FGH95镍基合金的组织结构与蠕变行为

通过蠕变曲线测定和组织形貌观察,研究了FGH95合金的蠕变特征与变形机制.结果表明:经高温固溶及"盐浴"冷却后,FGH95合金的组织结构由细小γ'相及粒状碳化物弥散分布于γ基体所组成,由于沿晶界不连续析出的粒状(Ti,Nb)C相可提高合金的晶界强度,并抑制晶界滑移,故使其在650℃、1 034MPa条件下有较小的应变速率和较长的蠕变寿命.合金在蠕变期间的变形机制是位错切割γ或γ'相,其中,当(1/2)<110>位错切入γ相,或<110>超位错切入γ'相后,可分解形成(1/6)<112>肖克莱不全位错或(1/3)<112>超肖克莱不全位错+层错的位错组态;蠕变后期,合金的变形特征是晶内发生单取向和双取向滑移,随蠕变进行位错在晶界处塞积,其引起的应力集中致使裂纹在晶界处萌生及扩展是合金的蠕变断裂机制.     

一种镍基单晶合金的组织演化与蠕变行为

通过蠕变曲线测定及组织形貌观察,研究了一种镍基单晶合金的蠕变行为和变形特征.结果表明:单晶合金在试验的温度和应力范围内,对施加应力和温度有明显的敏感性.由所得数据测算出合金的蠕变激活能和应力指数.蠕变初期在施加温度和应力场的作用下,立方γ′相逐渐转变成与施加应力轴方向垂直的N型筏状结构.稳态蠕变期间,合金的变形机制是位错攀移越过筏状γ′相,由于高温蠕变稳态阶段形成的N型γ′相筏状组织厚度较小,位错易于攀移,因而合金具有较大的应变速率.蠕变后期,由于塑性变形,在近断口处筏形γ′相转变成与应力轴方向呈45°角的形貌,合金的变形机制是位错剪切筏状γ′相.     

固溶处理对690镍基合金组织和力学性能的影响

研究了1050～1150℃固溶处理对20 kg真空感应炉熔炼的690镍基合金(%:0.020C、29.93Cr、9.82Fe、0.19Al、0.25 Ti、0.023Nb、0.012Mo、0.004 2N)1.0mm冷轧板的组织和力学性能的影响。结果表明,当固溶温度从1050℃提高至1100℃,平均晶粒尺寸呈线性增长,从12μm提高到29μm,超过1100℃时晶粒尺寸快速增长,1150℃时平均晶粒尺寸达58μm;1090℃以上固溶处理时,合金中富铬碳化物完全溶解;690镍基合金主要强化机制为细晶强化,随固溶温度升高,合金室温抗拉和屈服强度分别从780 MPa和400 MPa降至662.5 MPa和250MPa,伸长率由40%提高至51.75%。     

合金元素和固溶温度对GH99合金性能影响

运用金相、硬度和室拉、高拉、持久等机械性能测试方法，对采用真空感庆＋民渣重熔双工艺制造的ＧＨ９９镍基高温合金带材的碳、铝、钛成分以及固溶处理进行了试验，毕技术条件规定的范围内，合金的碳、铝、钛含量应控制在中限，合金供应状态的固溶应控制在１１４０℃左右，在生产厂对ＧＨ９９合金板材的固溶处理操作，应根据实际情况灵活掌握。     

热处理对FGH95合金组织和性能的影响研究

通过热处理工艺试验设计,研究了不同热处理条件下FGH95合金的组织和性能。与亚固溶线温度热处理后细晶试样比较,过固溶线温度热处理的试样获得了晶粒度8级的相对粗晶组织,强度仅比细晶试样的降低不超过5%,而蠕变性能显著提高,700℃/690MPa条件下,0.2%残余应变的蠕变寿命提高了3～4倍;另外,通过优化γ’相的尺寸与分布,可进一步提高合金的力学性能。     

固溶处理对镍基高温合金的拉伸性能的影响

研究了各种不同固溶温度及冷却介质对镍基高温合金室温、高温拉伸性能的影响,详细研究了合金在1 100℃下固溶处理后的拉伸性能;并对拉伸实验所得到的断口进行了分析.实验结果表明:固溶处理空冷试样拉伸强度大于水冷试样拉伸强度,但其以延伸率为代表的塑性却小于水冷试样;拉伸强度随固溶温度的增加而降低.确定1 120℃左右为最佳固溶处理温度,水冷为最佳冷却制度.     

固溶与时效温度对新型粉末高温合金组织和性能的影响

采用JMatPro、光学显微镜(OM)、场发射扫描电镜(FEG-SEM)、电子探针(EPMA)和透射电镜(TEM)研究了固溶与时效温度对新型粉末高温合金NPM01显微组织的影响,分析了合金组织和性能的关系.结果表明:NPMO1合金经1 160～1 190℃亚固溶+740?920 ℃两级时效热处理后,合金中有热等静压过程...     

固溶与时效温度对新型粉末高温合金组织和性能的影响北大核心

采用JMatPro、光学显微镜(OM)、场发射扫描电镜(FEG-SEM)、电子探针(EPMA)和透射电镜(TEM)研究了固溶与时效温度对新型粉末高温合金NPM01显微组织的影响,分析了合金组织和性能的关系。结果表明:NPM01合金经1160~1190℃亚固溶+740~920℃两级时效热处理后,合金中有热等静压过程中未溶解的大尺寸一次γ′相,导致二次γ′相析出数量减少,减弱了γ′相的强化作用;经1190~1220℃过固溶+740~920℃两级时效热处理后,二次γ′相长大至240 nm,沿<100>晶向的棱边中心向内凹陷,出现分裂的现象,三次γ′相粗化至70 nm;经1190~1220℃过固溶+740~890℃两级时效热处理后,二次与三次γ′相体积分数之和达到56%,二次γ′相形态稳定,排列整齐,显著增加了γ′相的强化效果,提高了合金高温强度,750℃/750 MPa条件下持久寿命达到437 h,综合力学性能最佳。     

固溶温度对GH2787合金组织性能的影响

研究了GH 2787合金在不同固溶温度处理后的组织性能.结果表明,在900、940和980℃固溶处理时,GH 2787合金的晶粒尺寸分别为20、30和40μm.当固溶温度低于γ'溶解温度时,GH 2787合金中的γ'相分布均匀,并有少量针状的η相出现.900℃固溶处理时,GH 2787合金硬度、屈服强度和拉伸强度最高.GH 2787合金的主要强化方式为γ'相沉淀强化和晶界强化.     

一种单晶合金的高温蠕变行为及其变形特征

通过测定一种单晶镍基合金的高温拉伸蠕变曲线及位错运动的内摩擦应力σ0,建立了综合蠕变方程,计算出稳态蠕变期间的表观蠕变激活能及相关参数.结果表明：在蠕变期间,位错运动的内摩擦应力σ0,随外加应力的提高略有提高,随温度的升高而明显降低.蠕变后期,由于缩径使样品不同位置承受不同的有效的应力,导致筏状γ＇相具有不同的粗化特征,在近断口处,载荷的有效应力增大,使筏状γ＇相扭曲且粗化加剧.界面位错网对形变硬化和回复软化具有协调作用,并减缓位错切入γ＇相,因此有利于合金蠕变抗力的提高.     

温度对镍基高温合金粉末氧化行为的影响

通过化学分析、扫描电子显微镜观察、X射线衍射分析及X射线光电子能谱分析等方法, 研究了温度对镍基高温合金粉末氧化行为的影响。结果表明, 室温条件下, 粉末氧含量(质量分数)较低(0.012%), 粉末表面发生部分氧化, 表面存在Ni、Cr、Ti等元素的单质态和以Ni (OH)₂、Cr₂O₃、TiO₂为主的氧化物/氢氧化物; 当温度上升至150 ℃, 氧含量增加不明显; 随着温度进一步提高至250 ℃, 粉末氧含量明显增加, 达到0.034%, 粉末表面全部氧化, 表面主要由Ni (OH)₂、Cr₂O₃、TiO₂组成。温度对镍基高温合金粉末氧化行为影响显著, 合理控制温度可以获得低氧含量的粉末, 本研究所用镍基高温合金粉末大气条件下最高处理温度为150 ℃。     

新型镍基粉末高温合金相变温度的测定

分别采用热力学计算(thermo-calc,TC),差热分析(differential thermal analysis,DTA)和金相法(metallography observation)测定一种新型镍基粉末高温合金(CSU-A)的铸态母合金及其热挤压态合金的相变温度,分析和对比升温测试和降温测试对差热分析结果的影响。结果表明,热力学计算可准确预测合金的固、液相线温度;铸态合金的γ′相先后发生2次析出/固溶,且γ′相的完全固溶温度高于挤压态合金的γ′相完全固溶的温度;DTA降温曲线的相变温度低于升温曲线的相变温度,凝固过冷度(TL)和γ′相析出过冷度(T1γ′,T2γ′)分别为16,35和43℃。最终确定挤压态CSU-A合金的γ′相完全固溶温度为1 145±5℃,铸态合金的γ′相完全固溶温度为1 196℃,固、液相线温度分别为1 25 9和1 356℃。     

固溶温度对GH4202合金组织及拉伸性能的影响

为充分挖掘沉淀强化型镍基高温合金GH4202管材性能,以满足我国航天新型发动机的要求,研究了固溶处理温度对合金组织及拉伸性能的影响规律.结果表明,在1 050~1 075℃范围固溶处理后合金晶粒度无明显变化,当固溶温度升至1 100℃时,合金局部出现异常晶粒长大,当固溶温度达到1 150℃时,合金晶粒均匀长大.随固溶温度升高,合金晶界硼、碳化物数量明显减少,由链状向孤立的颗粒状转变.随固溶温度升高,GH4202合金室温及高温拉伸强度均呈降低趋势,尤其以屈服强度降低幅度最为显著.合金的室温面缩率随固溶温度升高而降低,且降低幅度较大,但室温断裂延伸率变化并不显著;700℃下合金的断面收缩率与断裂延伸率随固溶温度的变化均表现为先升高后降低的趋势.GH4202合金最佳固溶处理工艺为1 110℃保温30 min后水冷,此时合金晶粒度为5.0级、晶界碳化物呈细小链状,晶内沉淀强化γ'相弥散析出,可保证合金具有优异的室温及高温力学性能.     

热挤压对FGH96镍基粉末高温合金微观组织的影响

研究了热挤压温度、挤压比、挤压速度、挤压前预处理对FGH96镍基粉末高温合金微观组织的影响规律,确定了获得晶粒尺寸小于10 μm的超塑性细晶组织的热挤压方法.研究结果表明,热等静压后FGH96合金发生了再结晶,实现了粉末的完全致密化成形,但晶粒大小极不均匀,且存在明显的原始颗粒边界(PPB)缺陷.采用热挤压前预处理工艺...     

含Hf和Ta新型镍基高温合金粉末中碳化物相

对含Hf和Ta新型镍基高温合金FGH98Ⅰ等离子旋转电极(PREP)雾化原始和不同温度下预热处理粉末中的碳化物相进行了研究.结果表明:原始粉末中MC'型碳化物可分为两类,一类为富Ti、Ta和Nb,另一类为含Ta、Hf和Zr.两类碳化物均含有一定量非碳化物形成元素Co和Ni及中等强碳化物形成元素Cr和Mo,并以块状、粒状分布于枝晶或胞晶间;随着预热处理温度升高,粉末中富Ti、Ta和Nb的MC'型碳化物转变为MC型碳化物,且其所含Ti、Ta和Nb的总量增大;含Ta、Hf和Zr的MC'型碳化物发生分解和转变,析出稳定的M₂₃C₆、M₆C和MC型碳化物,M₂₃C₆碳化物的析出和溶解温度为950℃和1150℃,M₂₃C₆和M₆C碳化物共存温度为1000～1100℃.另外,粉末中微量元素Hf和Ta主要以碳化物和γ'相参与碳化物反应.     

On the oxidation resistance of a powder metallurgy nickel-based superalloy

Abstract

To evaluate the influence of reactive minor elements on oxidation resistance of a nickel-based superalloy, 0?5w/o Si, and/or 0?1w/o Y were added in various combinations to a quaternary powder metallurgy alloy that consisted of a ternary master alloy, Ni–12Cr–9Fe+6w/o Al (w/o). The processing included production of transverse rupture strength (TRS) bars by uniaxial pressing followed by sintering to 1300°C and Gleeble thermo-mechanical deformation to reduce porosity. Sectioned TRS bars were then oxidised (static) at 900°C in air for times up to 1000 h and the influence of the Si/Y additions on oxidation resistance was determined via a combination of weight gain data and microstructural examination. It was found that the addition of 0?5w/o Si to the quaternary Ni–Cr–Fe–Al powder metallurgy system provided a measureable improvement in oxidation resistance both in terms of thickness of oxide layer and in overall weight gain. Conversely, 0?1w/o Y provided little benefit when added with the Si and was shown to be detrimental in the absence of Si. Interestingly, little difference was noted in final microstructures. Specifically, variation in %γ′ between samples was minimal (58?3–61?7 v/o) and a distinct precipitate free zone was always present between the oxide and the γ+γ′ matrix.

Afin d’évaluer l’influence des oligoéléments réactifs sur la résistance à l’oxydation d’un superalliage à base de nickel, on a ajouté 0?5% en poids de Si et/ou 0?1% en poids d’Y en combinaisons variées à un alliage quaternaire de la métallurgie des poudres qui consistait en un alliage ternaire maître, Ni–12Cr–9Fe+6% en poids d’Al. Le traitement incluait la production de barres de résistance à la rupture transversale par pressage uniaxe, suivi par le frittage à 1300°C et par la déformation thermomécanique de Gleeble pour réduire la porosité. Les barres sectionnées de TRS étaient ensuite oxydées (en statique) à 900°C à l’air jusqu’à 1000 h et l’influence des additions de Si/Y sur la résistance à l’oxydation était déterminée par l’intermédiaire d’une combinaison de données de gain de poids et d’examen de la microstructure. On a trouvé que l’addition de 0?5% en poids de Si au système quaternaire Ni–Cr–Fe–Al améliorait de façon mesurable la résistance à l’oxydation, tant en termes de l’épaisseur de la couche d’oxyde que de son gain global en poids. Réciproquement, 0?1% en poids d’Y avait peu de bénéfices lorsque ajouté avec le Si et l’on a montré qu’il était nuisible en absence de Si. De façon intéressante, on notait peu de différence dans les microstructures finales. Spécifiquement, la variation entre les échantillons du% de γ′ était minime (58?3 à 61?7% en volume) et une zone distincte sans précipités était toujours présente entre l’oxyde et la matrice de γ+γ′.     

Effect of plastic anisotropy on the creep strength of single crystals of a nickel-based superalloy

The effect of plastic anisotropy, which is caused by the arrangement of slip systems, on the creep strength of notched specimens of Ni-based superalloy single crystals, is described. It was revealed that the creep strength of the notched specimens was affected by the crystallographic orientation, not only in the tensile direction, but also in the thickness direction. The creep strength was superior in the notched specimen with the [011] tensile and [100] plate-normal orientation, whereas the notched specimen with [011] tensile and [100] plate-normal orientation exhibited extremely poor creep strength. In the case of specimens whose tensile orientation was [011], results of the creep-rupture tests at 973 K were in agreement with the assumption of the operation of {111}〈112〉 slip systems. The creep strength in the notched specimen with [001] tensile and [100] plate-normal orientations was superior to that in the notched specimen with [001] tensile and [011] plate-normal orientations. When the tensile orientation was [001], the results of the creep-rupture tests were in agreement with the assumption of the operation of {111}〈112〉 slip systems during primary creep region and {111}〈101〉 slip systems during secondary creep region.     

Influence of precipitate morphology on intermediate temperature creep properties of a nickel-base superalloy single crystal

The influence of γ’ precipitate morphology on the-creep behavior of the single crystal nickel-base superalloy NASAIR 100 at 760-°C was investigtated. As-heat treated crystals with cuboidal γ’ particles and crystals given an additional pre-rafting treatment to form a continuous lamellar structure were creep tested at stress levels which produced rupture lives ranging from 40 to 2500 hours. At high applied stresses, the crystals with cuboidal γ’ had both lower minimum creep rates and longer rupture lives than the crystals with lamellar γ. At lower stress levels, the initially cubic γ’ material maintained a lower crep rate, but exhibited a similar rupture life compared to the pre-rafted crystals. Examination of the microstructures which developed during creep indicated that dislocations could shear the semi-coherent γ’ rafts relatively easily compared to the coherent cuboidal γ’. In tests at lower applied stresses, slow directional coarsening of the initially cuboidal γ’ resulted in the development of a lamellar structure similar to that in the pre-rafted material, such that the rupture lives of the two materials were similar.     

High-temperature creep and the defect structure of nickel-based superalloy single crystals after hot isostatic pressing

The influence of hot isostatic pressing on the high-temperature creep of single crystals of a nickel-based superalloy containing rhenium and ruthenium is studied. The microstructural damages caused by the development of creep have been studied. Hot isostatic pressing is found to weakly influence the life and creep of the superalloy at 1150°C. The distribution of deformation pores over the length and cross section of failed samples has been studied. A high pore concentration is shown to exist at the sites of severe plastic deformation.