镍基双合金扩散偶的拉伸性能研究

采用热等静压(HIP)扩散连接工艺,获得了镍基单晶高温合金与粉末高温合金的扩散偶。研究了热等静压和热处理工艺对扩散偶的组织和拉伸性能的影响。结果表明,不同温度热等静压的扩散偶均实现了冶金结合,瞬时拉伸断口位置处于DD402侧,断裂面为{111}滑移面。随着HIP温度升高,DD402母材的γ′相粒子粗化,FGH95粉末合金母材的再结晶晶粒长大;1 166℃HIP扩散偶热处理后,FGH95粉末合金的γ′相由晶界大尺寸γ′相、晶粒内中等尺寸的和细小的γ′相组成。扩散偶试样的650℃抗拉强度受HIP温度影响小,而屈服强度随着HIP温度升高而降低。     

过热处理对单晶高温合金拉伸性能的影响

不同温度条件下,对DD6单晶高温合金保温1h后空冷处理,以模拟合金的过热服役情况,研究了合金在不同温度过热处理后的显微组织和1 000℃的拉伸性能.结果表明,DD6合金在1 100,1 150和1 200℃过热处理后,γ′相尺寸稍有增大.1 250℃过热处理后,γ′相尺寸明显增加,尺寸极不均匀,大部分γ′/γ相界面为锯齿状.1 300℃过热处理后,少部分γ′相具有锯齿状的γ′/γ相界面,大部分为重新析出的细小γ′相.1 320℃过热处理后,γ′相全部回溶后重新析出不规则、细小的γ′相.合金在1 200℃过热处理后屈服强度和抗拉强度明显降低,其他温度下过热处理对合金的拉伸性能影响较小.这主要是因为合金在1 200℃过热处理后,γ基体通道宽度最大,而γ′相体积分数最小.     

FGH4102粉末高温合金等温热模拟压缩试验及动态再结晶组织研究

本文研究了新型第四代粉末高温合金FGH4102在等温热模拟压缩过程中的组织演变,对γ′相在动态再结晶过程中的作用进行了探讨。结果表明,热等静压态合金在1 060～1 120℃温度范围变形时,热加工性能较好。1 140℃变形后试样容易发生开裂,合金热加工性能较差。合金在γ+γ′两相区变形时均发生了不同程度的动态再结晶,再结晶晶粒尺寸远小于热等静压态的晶粒尺寸。变形过程中,尺寸较大的γ′相起到促进动态再结晶的作用。变形参数对动态再结晶的影响非常显著。低温高应变速率变形时,γ′相促进动态再结晶形核占主导地位,再结晶晶粒比较细小;高温低应变速率变形时,晶粒长大逐渐占据主导地位,再结晶晶粒尺寸较大。     

固溶温度对粉末镍基高温合金组织与蠕变行为的影响

通过蠕变性能测试和组织形貌观察,研究固溶温度对FGH95镍基合金组织结构与蠕变行为的影响.结果表明:经热等静压后,合金的组织结构主要由不同尺寸γ′相和γ基体组成;经1150℃固溶和油冷处理后,粗大γ′相在原始颗粒边界不连续分布,且粗大γ′相周边存在γ′相贫化区;随固溶温度提高到1160℃,合金中粗大γ′相数量和尺寸明显...     

热处理制度对粉末高温合金性能的影响

对比研究了FGH95合金在不同热加工工艺和热处理制度下γ′相的分布，观察了不同热处理制度处理后合金的组织及时效后小γ′相的中心暗场像相，测试了室温（20℃）和高温（650℃）下材料的拉伸性能，并对高温（650℃）瞬时断裂区断口进行了对比分析。结果表明：相同热处理工艺，热等静压温度较高时，时效析出的γ′相尺寸大；不同热处理制度能改变γ′相的分布，盐浴冷却明显增大中等尺寸γ′相数量和合金的高温塑性。     

热等静压冷却速度对粉末冶金高温合金组织及性能的影响

设计了热等静压机冷速的模拟实验。采用两种冷速研究了热等静压(HIP)对粉末高温合金γ′相形貌、尺寸及性能的影响。结果表明,由于HIP冷速低,析出的γ′相尺寸大,在冷却过程中γ′相发生了分裂,γ′相形貌发展成八瓣状、八瓣树枝状和树枝状;冷速越低,γ′相形貌趋向长成树枝状。两种冷速HIP处理的试样经热处理后,γ′相尺寸和形貌发生了改变,由于热处理冷速快,γ′相变为较为规则的细小方形,组织基本相同,力学性能几乎无差别。     

镍基粉末高温合金的微观组织与低周疲劳性能

以镍基合金粉末为原料,通过热等静压与热挤压以及1 130℃/1 h条件下热处理,制备一种新型镍基粉末冶金高温合金,在750℃大气环境下对该合金进行低周疲劳试验,分析合金疲劳前的微观组织、低周疲劳循环应力响应行为和断口形貌。结果表明,镍基合金粉末经过热等静压后,出现原始颗粒边界,主要为粗大的γ′相和细小的碳氧化物。热等静压坯体经过热挤压并进一步热处理后,原始颗粒边界消失,晶粒细化到7.5μm左右,合金的γ′相主要有3类:晶界上的粗大γ′相、晶内近球形的中等尺寸γ′相和弥散分布的球形细小γ′相。该合金的低周疲劳断裂方式以沿晶断裂为主,断裂面的晶粒表面有不同程度的氧化。     

一种[001]取向镍基单晶高温合金蠕变特征

研究了一种[001]取向镍基单晶合金的蠕变特征和变形期间的微观组织结构.结果表明:在低温高应力和高温低应力条件下,合金具有较长的蠕变寿命和较低的稳态蠕变速率;在700℃,720MPa条件下,透射电镜(TEM)观察显示蠕变期间的变形特征是1/2110位错在基体中运动,发生反应形成1/3112超肖克利(Shockley)不全位错,切入γ′相后产生层错.在900℃,450MPa条件下,没有出现蠕变初始阶段,γ′相从立方体形态演化成筏形;在加速蠕变阶段,多系滑移开动,大量位错剪切γ′相是变形的主要机制.在1070℃,150MPa条件下,γ′相逐渐转变成筏形组织,并在γ/γ′界面处形成致密的六边形位错网,位错网可以阻止位错切入γ′相,提高蠕变抗力;在蠕变后期,位错以位错对形式切入γ′相,是合金变形的主要方式.     

热处理对一种Ni3Al基单晶合金组织的影响

利用光学显微镜和扫描电镜对Ni3Al基单晶合金IC21的铸态组织和不同热处理制度后的组织进行了观察,研究了固溶温度和时效温度对合金热处理组织的影响.研究结果表明,IC21单晶合金的铸态组织由γ’相、γ相以及枝晶间的白色块状析出相组成,枝晶干上γ’相尺寸比枝晶间的γ’相尺寸大.IC21单晶合金的初熔温度约为1345℃,热处理窗口约为65℃.枝晶间γ’相的溶解温度低于枝晶干γ’相的溶解温度.固溶温度越高,时效处理后γ’相的尺寸越均匀.一级时效处理温度对γ’相的尺寸、形态和数量有明显影响.随着一级时效温度的增加,γ’相的体积分数和尺寸增加,形状由类球状向立方状再向长条状转变.1320 ℃/10 h/aac+ 1060℃/2 h/ac +870℃/32 h/ac热处理后可使合金获得γ’相尺寸和分布均匀且立方度高的优良组织.     

试样尺寸对一种单晶高温合金组织的影响

 通过制备两种不同尺寸单晶试样的凝固试验,研究了试样尺寸对DD3单晶高温合金组织的影响。结果表明,在相同的凝固工艺条件下,试样尺寸增大,合金的一次枝晶间距和二次枝晶间距变大,合金元素的偏析程度稍有增加,枝晶干和枝晶间的铸态γ′相尺寸稍有增大,显微疏松无明显改变,共晶的尺寸和含量增加;经相同的热处理工艺处理后,试样尺寸增大,合金枝晶干和枝晶间的γ′相尺寸稍有增大。     

FGH91粉末高温合金与K418B铸造叶环热等静压扩散连接研究

采用热等静压工艺进行了FGH91粉末高温合金和K418B铸造叶环扩散连接试验,研究了FGH91-K418B双合金的界面成分扩散和连接接头的组织和力学性能。结果表明,在连接界面足够清洁的条件下,选择1190 ℃+170 MPa的热等静压工艺,可以实现FGH91和K418B两种合金良好的冶金连接。进一步观察和分析发现,扩散连接接头致密完整,无夹杂物和连续的第二相析出物,扩散区宽度80～120 μm。FGH91-K418B双合金的拉伸性能、持久性能和显微组织具有良好的一致性,试样断裂均未发生在界面结合处。     

铸型温度对单晶高温合金叶片凝固组织的影响

在高温度梯度真空定向凝固炉中,采用螺旋选晶法通过3种不同铸型温度分别制备了[001]取向的DD6单晶高温合金叶片,利用光学显微镜和扫描电镜观察了不同工艺条件下合金的铸态组织,研究了铸型温度对单晶高温合金凝固组织的影响。结果表明,随着铸型温度的升高,合金的一次枝晶间距和二次枝晶间距变小,合金元素的偏析程度降低,枝晶干和枝晶间的铸态γ′相尺寸减小,共晶的尺寸和含量稍有减小,显微疏松的尺寸和体积分数稍有减小。     

Effect of Hf on Stress Rupture Properties of DD6 Single Crystal Superalloy After Long Term Aging

 The specimens of the second generation single crystal superalloy DD6 with different Hf contents were prepared in the directionally solidified furnace with a high temperature gradient. The long term aging of the specimens after full heat treatment was performed at 1040 ℃ for 800 h. The effect of Hf on the microstructure and stress rupture properties under 980 ℃/250 MPa of the alloy after long term aging was investigated. The results show that the γ′ coarsening and rafting and no topologically close packed phase (TCP) are observed in the microstructures of DD6 alloy with different Hf contents after aged at 1040 ℃ for 800 h. It indicates that DD6 alloy with different Hf contents all possesses good microstructure stability. With increasing Hf content the rupture life after long term aging turns shorter and the elongation represents the increasing first and decreasing afterwards. The fracture mechanism of the alloy with different Hf contents at 980 ℃/250 MPa all shows dimple model. The influence of the microstructures on the stress rupture properties of the alloy is also discussed.     

铼对单晶高温合金γ、γ′相的影响

 以DD6合金为基础，适当调整铼含量，浇注出4种不同铼含量的单晶合金。通过对标准热处理后合金试样扫描电镜和透射电镜的观察、测量和分析，研究了铼含量对热处理合金γ、γ′相尺寸、分布、体积分数以及合金元素在两相间的分配行为的影响。结果表明，铼对上述各因素的影响显著。     

Mo含量对第四代单晶高温合金 组织及稳定性的影响

为优化第四代单晶高温合金的Mo含量，在真空定向凝固炉中采用选晶法制备1 % Mo和3 % Mo的2种单晶高温合金, 采用JMatPro软件计算了不同Mo含量合金相图，通过扫描电镜和能谱仪研究Mo含量对合金凝固特征，铸态组织，热处理组织和1 100 ℃/1 000 h长期时效组织的影响.结果表明，随着Mo含量增加，固液相线下移，糊状区变宽，γ′相和TCP相含量增加；铸态合金中共晶含量减少，γ相尺寸减小，其均匀化和立方化程度稍有增加；此外，热处理组织中γ′相立方化程度增加，长期时效组织中TCP相析出量增加，合金的组织稳定性下降.      

一种单晶高温合金的组织和持久性能

研究了一种第二代单晶高温合金的显微组织和不同条件下的持久性能.研究结果表明合金铸态组织由γ相、γ′相和共晶相组成.完全热处理后,无共晶和初熔,γ′相立方化较好.合金不同条件下持久性能良好.在760 ℃/800 MPa条件下持久断裂为类解理断裂,而合金980 ℃/250 MPa、1 100 ℃/140 MPa的高温持久断裂显示出韧窝断裂特征.持久断裂组织分析表明,在760 ℃/800 MPa条件下,γ′相仍保持立方状.在980 ℃/250 MPa条件下,γ′相发生筏排化.在1 100 ℃/140 MPa条件下,γ′相筏排化更严重.      

Al含量对镍基单晶高温合金组织 和持久性能的影响

采用选晶法在定向凝固炉中制备了5.6 % Al和6.0 % Al的2种单晶高温合金,保持其它合金元素含量相同,热处理后在1 040 ℃长期时效800 h,采用扫描电镜研究了Al含量对合金共晶含量、热处理组织、长期时效组织和持久性能的影响.结果表明,随着Al含量增加,合金铸态组织中的共晶含量稍有增加,热处理组织中枝晶干γ′相无明显变化,枝晶间的γ′相稍有增大.随着Al含量增加,合金时效组织中TCP相析出量增加,枝晶间γ′相筏排化倾向增加,合金的组织稳定性变差.随着Al含量增加,合金的持久寿命增加,延伸率和断面收缩率减小.      

FGH96合金固相扩散连接界面组织与失效机制

对原始状态分别为锻态、固溶态和半时效态的FGH96合金固相扩散连接界面显微组织进行表征,并对连接界面的拉伸性能进行测试,对失效行为进行研究。结果表明,锻态、固溶态和半时效态试样经固相扩散连接后界面均实现了良好的冶金结合,连接界面无孔洞和缝隙等缺陷。锻态试样界面扩散更为充分,组织过渡更为平缓;固溶态和半时效态试样界面存在明显的连接影响区。锻态试样经固相扩散连接和标准热处理后,二次γ?相细小、均匀且呈典型椭球状;固溶态和半时效态试样因固相扩散连接热循环的作用导致γ?相发生长大和分化。二次γ?相尺寸及形貌的不同决定了界面区域性能水平的差异。电子背散射衍射测试结果表明,连接界面处大晶粒的择优取向为{100},距离固相扩散连接界面越近,晶粒的择优取向越明显。拉伸试验结果表明,锻态试样经固相扩散连接和标准热处理后,连接界面处的强度达到基体强度的99%以上。拉伸裂纹主要萌生于连接界面大晶粒及γ?相粗化聚集区域,体现为穿晶的韧窝型断裂。