重型燃气轮机透平GTD111叶片长期服役后微观组织与性能退化行为（英文）

研究了某重型燃气轮机透平第一级GTD111动叶片经长期服役后的微观组织和力学性能演变行为。结果表明,服役叶片的微观组织主要由γ基体、2种尺寸的γ′相、γ+γ′共晶及MC型碳化物组成。叶片的微观组织退化与其结构特性密切相关。叶片前缘和中部区微观组织退化程度相对较轻,而叶片后缘区微观组织退化更为严重。在室温下,叶片前缘区抗拉强度明显高于尾缘区,然而在982℃下不同区域的抗拉强度相差不大,可能与高温下的变形机制不同有关。     

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。     

单晶涡轮叶片长期服役组织演化及性能退化分析

为对单晶涡轮叶片长时服役后的显微组织损伤及力学性能退化程度进行评价，分别选用服役时间为25000h和50000h的燃气轮机用高压涡轮叶片，截取叶身中部材料进行组织定量表征和显微硬度测试。定量测算了不同服役时间和不同位置的γ"相尺寸、体积分数，二次γ"相尺寸，基体通道宽度，并进行了维氏硬度测试。结果表明：同一服役时间不同位置γ"相尺寸粗化程度不同，前缘、尾缘高温区γ"相尺寸大于叶盆、叶背处，而体积分数稍小于其他两处；服役50000h的叶片γ"相尺寸大于相同位置处服役25000h叶片，体积分数呈相反规律；部分位置存在二次γ"相析出现象，二次γ"相析出位置基体通道宽度明显增加，经1100℃/2h空冷/炉冷实验验证，二次γ"相析出与工作高温及冷却方式有关；尾缘服役异常高温区出现TCP相，该相富含W、Re元素，经分析为μ相；不同服役时长前缘、尾缘位置显微硬度均下降明显，且显微硬度下降与γ"相尺寸增大呈负相关、体积分数减少呈正相关关系，γ"相尺寸、体积分数可作为本材料损伤评价参量。     

服役后的René N5镍基单晶高温合金燃机涡轮叶片定量表征与评估（英文）

对服役近26 000 h的René N5单晶高温合金燃机高压一级涡轮叶片进行解剖分析,研究了叶片不同部位的组织演化和损伤程度。分析了γ′相的形貌和体积分数,拓扑反转程度,碳化物的形貌和成分。结果表明,γ′相的体积分数和拓扑反转程度可以作为服役叶片显微组织损伤的定量表征参数,γ′相的形貌和拓扑密排相(TCP)的析出可以作为半定量的表征参数。根据以上参数,服役后的燃机涡轮叶片的组织损伤程度可以分为3个等级:轻度损伤,中度损伤和重度损伤。本研究结果为燃机用单晶涡轮叶片的组织损伤评价奠定了基础,并对叶片服役安全具有重要意义。     

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。     

不同服役温度时间下IC10高温合金组织演变研究

在由于尺寸超差等因素报废的IC10高温合金叶片上进行取样,研究不同服役温度、时间对IC10叶片组织的影响规律以及对显微硬度的影响。结果表明:随热暴露温度和时间的增加,合金中二次γ′相的体积分数逐步降低,在1 120 ℃时,二次γ′相明显球化,体积分数开始显著降低,至1 200 ℃时,短时热暴露（40 h）二次γ′相的体积分数降低至12.96%,说明服役温度、时间对IC10合金的组织有着显著影响;经过热暴露实验后的IC10叶片硬度为HV 354.57～407.28 ,1 050 ℃时,由于基体强度的弱化,试样的硬度低于标准热处理态,随后二次γ′相开始回溶,1 200 ℃之后二次γ′相基本回溶,此时组织为更为均匀细小的三次γ′相,硬度反而升高。     

热处理对一种镍基单晶高温合金微观组织和持久性能的影响

研究了不同热处理工艺对一种镍基单晶高温合金的组织和持久性能的影响。结果表明：固溶处理时间越长，合金中的γ′相尺寸越均匀，有利于合金持久性能的提高。1080℃，4h和1150℃，4h时效后空冷获得的γ′相具有尺寸适合、立方度高的特点。2种时效处理对合金中温高应力的持久性能影响不明显，在高温低应力下，经1080℃时效处理的持久寿命略长。     

服役后的René N5镍基单晶高温合金燃机涡轮叶片定量表征与评估

对一个服役近26000小时的René N5单晶高温合金燃机高压一级涡轮叶片进行解剖分析,研究了叶片不同部位的组织演化和损伤程度。分析了γ′相的形貌和体积分数,拓扑反转程度,碳化物的形貌和成分。研究结果表明,γ′相的体积分数和拓扑反转程度可以作为服役叶片显微组织损伤的定量表征参数,γ′相的形貌和TCP相的析出可以作为半定量的表征参数。根据以上参数,服役后的燃机涡轮叶片的组织损伤程度可以分为3个等级：轻度损伤,中度损伤和重度损伤。本研究结果为燃机用单晶涡轮叶片的组织损伤评价奠定了基础,并对叶片服役安全具有重要意义。     

高温合金服役及修复过程中组织演化规律

研究了ЖC6y合金服役过程中的组织演化规律与恢复热处理后组织形貌的变化.结果表明:经过高温长时服役后合金主要强化相的γ'粒子出现显著退化,γ'粒子的粗化存在Ostwald熟化机制与粒子聚集机制,它的粗化行为可以通过γ'相的形貌特征参数进行表征.MC碳化物在服役中发生分解,转变为周围包覆一层γ'膜的M6C型碳化物.在一定条件下,基体中可直接析出M6C型碳化物.晶界处碳化物有更强烈的分解趋势,晶界处形成包覆一层γ'膜的不连续M6C型碳化物.此种恢复热处理工艺优化了γ'粒子的形貌、尺寸、分布,有效恢复合金的组织退化及显微硬度,形成锯齿晶界,使合金持久性能得到恢复,提高了合金使用寿命.     

高温合金服役和修复过程中的微观组织演变研究

对ЖC6y高温合金服役、修复过程中的微观组织演变进行了研究。结果表明,经过高温、长时间的服役,强化相γ′粒子出现明显退化,其粗化机制包括粒子聚集机制和Ostwald熟化机制。MC碳化物则分解为M6C型碳化物,并被一层γ′膜包覆。恢复热处理工艺可以恢复合金的持久性能。     

[111]取向镍基单晶合金的组织结构与蠕变行为

通过蠕变曲线的测定及微观组织形貌观察,研究[111]取向镍基单晶合金在高温低应力条件下的组织结构与蠕变行为。结果表明:经完全热处理后,[111]取向单晶合金的组织结构是立方γ′相以共格方式嵌镶在γ基体中,并沿100方向规则排列;在1 040~1 080℃、137~180 MPa的温度和应力范围内,该取向单晶合金表现出明显的温度和施加应力敏感性。蠕变期间,γ′相沿与应力轴呈一定角度形成筏状组织,蠕变后期在近断口区域筏状γ′相发生粗化和扭折。[111]取向单晶合金在蠕变期间的变形特征是位错在γ基体通道中运动和剪切筏状γ′相,由于形变量较大,较多位错切入筏状γ′相后使其形成亚晶结构,其中,蠕变后期大量位错切入筏状γ′相导致合金的蠕变抗力降低,是合金发生蠕变断裂的主要原因。     

热过程对IC21单晶合金组织和力学性能的影响

利用光学显微镜和扫描电镜对IC21单晶合金的铸态、热处理后和不同热过程后的组织进行了观察,检测了铸态、热处理态和不同热过程后合金的高温拉伸和持久性能,研究了热处理和热过程对IC21合金组织演变和力学性能的影响。结果表明,IC21合金的铸态组织呈树枝晶状,由γ′相、γ相以及枝晶间的粗大γ′相和NiMo相组成,枝晶干上γ′相尺寸比枝晶间的γ′相尺寸大。1315 ℃/6 h/充氩冷却+两次时效热处理后合金未实现完全固溶,枝晶干上部分铸态γ′相在固溶时未完全溶解,枝晶间仍存在粗大γ′相,持久性能与铸态相比有明显提升。热过程后,γ′相明显长大,立方度略有降低,枝晶间和枝晶干的γ′相尺寸差距减小,并且有针状相析出。合金的持久寿命与热处理态相比,稍有降低,抗拉强度有所提高。     

镍基单晶高温合金在不同条件下的蠕变性能和组织演化(英文)

研究[001]取向的镍基单晶高温合金在不同测试条件下的蠕变性能,采用扫描电镜和透射电镜研究合金蠕变断裂后的γ′相、TCP相和位错组织演化特征。结果表明:合金具有良好的蠕变性能,蠕变曲线显示出两种不同的蠕变变形特征。在(760°C,600 MPa)、(850°C,550 MPa)条件下,蠕变第一阶段较长;在(980°C,250 MPa)、(1070°C,140 MPa)和(1100°C,120 MPa)条件下,蠕变第一阶段很短。蠕变断裂后,在(760°C,600 MPa)条件下γ′相形态变化不大;在(850°C,550 MPa)条件下γ′相已经合并长大;在(980°C,250 MPa)条件下基体γ被γ′相包围;在(1070°C,140 MPa)条件下基体γ不再连续;在(1100°C,120 MPa)条件下基体γ厚度进一步增加。在(760°C,600MPa)、(850°C,550 MPa)和(980°C,250 MPa)条件下合金无TCP相析出,而在(1070°C,140 MPa)和(1100°C,120MPa)条件下有针状TCP相析出。在低温高应力下,变形特征为位错包括层错的剪切机制;在高温低应力下为位错绕过机制,并在γ/γ′相界面形成位错网。     

Creep Properties and Deformation Mechanisms of a FGH95 Ni-based Superalloy

By means of full heat treatment, microstructure observation, lattice parameters determination, and the measurement of creep curves, an investigation has been conducted into the microstructure and creep mechanisms of FGH95 Ni-based superalloy. Results show that after the alloy is hot isostatically pressed, coarse γ′ phase discontinuously distributes along the previous particle boundaries. After solution treatment at high temperature and aging, the grain size has no obvious change, and the amount of coarse γ′ phase decreases, and a high volume fraction of fine γ′ phase dispersedly precipitates in the γ matrix. Moreover, the granular carbides are found to be precipitated along grain boundaries, which can hinder the grain boundaries’ sliding and enhance the creep resistance of the alloy. By x-ray diffraction analysis, it is indicated that the lattice misfit between the γ and γ′ phases decreases in the alloy after full heat treatment. In the ranges of experimental temperatures and applied stresses, the creep activation energy of the alloy is measured to be 630.4 kJ/mol. During creep, the deformation mechanisms of the alloy are that dislocations slip in the γ matrix or shear into the γ′ phase. Thereinto, the creep dislocations move over the γ′ phase by the Orowan mechanism, and the $ \left\langle { 1 10 } \right\rangle $ 〈 1 10 〉 super-dislocation shearing into the γ′ phase can be decomposed to form the configuration of (1/3) $ \left\langle { 1 12 } \right\rangle $ 〈 1 12 〉 super-Shockleys’ partials and the stacking fault.     

Effect of high temperature aging on microstructure and mechanical properties of a directionally solidified Ni3Al base alloy IC6A

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄＮｉ3ＡｌｂａｓｅａｌｌｏｙＩＣ6ＡｗｉｔｈｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＮｉ (7.5～8.5 )Ａｌ (13.0～ 15 .0 )Ｍｏ (0 .0 2～ 0 .1)Ｂ (0 .0 0 5～0 .0 5 )Ｙ (ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎ ,% )ｈａｓｂｅｅｎｒｅｃｅｎｔｌｙｄｅｖｅｌ ｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎａｌｌｏｙＩＣ6ａｓａｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｕｃ ｔｕｒａｌｍａｔｅｒｉａｌｕｓｅｄｆｏｒａｄｖａｎｃｅｄｊｅｔ ｅｎｇｉｎｅｖａｎｅｓｏｐ ｅｒ…     

MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF A Ni_3Al-Fe BASED ALLOY

The microstructure,tensile properties at 20—950℃ and creep rupture properties at 700-900℃ in a Ni_3Al-Fe based alloy after high temperature deformation have been studied.Theresults show the microstructure of the alloy is composed of γ′-and β-phases.The grain sizeand yield strength of the alloy is stable when the temperature≤600℃,and it is ductile athigh temperature.The creep of the alloy at 700—900℃ is controlled by the climbing of dislo-cations,and the activation energy for creep is 439 KJ/mol with a stress exponent of 4.     

恢复热处理对K403镍基高温合金组织与性能的影响

对涡轮叶片用典型材料镍基高温合金K403进行应力时效模拟使用后的叶片,再对其进行恢复热处理。采用扫描电镜和力学测试设备对铸态试样、预先应力时效试样和恢复热处理试样的微观组织与力学性能进行了测试分析。结果表明,不同时间预先应力时效K403合金试棒经恢复热处理以后,微观组织中的γ′强化相明显细化,形貌接近立方,恢复热处理试样的高温抗拉强度和高温持久寿命都优于未经处理的合金试棒。预先应力时效时间越长,恢复热处理后合金试棒的高温持久寿命提高率越高。     

GH4096合金在长期热暴露过程中的组织演化

基于粉末冶金René88DT合金的成分,采用新型定向凝固铸锭变形工艺研制了GH4096合金,并研究了其固溶时效热处理后在700~900 ℃长期热暴露过程中γ′相的粗化和晶界析出相的析出行为。结果表明:GH4096合金在700 ℃热暴露时具有良好的组织稳定性,晶内γ′相的尺寸稳定在70 nm左右,未发现明显的长大行为,晶界上未发现析出相;750 ℃热暴露500 h以上时,二次γ′相开始出现聚集长大现象,晶界开始出现不连续析出相,但γ′相的长大速度和晶界析出相的析出速度均比较低;800 ℃以上长期热暴露时,γ′相的粗化速度和晶界析出相的析出长大速度明显加快。长期热暴露后晶内二次γ′相的尺寸与Larsen-Miller参数近似呈线性关系,晶界析出相以M₃B₂和μ相为主。     

回炉料对K441合金性能及杂质元素含量的影响

通过采用真空感应熔炼法,对K441合金回炉料进行了四次熔炼,研究了回炉料对K441合金持久寿命、力学性能、杂质元素含量及微观组织形貌的影响.结果表明,经过四次回炉熔炼后合金的持久性能均满足标准的要求.合金的抗拉强度及塑性与新料合金相比变化幅度不大,但第四次回炉料合金的抗拉强度较高,这主要是由于Si元素的固溶强化作用所致.随回炉料合金回炉次数的增加,合金中的S元素含量降低,Mn含量变化幅度不大,P、Si元素含量增加.合金微观组织形貌观察表明,新料合金与回炉料合金中的碳化物均沿晶界分布,新料合金中晶粒内也存在部分碳化物.回炉料合金中的晶界存在杂质增加的现象.新料合金及回炉料合金中的γ'相数量相当,含量都较少,经多次回炉熔炼后合金中的γ'相尺寸减小.     

热处理对DZ125定向凝固合金组织结构与蠕变行为的影响

通过不同条件蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了热处理对DZ125合金的组织结构演变和蠕变行为的影响规律。结果表明,铸态合金的枝晶间区域存在较多放射状的共晶组织,在枝晶间和枝晶干处部分γ′相呈蝶形形态且γ′相尺寸具有较大差异。铸态合金的共晶组织及γ′相在固溶过程中被溶解,并在随后的冷却过程中类菱形的细小γ′相自γ基体中析出;一次时效期间,类菱形的细小γ′相发生钝化并长大直至转变成立方体形态;二次时效期间,γ′相的尺寸基本不变,但立方度增加,合金的组织结构为γ′相以共格方式自γ基体中析出。在热处理过程中基本消除了合金中的共晶组织,并提高了γ′相的立方度,但并未消除合金中的组织不均匀性,枝晶干区域的立方γ′相尺寸细小,而枝晶间区域的立方γ′相尺寸粗大,并且合金在980 ℃具有良好的抗蠕变性能。