夹杂物对FGH95粉末高温合金切削加工力学特性的影响

FGH95粉末高温合金作为一种高强度、高耐热性的镍基高温合金,常用在制造先进航空发动机的压气机盘、涡轮盘、涡轮轴以及涡轮盘挡板等高温承力转动部件,是一种典型的难加工材料.FGH95粉末高温合金中非金属夹杂物的成分、含量、分类、形貌对粉末高温合金材料性能有着重要的影响.从切削加工角度,采用力学分析和显微镜观察的方法研究了FGH95粉末高温合金中非金属夹杂物对切削加工刀具的影响,分析了切削加工时非金属夹杂物的力学特性,提出了夹杂物在切削加工过程中的变形机理.     

夹杂物尺寸及分布对FGH97高温合金低周疲劳性能的影响

利用扫描电子显微镜、能谱仪、金相显微镜、低周疲劳试验机研究了镍基粉末高温合金FGH97材料650℃低周疲劳性能与断口夹杂物尺寸、面积及分布的关系。结果表明:FGH97热等静压材料低周疲劳裂纹源主要由非金属夹杂物引起。非金属夹杂物尺寸小于临界值(约80μm)时,夹杂物尺寸和位置对650℃最大应力980 MPa低周疲劳寿命无明显影响,疲劳寿命均值达到190 992周次。当夹杂物尺寸超过临界值(约80μm)时,则夹杂物尺寸越大,越靠近表面,低周疲劳寿命越低。因此,控制夹杂物尺寸是提高FGH97高温合金低周疲劳寿命的有效方法。     

镍基粉末合金中碳化物的析出行为研究

研究了FGH95镍基粉末合金固溶处理后的碳化物析出行为,并计算了碳化物的析出温度。结果表明,镍基粉末合金经过1 160℃固溶处理后,有不连续碳化物在晶界处析出。计算结果显示,固溶温度高于1 080℃时会析出NbC,高于807℃时析出TiC。     

新型镍基粉末高温合金FGH98的高温疲劳裂纹扩展行为研究

测定了新型粉末高温合金FGH98在650℃空气环境中的疲劳裂纹扩展速率,与前两代粉末高温合金FGH95和FGH96的裂纹扩展速率进行了比较分析,研究了合金显微结构以及保载时间对FGH98合金裂纹扩展速率的影响.结果表明,FGH98合金的高温疲劳裂纹扩展抗力较前两代粉末高温合金有了明显提高.控制固溶后以适当的方式冷却,使得二次和三次γ’相均匀匹配析出,可以获得具有良好疲劳裂纹扩展抗力的合金组织.粗晶组织有利于降低FGH98合金的疲劳裂纹扩展速率,尤其是在近门隘区.FGH98合金的高温疲劳裂纹扩展速率随保载时间的增加而增加,其断裂模式相应地从穿晶-沿晶混合断裂变为沿晶断裂.     

热处理工艺对FGH95合金涡轮盘组织和性能的影响

研究了 3种热处理工艺对粉末合金FGH95涡轮盘组织和性能的影响 ,对合金组织、析出相、断口以及在 6 5 0℃条件下的力学性能进行了分析 ,结果表明 ,工艺 112 0℃× 1h炉冷 870℃× 1h空冷 6 5 0℃× 2 4h空冷比较适合FGH95合金涡轮盘的热处理     

等离子旋转电极雾化FGH95高温合金粉末颗粒凝固组织特征

对等离子旋转电极雾化(PREP)FGH95高温合金粉末颗粒凝固组织特征进行研究,并用数值分析方法计算了FGH95合金粉末凝固过程中冷却速率与粉末粒度之间的关系,结果表明:粉末颗粒表面凝固组织主要是树枝晶和胞状长大晶,随着粉末颗粒尺寸的减小,内部凝固组织由树枝晶为主逐渐转变为以胞状晶及微晶组织为主,冷却速率与粉末粒度之间的关系为T=2.267×109d-1.649,由此得出FGH95合金二次枝晶臂距与冷却速率之间的关系为S=36.2T-0.24.     

镍基高温合金快速凝固粉末颗粒中MC型碳化物相的研究

对等离子旋转电极雾化（PREP）法制备的FGH95镍基高温合金粉末中碳化物的形态、结构、成分及其稳定性进行了实验研究,分析了粉末颗粒凝固过程中的热学参数和非平衡溶质分配对碳化物形成过程的影响．结果表明：快速凝固FGH95合金粉末中亚稳MC型碳化物形态的几何完整度随粉末颗粒尺寸减小由规则形态向复杂形态变化,不同尺寸粉末颗粒中碳化物的形态和数量决定于凝固过程中热学参数的变化和非平衡溶质分配系数的不同．亚稳MC型碳化物在加热作用下发生分解及合金元素再分配,其形态由复杂形状为主转变为规则形态的稳定MC型碳化物．     

等离子旋转电极雾化熔滴的热量传输与凝固行为

建立了在等离子旋转电极雾化 (PREP)制取合金粉末的过程中雾化熔滴的轨道运动方程 ,讨论了雾化熔滴在凝固过程中的热量传输与凝固行为 ,并确定了定量计算换热系数所需的雾化熔滴初始速度。用数值求解方法计算了FGH95高温合金雾化熔滴在PREP过程中的速度及其在凝固过程中的温度、固相分数、冷却速率等凝固参数。结果表明 :在作者提出的工艺参数下 ,FGH95合金熔滴的冷却速率达 10 4 K/s量级以上 ,合金过热度对冷却速率的影响主要在全液态阶段 ,而冷却速率和固相分数对氩氦气体的混合比例极其敏感     

镍基高温合金的高温力学性能及微观组织分析

以第三代镍基高温合金FGH98为研究对象,通过实验对比了FGH98合金和前两代合金FGH95和FGH96的疲劳寿命和高温裂纹扩展速率,并研究了微观晶粒尺寸和最大载荷保持时间对FGH98合金疲劳抗性的影响。结果表明,粗晶粒FGH98合金的疲劳寿命更长、裂纹扩展速率更低;FGH98合金的高温裂纹扩展速率随着保载时间的延长而增加。     

镍基高温合金的高温力学性能及微观组织分析

以第三代镍基高温合金FGH98为研究对象,通过实验对比了FGH98合金和前两代合金FGH95和FGH96的疲劳寿命和高温裂纹扩展速率,并研究了微观晶粒尺寸和最大载荷保持时间对FGH98合金疲劳抗性的影响。结果表明,粗晶粒FGH98合金的疲劳寿命更长、裂纹扩展速率更低;FGH98合金的高温裂纹扩展速率随着保载时间的延长而增加。     

高温低周疲劳损伤对FGH96合金力学性能影响的实验研究

通过设计FGH96粉末高温合金的高温低周疲劳试验和高温单轴拉伸试验,研究了不同应力水平下高温低周疲劳损伤对合金力学性能的影响,结合对断口形貌的观察和成分分析,分析了合金力学性能改变的微观机理。结果表明,受疲劳载荷作用期间位错运动的影响,合金的屈服强度、抗拉强度在损伤前期表现出上升的趋势;损伤后期,随着材料内部裂纹的不断增多及扩展,合金的弹性模量、抗拉强度不断退化。合金力学性能的变化与疲劳加载的应力水平表现出明显的相关性。断口显微组织分析表明,随着损伤程度的增加,合金高温拉伸断裂模式由韧性逐渐向脆性转变,高温氧化加速了断裂模式的转变。     

FGH96合金微观组织和力学性能调控研究

利用电子探针、场发射扫描电镜等先进检测手段分析了粉末冶金FGH96合金在不同固溶热处理条件下的组织演变和力学性能。结果表明：通过电子探针分析粉末冶金FGH96合金涡轮盘边缘部分,发现可观察到亮白色颗粒状的硼化物相,对照元素面扫描图像,可以判定硼化物相主要为富含元素W和Mo;随着固溶温度从1080℃增加至1160℃,抗拉强度和屈服强度都小幅度增加,而随着冷却速率的增加抗拉强度和屈服强度相应增加;通过不同固溶温度处理后FGH96合金的蠕变性能相当,而随着冷却速率的增加,蠕变抗力大大增加。     

碳含量对热等静压态FGH96合金碳化物的影响

对不同碳含量的FGH96成型合金中碳化物进行了研究,并对合金原始粉末表面成分偏析进行了测定,以深入探讨碳含量对合金中碳化物的影响。结果表明:FGH96合金中碳含量的增加,提高了原始粉末表面碳含量和富Ti层厚度;HIP(热等静压)态FGH96中碳化物主要为富Ti和Nb的MC,随着碳含量升高,合金中分布在原始粉末颗粒边界(previous particle boundary,PPB)上和PPB以外区域的碳化物含量均逐渐升高,而非PPB碳化物含量上升的幅度相对较大;合金中碳含量越高,PPB碳化物中强碳化物形成元素的含量越低,非PPB碳化物的成分不受合金碳含量的影响;碳的加入促进了PPB碳化物的粗化,并扩展了其尺寸分布的范围;合金中碳含量越高,PPB碳化物的平均自由程越小,合金在室温下的断面收缩率越低。     

粉末冶金涡轮盘寿命稳健性分析与设计

基于限界不确定性原理和方法，对粉末冶金涡轮盘寿命进行稳健性分析与设计。首先，系统给出了分析方法：结合区间有限元方法，给出了在给定参数限界不确定性时，FGH95材料粉末冶金盘寿命的限界(上下限)。其次，分析了在满足粉末冶金盘设计寿命(以4000周次为例)时，各随机变量所要求的限界(偏差)范围和组合取值范围。此方法克服了经典可靠性理论对随机变量分布要求的严格性，适于工程应用，为盘的质量控制提供明确的指导和依据。     

热挤压态FGH95合金的动态再结晶机制研究

针对热挤压态FGH95合金进行变形温度为1050~1120 ℃、变形量为50%和70%、应变速率为10?4~1 s?1的热压缩试验,研究该合金动态再结晶（DRX）的组织演变和形核机制。结果表明:提高变形温度和降低应变速率可以促进小角度晶界向大角度晶界迁移,有利于动态再结晶晶粒的长大;变形温度和变形量对热挤压态FGH95合金的动态再结晶机理的影响不明显,而应变速率对动态再结晶机制影响较大;随着应变速率的增加,热挤压态FGH95合金由不连续动态再结晶机制逐渐转变为连续动态再结晶机制;热挤压态FGH95合金的动态再结晶以不连续动态再结晶形核机制为主,以连续动态再结晶形核机制为辅;在1050 ℃、1 s?1变形条件下,热挤压态FGH95合金发生连续动态再结晶形核。     

固溶热处理对新型镍基粉末FGH98Ⅰ高温合金组织与性能的影响

对新型镍基粉末高温合金(FGH98Ⅰ)在不同温度下进行固溶热处理,采用热力学相计算、光学显微镜、场发射扫描电镜及化学相分析等研究了亚固溶和过固溶合金的析出相和显微组织,并综合分析了组织与性能的关系。结果表明:FGH98Ⅰ合金经1130℃亚固溶和1190℃过固溶处理后的析出相均为γ’、MC、M23C6和M3B2等,未发现TCP(拓扑密堆)相。FGH98Ⅰ合金亚固溶热处理后晶粒稍有长大,存在尺寸不同的初次、二次和三次γ′相;过固溶热处理合金的晶粒明显长大,存在单模分布的二次γ′相;前者由于晶粒较小使强度更高,后者因减小二次γ′相尺寸和消除初次γ′相,PPB(原始颗粒边界)和残余枝晶,提高了合金的高温塑性和持久性能,说明不同晶粒尺寸和γ′相特征是FGH98Ⅰ盘件获得双性能的关键因素。     

FGH96、FGH97粉末盘的无损检测

通过对FGH96粉末、FGH97粉末镍基高温合金涡轮盘、篦齿盘无损检测方法研究,确定了粉末盘超声检测和荧光检测工艺。通过检测结果研究发现,热等静压+锻造态合金有利于超声检测,并发现了缺陷显示;直接成型热等静压态合金有利于荧光检测,并发现了缺陷显示。     

激光直接沉积界面超声反射与力学性能关系研究

通过对激光直接沉积制备的FGH96粉末高温合金与K441高温合金界面超声回波的研究,分析界面回波高度变化的原因,在不同回波高度位置取样进行室温拉伸性能测试,断口观察并利用EBSD测量K441高温合金的晶粒取向。结果发现,不同回波高度位置取出的试样拉伸性能差异不大,回波高度与拉伸性能无明显相关性,试样回波高度的变化主要是由于K441高温合金粗晶粒取向不同造成的,FGH96粉末高温合金/K441高温合金界面可能产生φ1.2 mm平底孔当量的伪缺陷显示。