FGH96合金中γ''相的高温粗化行为

利用热力学计算、SEM分析研究了FGH96合金中的γ'强化相的高温粗化规律,并对γ'相的粗化行为进行了动力学分析.结果表明:随着合金中组元Nb和Ti/Al值的变化,FGH96合金中γ'相的溶解温度区间为1088℃～1125℃;在高温热处理过程中,随着保温时间延长,合金中小γ'相数量减少,单位面积内的γ'颗粒数目减少,大γ'颗粒数目明显增加,即发生了Ostwald熟化;γ'相粗化遵循L-S-W理论,即:r-3∝t,γ'相的粗化激活能Q=293.6 kJ/mol,γ'颗粒的粗化主要由Ti和Al在基体中的扩散所控制.     

FGH96合金中γ′相的高温粗化行为

利用热力学计算、SEM分析研究了FGH96合金中的γ′强化相的高温粗化规律,并对γ′相的粗化行为进行了动力学分析。结果表明:随着合金中组元Nb和Ti/Al值的变化,FGH96合金中γ′相的溶解温度区间为1088℃~1125℃;在高温热处理过程中,随着保温时间延长,合金中小γ′相数量减少,单位面积内的γ′颗粒数目减少,大γ′颗粒数目明显增加,即发生了Ostwald熟化;γ′相粗化遵循L-S-W理论,即:r3∝t,γ′相的粗化激活能Q=293.6kJ/mol,γ′颗粒的粗化主要由Ti和Al在基体中的扩散所控制。     

Inconel751合金长期时效过程中γ＇析出相的长大行为

对经过标准热处理的Inconel 751合金，在700℃℃和850进行了长期时效处理。对长期时效处理后的合金组织进行了观察，采用Thermo-calc软件对合金γ’相的析出进行了热力学验证计算。结果表明，Incone l751合金在700℃时效时，γ’相长大较为缓慢，而在850℃时效时γ’相迅速长大；随着时效温度的升高和保温时间的延长，合金中小颗粒γ’相数量减少，单位面积内的γ’颗粒数目减少，大γ’颗粒数目增加，即发生了Ostwald熟化；Inconel 751合金中γ相主要为Ni3（Al，Ti），在700℃和850℃时效过程中，γ’颗粒长大受Al和Ti扩散控制。     

FGH96合金中γ′和碳化物相平衡计算

利用热力学计算软件Thermo-Calc及相应的Ni基数据库对FGH96粉末高温合金中可能析出的平衡相进行计算,并分析元素含量在允许范围内的波动对主要析出相γ′和碳化物析出行为的影响。结果表明:FGH96合金析出的平衡相有γ′、MC、M23C6、MB2、M3B2和TCP相。Al、Ti和Nb含量的增加会显著提高γ′相的固溶温度及析出量;合金中碳化物的析出量及MC的析出温度主要受到碳含量的影响,Al和Nb含量的变化对碳化物的析出温度有着显著影响,其中Al含量的影响尤为明显。     

N元素对FGH96高温合金析出相的影响

基于Thermo-Calc热力学计算软件及相应的Ni基数据库,计算了含N与不含N时FGH96高温合金中可能的平衡析出相,并用Scheil-Gulliver凝固模型对两种合金进行了凝固模拟.对两种合金的计算结果进行比较,从热力学角度分析研究了N对FGH96高温合金中析出相的影响.结果表明,N元素主要影响一次碳化物的析出行为,而对其他相的析出影响很小;在含有少量N的FGH96合金中,在液相线温度以上可析出Ti、N为主要成分的M(C,N)相,而不含N时,只有当固相率达到70％时才会从残余液相中析出MC型碳化物.由计算得出的一次碳化物的成分变化结果,并结合扫描电镜图和能谱分析结果可推断出,FGH96高温合金中含有N时,首先从液态合金中析出以TiN为主要成分的M(C,N)相,随后的MC型碳化物会在其表面析出,形成以TiN为核心的一次碳化物.     

FGH95合金中γ＇相稳定性研究

利用扫描电镜和透射电镜观察分析了热等静压HIPFGH95高温合金经热处理后,基体中γ＇相的形貌、分布和稳定性。结果表明：合金经热处理后基体为再结晶晶粒与原始枝晶的混晶组织。基体中除了晶界上分布的固溶处理未溶的棒状γ＇相颗粒外,在再结晶晶粒内部还存在有大、中、小3种尺寸的γ＇颗粒,其中大的方形γ＇相颗粒尺寸约为0．5～0．8μm,并呈8个一组排列,此8个一组排列的y’相颗粒是由合金在1160℃固溶冷却过程中所形成的单个高温y,相分裂而形成。进一步观察发现,分裂后的方形y’相颗粒在后续热处理过程中又发生了不稳定分解,在其颗粒内部有细小y＇相的重新析出,并且随着新析出y’相的长大原来的方形y’相颗粒逐渐消失。     

FGH96合金动态再结晶行为的研究

利用Gleeble-1500热模拟试验机对FGH96合金在不同热变形制度下的动态再结晶行为进行了研究。结果表明:在较高应变速率下(>2×10-3s-1),合金流变曲线呈明显的动态再结晶特征,低应变速率下(5×10-4s-1)呈现明显的动态回复特征;变形温度、应变速率和应变量对获得细晶组织都有重要的影响,但应变速率对动态再结晶晶粒大小影响最为显著,动态再结晶晶粒的平均晶粒尺寸大小-D与Z参数满足如下关系:ln-D=7.617-0.0134lnZ;利用加工硬化率和应变的关系曲线确定了该合金的稳态应变sε,建立了该合金的动态再结晶状态图。     

FGH96高温合金中一次碳化物形成规律

基于Thermo-Calc热力学计算软件及相应的Ni基数据库,对FGH96高温合金中一次碳化物的生成机理进行研究,计算FGH96高温合金可能的平衡析出相及C、N、Nb、Ti元素对合金中一次碳化物相MC+M(C,N)析出行为的影响,对比分析FGH96高温合金中一次碳化物相的计算结果与扫描电镜图及能谱分析的化学成分。结果表明:C含量对一次碳化物相的析出量影响较大,而对析出温度影响较小;N含量对析出温度有非常明显的影响,而对一次碳化物相的析出量影响较小;Nb和Ti含量对FGH96高温合金中一次碳化物相的析出行为只有轻微的影响。因此,FGH96高温合金中一次碳化物相的析出行为主要受C和N的影响。由计算得出的一次碳化物相的成分变化结果结合扫描电镜图和能谱分析结果可推断出,FGH96高温合金中含有N时,首先从液态合金中析出含有微量C的氮化物TiN,两相区析出的MC型碳化物会在TiN表面析出,形成以TiN为核心的一次碳氮化物M(C,N)。     

FGH96合金中γ′和碳化物相平衡计算

采用惯性摩擦焊接方法进行了FGH96高温合金焊接,借助光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪对焊态和热处理态FGH96惯性摩擦焊接头组织和显微硬度进行了研究. 结果表明,焊缝中心区内发生完全动态再结晶,再结晶晶粒细小,晶粒尺寸为4.6 μm ± 0.3 μm,且二次γ′ 相完全溶解,导致硬度低于母材组织. 随着远离焊缝,二次γ′相含量逐渐增加,距焊缝1.5 mm后γ′相体积分数基本保持不变,但γ′相形貌由球形逐渐向立方体转变,导致硬度逐渐增加. 经热处理后,焊缝区域内二次γ′相的含量与形貌变化规律与焊态相似,但热处理后基材晶粒尺寸从11.4 μm ± 0.3 μm增大至13.5 μm ± 1.0 μm,是导致热处理后基材硬度较焊态较低的原因;另外热处理后三次γ′相的析出是导致热处理态焊缝硬度高于焊态的原因.     

FGH96合金静态再结晶行为的研究

研究了FGH96合金在再结晶退火中的静态再结晶行为,并对再结晶机理进行了讨论与分析。结果表明：在较大冷变形量下,FGH96合金的静态再结晶在很短时间内完成,再结晶组织中有大量的孪晶组织。冷变形造成γ’/γ,界面上的位错塞积,再结晶形核方式形核有亚晶粗化形核和应变诱导晶界移动（SIBM）方式。γ’相在应变诱发晶界迁移（SIBM）机制中起到两方面作用：一为冷变形在γ’/γ界面上形成高密度的位错塞积,这为晶界单向移动并为最终的再结晶形核提供驱动力,二是再结晶晶粒晶界的移动速度（即晶粒的长大）受到γ’相的分解速率控制。     

FGH96粉末高温合金损伤行为与寿命预测

粉末高温合金中缺陷,尤其是非金属夹杂缺陷不可避免。为了对粉末高温合金的可靠应用,除需在工艺上进行控制以减少缺陷外,还必须研究缺陷对粉末高温合金的损伤行为,及根据粉末高温合金的疲劳特性研究粉末高温合金的寿命预测方法。针对我国先进航空发动机涡轮盘选材的第二代损伤容限型粉末高温合金FGH96,分析了国内外粉末高温合金的发展与应用状况,叙述了其缺陷特性以及缺陷对FGH96粉末高温合金的影响规律,介绍了FGH96粉末高温合金的断裂特征以及裂纹萌生与扩展特性,分析了粉末高温合金寿命预测研究的相关工作,并探索性阐述了基于原始疲劳质量的粉末高温合金寿命预测方法。     

惯性摩擦焊接过程中FGH96合金流动行为仿真分析

以FGH96合金为研究对象,结合有限元模型,分析了摩擦界面上FGH96合金的塑性流动规律。结果表明,FGH96合金在摩擦焊过程中,初始的转速最快,随着时间的增加,转速逐渐降低;惯性摩擦焊进行到8 s时,飞边部分温度相对较高;FGH96合金传热时,界面飞边部分的温度要大于心部的温度。     

Inconel 751合金长期时效过程中γ′析出相的长大行为

对经过标准热处理的Inconel 751合金,在700℃和850℃进行了长期时效处理。对长期时效处理后的合金组织进行了观察,采用Thermo-calc软件对合金γ′相的析出进行了热力学验证计算。结果表明,Inconel 751合金在700℃时效时,γ′相长大较为缓慢,而在850℃时效时γ′相迅速长大;随着时效温度的升高和保温时间的延长,合金中小颗粒γ′相数量减少,单位面积内的γ′颗粒数目减少,大γ′颗粒数目增加,即发生了Ostwald熟化;Inconel751合金中γ′相主要为N i3(A l,Ti),在700℃和850℃时效过程中,γ′颗粒长大受A l和Ti扩散控制。     

镍基粉末高温合金FGH96应变疲劳行为

对镍基粉末高温合金FGH96在750℃、应变比R=0.05下的应变疲劳循环应力响应曲线、循环应力-应变曲线和应变-寿命曲线进行分析,通过非线性回归拟合,得到基于Manson-Coffin公式及郑公式两种处理模型的应变—寿命曲线及相关参数。结果表明,FGH96合金在实验加载条件下,出现了循环软化—稳定—再软化断裂的应力响应特性,并随着加载应变幅的提高而愈加明显。与Manson-Coffin公式相比,郑公式在宏观预测应变疲劳寿命,尤其是确定材料疲劳极限问题上取得很好的预测效果。     

Inconel 751合金长期时效过程中γ''''析出相的长大行为

对经过标准热处理的Inconel 751合金,在700℃和850℃进行了长期时效处理.对长期时效处理后的合金组织进行了观察,采用Thermo-calc软件对合金γ'相的析出进行了热力学验证计算.结果表明,Inconel 751合金在700℃时效时,γ'相长大较为缓慢,而在850℃时效时γ'相迅速长大;随着时效温度的升高和保温时间的延长,合金中小颗粒γ'相数量减少,单位面积内的γ'颗粒数目减少,大γ'颗粒数目增加,即发生了Ostwald熟化;Inconel 751合金中γ' 相主要为Ni3(Al,Ti),在700℃和850℃时效过程中,γ'颗粒长大受Al和Ti扩散控制.     

FGH96合金的热塑性变形行为和工艺

通过高温热压缩实验,得到了不同温度和不同应变速率条件下热等静压FGH96合金的真应力-应变曲线,在此基础上,建立了FGH96合金热塑性变形过程中的热加工图.通过对材料微观组织、应力应变响应及热加工图的对比分析,确定了优化的热塑性锻造窗口,提出了FGH96合金细晶盘坯锻造工艺.根据优化的热塑性锻造窗口,利用等温锻造工艺锻造出无开裂的细晶粒盘坯.     

FGH96粉末高温合金双道次热变形行为及其本构方程

采用Gleeble-1500热模拟试验机对FGH96合金进行双道次变形量为45%+25%的等温热压缩实验,研究了变形温度为1050~1125℃,变形速率为0.001~0.1 s-1的热变形行为和组织变化,建立了包含应变量、变形温度、变形速率的双道次热变形本构方程,结果表明:FGH96合金的第1道次和第2道次的压缩应力应变曲线有相同的变化规律,两道次流变应力均受到γ′溶解以及由此造成晶粒长大的影响;由本构方程计算的模拟值与实验实测值具有良好的拟合性,模拟值能真实地反映应力在不同变形条件下的变化规律;选择变形温度:1075~1100℃、变形速率:0.01~0.1 s-1时能获得理想的热变形组织。     

预处理过程中FGH96合金粉末中的碳化物演变

采用扫描电镜、透射电镜等手段研究了预处理前后FGH96合金粉末颗粒中的碳化物演变。结果表明:粉末在快速凝固过程中会析出不同形貌的MC’型亚稳态碳化物,MC’碳化物中含有较多的弱碳化物形成元素,不同形貌的MC’型碳化物的化学组成与点阵常数具有一定的差异。在粉末预处理过程中,粉末颗粒内部形成的亚稳态MC’型碳化物逐渐转变为稳定MC型碳化物,同时可形成M23C6和M6C碳化物;转变后的MC型碳化物形态以规则块状为主,成分上以强碳化物形成元素Ti,Nb,Zr为主。     

FGH95合金中γ'相稳定性研究

利用扫描电镜和透射电镜观察分析了热等静压HIP FGH95高温合金经热处理后,基体中γ'相的形貌、分布和稳定性.结果表明:合金经热处理后基体为再结晶晶粒与原始枝晶的混晶组织.基体中除了晶界上分布的固溶处理未溶的棒状γ'相颗粒外,在再结晶晶粒内部还存在有大、中、小3种尺寸的γ'颗粒,其中大的方形γ'相颗粒尺寸约为0.5～0.8 um,并呈8个一组排列,此8个一组排列的γ'颗粒是由合金在1160℃固溶冷却过程中所形成的单个高温γ'相分裂而形成.进一步观察发现,分裂后的方形γ'相颗粒在后续热处理过程中又发生了不稳定分解,在其颗粒内部有细小γ'相的重新析出,并且随着新析出γ'相的长大原来的方形γ'相颗粒逐渐消失.     

FGH96合金锻造盘坯热处理过程中的晶粒长大行为

研究了等温锻造后的FGH96合金盘坯件在热处理过程中的晶粒长大规律。结果表明,当热处理温度低于1050℃时,盘坯轮心部位的晶粒几乎不长大;当热处理温度高于1120℃时,轮缘部位晶粒长大迅速;在单相奥氏体区,晶粒的长大规律满足Beck方程,其生长指数随温度升高而增加。当温度一定,初始晶粒越细,其长大速率越快并且生长指数值越高。建立了轮缘部位的晶粒长大动力学方程。