当熔体超温处理温度由1500℃提高到1580℃时,枝晶组织明显细化,而进一步提高熔体超温处理温度至1650℃时,枝晶组织反而略有粗化。熔体过热温度使熔体结构发生改变,从而对合金的凝固特性及组织产生影响。     

NiCoCrAlYTa涂层/镍基单晶高温合金界面再结晶

采用低压等离子喷涂技术在镍基单晶高温合金上制备了NiCoCrAlYTa涂层,通过不同的真空热处理和预处理制度研究其对涂层/镍基单晶界面的影响.结果表明,1080℃真空热处理界面扩散带均产生胞状再结晶体,而1000℃和850℃无再结晶产生.预处理时喷砂压力大于0.2 MPa,在1080℃,6 h热处理后再进行850℃,24 h时效处理界面扩散带均产生再结晶体,无喷砂时无再结晶产生.同时热处理后界面处出现元素的相互扩散及富Ta的Ni2Ta和Cr2Ta相,Ta在胞状晶内偏聚.     

一种新型镍基高温合金的动态再结晶行为

采用等温热压缩实验研究了一种新型镍基高温合金在不同热变形条件下(变形温度1040～1120℃、应变量0.35～1.2、应变速率0.1 s^-1)的动态再结晶行为。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射仪(EBSD)研究变形温度和应变量对合金热变形过程中组织演变和动态再结晶(DRX)形核机制的影响。结果表明,根据加工硬化率曲线能够准确确定DRX出现的临界应力和临界应变。合金的DRX晶粒体积分数随变形温度和应变量的增加而增加。在高温低应变速率下,不连续动态再结晶(DDRX)和连续动态再结晶(CDRX)形核机制同时发生。随着变形温度的升高,CDRX形核机制减弱,而CDRX机制在高温条件下占据主导。随着应变量的增加,合金中DDRX机制逐渐变强。热变形后期,CDRX仅作为辅助形核机制发挥作用。另外,Σ3孪晶界的形成有助于DRX晶粒的形核。     

镍基单晶合金的高温蠕变行为研究

航空发动机、燃汽轮机等高温部件长期工作在高温、高压等严酷环境下,蠕变和疲劳成为制约其使用寿命的重要因素之一,近年来日益受到广泛关注。从镍基单晶合金的高温蠕变现象出发,结合高温蠕变行为中的定向粗化、蠕变各向异性、位错演化、损伤力学模型等问题,介绍了国内外单晶高温合金蠕变行为的研究现状及发展趋势。     

镍基单晶高温合金蠕变行为研究进展

从镍基单晶高温合金蠕变中γ'相定向粗化和筏化、蠕变各向异性、蠕变寿命预测及Re和Ru元素对蠕变性能的影响方面,综述了镍基单晶高温合金蠕变行为的研究进展,并对镍基单晶高温合金的发展方向进行了展望。     

W对第三代镍基单晶高温合金组织稳定性的影响

通过对3种不同W含量(6%、7%、8%,质量分数)的第三代镍基单晶高温合金铸态、热处理态和热暴露后的组织观察和成分分析,研究了W对元素偏析、热处理组织及热暴露过程中组织演化的影响。结果表明:W含量的提高对合金元素的铸态偏析、完全热处理后的γ′相形貌、尺寸和体积分数均无明显影响。在950℃热暴露过程中,W含量的提高抑制了γ′相的粗化,但加速了γ′相的连接变形。3种合金在热暴露过程中析出的TCP相主要为m相和s相,且TCP相析出量随W含量的增加而缓慢增大。此外,3种合金在1000℃热暴露时TCP相析出量最大,在950℃热暴露时次之,在1050℃热暴露时析出量最小。     

一种镍基第三代单晶高温合金的横向拉伸性能

在760℃到1100℃条件下,研究了一种镍基第三代单晶高温合金的横向拉伸性能。采用光学显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)与扫描透射电子显微镜(STEM)观察了合金的显微组织与断口形貌。结果表明：随着温度的升高,合金的拉伸强度降低,而拉伸延伸率增加。在760℃与850℃条件下的拉伸断裂均为类解理断裂。在980℃,1070℃和1100℃条件下,试样断口出现了反映凝固方向的枝晶形貌特征,且随着温度的升高枝晶形貌在断口上的面积增加。在980℃条件下,拉伸断裂为类解理断裂与韧窝断裂的混合断裂。在1070℃与1100℃条件下,拉伸断裂均为韧窝断裂。随着温度的升高,塑性变形过程中开动了更多滑移系,导致形成了不同的位错形貌。760℃拉伸,合金中出现了高密度大致平行分布的a/2<110>位错;980℃拉伸,合金中出现了位错缠结;1100℃拉伸,合金中形成了位错网络。     

基于计算机仿真镍基单晶高温合金再结晶过程分析

再结晶是影响高温合金高温蠕变性能的重要因素.以DD6镍基单晶高温合金为研究对象,建立了再结晶过程中形核生长、储能分布、晶粒长大的数学模型,利用计算机模拟技术分析了材料热处理过程中再结晶的整个过程和动力学曲线.该研究为镍基单晶高温合金生产过程中的蠕变性能优化提供了参考.     

镍基单晶高温合金的动态再结晶(英文)

利用高温蠕变试验,研究SRR99单晶高温合金在低应变速率下的动态再结晶行为。结果显示,在大气环境且无涂层保护的情况下,长时间高温低应力作用会使单晶合金发生动态再结晶,动态再结晶的温度和临界应变量均低于静态再结晶,再结晶晶粒均位于试样边缘的γ′相贫化层内,再结晶深度较浅,一般不超过15μm。在高温低应变速率下,再结晶以完整晶粒的形式发生,晶粒内无条状γ′相存在。单晶合金在高温低应变速率下的动态再结晶行为主要与高温氧化有关。在实际服役条件下,表面涂层可有效抑制动态再结晶的发生。此外,还利用高温压缩试验,研究了SRR99单晶合金在高应变速率下的动态再结晶行为。在高应变速率下,单晶合金发生动态再结晶的温度和临界应变量均显著提高,再结晶以胞状组织的形式发生,晶胞内含有大量粗大的条状γ′相。     

新型镍基高温合金的高温氧化行为研究

利用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)等方法,研究了GH4700镍基高温合金在空气环境下的高温氧化行为。结果表明:合金在800~900℃下的氧化动力学符合抛物线规律,氧化膜的生长受氧在氧化膜的扩散控制;氧化100 h后形成的氧化膜由3层组成,Nb的存在能有效提高合金的抗氧化性能。     

Nimonic 80A镍基高温合金静态再结晶行为

采用Gleeble-1500热模拟实验机对Nimonic 80A高温合金进行了双道次热压缩实验,研究了该合金在变形温度1050~1150℃,应变速率0.01~2.5 s-1,预应变0.08~0.14,不同间隙时间(0.5~5 s)下的静态再结晶行为。得到了Nimonic 80A高温合金不同变形条件下的真应力-应变曲线及变形后奥氏体晶粒组织,分析了变形温度、应变速率和预应变对该合金静态再结晶行为的影响。结果表明:变形温度、应变速率和预应变对Nimonic 80A高温合金的静态再结晶行为有着显著的影响。Nimonic 80A高温合金静态软化分数随着变形温度、应变速率和预应变的增大而增大,且静态再结晶晶粒尺寸随着温度的升高或应变速率的降低而增大。根据实验结果,建立了Nimonic 80A高温合金静态再结晶动力学模型。将静态再结晶动力学模型预测结果和实验结果进行比较,二者吻合良好,表明本文提出的模型可以较为准确的预测Nimonic 80A高温合金静态软化行为。     

新型镍基粉末高温合金动态再结晶的数学模型

采用Gleeble 15 0 0热模拟试验机对新型镍基粉末高温合金在 10 70℃～ 1170℃ ,应变速率为 5× 10 - 4s- 1～2× 10 - 1s- 1的条件下进行了轴向压缩试验。通过加工硬化率和应变的关系曲线确定稳态应变εs,并绘制了该合金的动态再结晶图。结果表明 ,Zener Hollomon参数变化对动态再结晶的临界应变量影响较小 ,对稳态应变量影响较大 ,并建立了该合金的动态再结晶动力学模型和晶粒尺寸模型     

镍基单晶高温合金微观结构研究

以Ni-15Cr-3.5B非晶箔带为中间层,采用瞬态液相连接工艺对镍基单晶高温合金进行连接。采用电子扫描显微镜、光学显微镜、透射电子显微镜对液相连接接头的组织形貌进行分析观察,利用EBSD(电子散射衍射仪)对连接区和基体的结晶取向进行观测。结果表明,接头主要由基体金属区、基体/中间层金属界面扩散区和连接区组成,扩散区的主要组织为M3B2细微颗粒;连接区则是MB+γ′和M23B6+γ′的共晶相。     

镍基单晶高温合金性能的研究

研究在两种凝固条件下,热处理对镍基单晶高温合金性能的影响。研究表明：γ相为0．5时,镍基单晶高温合金在950～1050℃有最佳的蠕变性能;显微疏松对850℃的高周疲劳以及750℃低周疲劳有明显的影响,采用高的温度梯度下的铸造处理可以使性能得到改善;该合金的耐腐蚀性较高。     

一种镍基单晶高温合金持久各向异性行为

研究了一种镍基单晶高温合金DD499的[001],[011]和[111]3个晶体取向在典型应力条件下的持久性能。结果表明,持久寿命的取向依赖性与温度和应力有关。760℃,790MPa时,[001]取向的持久寿命明显高于[011]和[111]取向;1040℃,165MPa时,持久寿命由大到小顺序为[111]>[001]>[011],但不同取向的各向异性减弱。利用SEM观察持久断裂后的断口和组织结构表明,760℃,790MPa时,[001]取向试样的断裂特征为解理和准解理混合型断裂,[011]取向为单系滑移引起的剪切断裂,而[111]取向为多系滑移引起的剪切断裂;1040℃,165MPa时,3种取向都为微孔聚集型断裂。     

镍基单晶合金高温蠕变变形与损伤行为

通过蠕变性能测试和组织观察,研究了镍基单晶合金在高温蠕变期间的变形和损伤行为.结果 表明,该合金在1040℃/137 MPa条件下的蠕变寿命为556 h,表现出优异的蠕变抗力.合金在稳态期间的蠕变特性是位错在γ基体中滑移和攀移越过筏状γ'相.在蠕变后期,合金的变形特征是位错剪切进入筏状γ'相,剪切γ'相的位错可以交滑移...     

镍基单晶高温合金TLP连接

采用自制的镍茯合金柔性布作为中间层合金对DD98单晶高温合金进行瞬态液相（TLP）连接,TLP连接在1473-1523K,0.5-24H真空条件下进行。利用光学显微镜、扫描电镜对接头的微观结构和化学成分进行观察和分析,利用电子背散衍射测定了连接层和基体之间的结晶学取向。结果表明接头区域由连接区,中间金属／基体金属界面扩散区、基体金属区组成,均匀化处理后的接头与基体上的γ‘沉淀相的尺寸趋于一致,连接层与基体之间的取向匹配良好。     

一种镍基粉末高温合金的静态再结晶行为

用EBSD和SEM等技术手段研究了热变形后的某种新型镍基粉末高温合金在不同温度下的静态再结晶行为。结果表明,镍基高温合金的静态再结晶开始温度在900℃以上,合金的显微硬度显著下降;而在组织中存在的γ’相和碳化物颗粒抑制再结晶晶粒的长大,在1100℃再结晶退火后合金的平均晶粒尺寸在约5μm。