两种钎料大间隙钎焊K465合金接头组织及性能

采用预填镍基合金粉的方法,分别采用一种钴基钎料和一种镍基钎料对K465镍基铸造高温合金进行了大间隙钎焊试验。结果表明,这两种钎料均能实现K465合金的大间隙钎焊。钴基钎料钎焊接头微观组织主要包括镍基合金粉颗粒、粉颗粒间Ni-Co基固溶体以及固溶体上分布着的灰色块状相M23(C,B)6和白色块状相M3B2。镍基钎料钎焊接头微观组织包括镍基合金粉颗粒、粉颗粒间Ni-Cr基固溶体以及分布在颗粒上和颗粒间的白色物相M3B2。钴基钎料钎焊接头900℃平均抗拉强度520 MPa,高于镍基钎料钎焊接头的488 MPa,两者均超过了母材强度的50%。     

不锈钢芯板钎焊残余应力的有限元分析

采用BNi-2镍基钎料对GH4738和GH3536异种高温合金在1 040 ℃ × 10 min条件下进行真空钎焊,通过扫描电子显微镜和能谱仪分析了钎焊接头的微观组织及物相组成,并测试了钎焊接头的高温强度。结果表明,钎缝与母材界面结合良好,且钎缝组织致密。在钎焊接头观察到3个特征组织区域,分别为元素扩散区、等温凝固区和非等温凝固区。等温凝固区由镍基固溶体组成,而非等温凝固区除了镍基固溶体外,还存在大量的Ni₃Si相及少量的富含Cr,Mo的硼化物。在730 ℃高温条件下,钎焊接头抗拉强度为259 MPa。在拉伸过程中,钎焊接头沿非等温凝固区开裂,而Ni₃Si及硼化物等脆性相内部形成的微裂纹促进了钎焊接头的断裂。

     

GH4738/GH3536异种高温合金钎焊接头的组织与性能

采用BNi-2镍基钎料对GH4738和GH3536异种高温合金在1 040℃×10 min条件下进行真空钎焊,通过扫描电子显微镜和能谱仪分析了钎焊接头的微观组织及物相组成,并测试了钎焊接头的高温强度。结果表明,钎缝与母材界面结合良好,且钎缝组织致密。在钎焊接头观察到3个特征组织区域,分别为元素扩散区、等温凝固区和非等温凝固区。等温凝固区由镍基固溶体组成,而非等温凝固区除了镍基固溶体外,还存在大量的Ni3Si相及少量的富含Cr,Mo的硼化物。在730℃高温条件下,钎焊接头抗拉强度为259 MPa。在拉伸过程中,钎焊接头沿非等温凝固区开裂,而Ni3Si及硼化物等脆性相内部形成的微裂纹促进了钎焊接头的断裂。     

合金粉对K640钎缝组织及性能的影响

采用预填合金粉的方法对铸造钴基高温舍金K640进行了大间隙钎焊及常规钎焊,通过扫描电镜、能谱分析仪对钎焊接头进行了微观组织观察和成分分析,并进行了高温持久性能能测试.结果表明:常规钎焊接头成分偏析较严重,钎缝中央聚集了大量的化合物和低熔共晶相;而大间隙钎焊中由于合金粉的加入,钎缝组织得到了明显的改善,化合物及低熔共晶相大大减少,有利于接头性能的提高,但钎缝中少量孔洞的出现将在一定程度上降低接头的性能.常规钎焊接头的平均持久强度为19 h48 min,断裂发生于钎缝土,并产生少量颈缩;大间隙钎焊接头平均持久强度达到21 h43 min,且断裂发生在母材上.     

K480镍基高温合金钎焊接头组织与性能

采用Ni-Nb-W-Co-Cr-Al钎料对K480高温合金进行真空钎焊,通过扫描电镜和能谱分析研究了钎焊接头微观组织和钎焊保温时间对微观组织的影响,通过拉伸试验机研究了钎焊接头高温拉伸性能的变化规律。结果表明,在1 220 ℃×15 min镍基钎料可与高温合金粉末发生冶金反应生成致密完整的钎焊接头。钎焊接头主要由高温合金粉末颗粒、γ+γ′共晶相、含Si硼化物相和富Nb的Ni3Si相组成。与此同时,钎料中的Nb,W等元素向母材发生扩散生成(Nb,Ti)C和(Mo,W,Cr,Ni)3B2相。随着钎焊保温时间延长,合金粉末颗粒不断长大,接头中脆性化合物总量减少,含Si的硼化物逐渐由块状、条状转变为骨架状(Mo,W,Cr,Ni)3B2相,保温时间超过1 h,接头内出现大尺寸孔洞缺陷。保温时间为15 min时可获得最佳的接头性能,980 ℃高温拉伸强度为585 MPa,达到母材性能的90%以上。保温时间超过1 h后,钎焊接头高温拉伸性能出现下降趋势,其原因主要是由于(Mo,W,Cr,Ni)3B2骨架状结构和大尺寸孔洞缺陷的出现所致。创新点： (1)采用Ni-Nb-W-Co-Cr-Al镍基钎料钎焊K480合金,高温拉伸强度可达到母材强度的90%。(2)延长钎焊保温时间有利于接头内元素扩散,减少脆性化合物相,从而提高接头性能。(3)对于使用大间隙钎焊工艺的Ni-Nb-W-Co-Cr-Al镍基钎料,延长保温时间,接头内脆性化合物相总量降低,但含Si的硼化物相逐渐由块状、条状转变为对接头性能更加不利的(Mo,W,Cr,Ni)3B2骨架状结构,保温超过1 h时接头内甚至出现孔洞缺陷,接头性能呈现下降趋势。     

不同钎料钎焊K465高温合金接头的组织和性能

分别采用一种镍基活性钎料和Co45NiCrWB钴基钎料,在1 220℃下对镍基铸造高温合金K465进行了钎焊试验.结果表明,这两种钎料均可实现K465合金的钎焊.镍基活性钎料钎焊接头室温拉伸强度为862 Mpa,975℃持久强度基本达到母材性能指标的40%;Co45NiCrWB钎料钎焊接头室温拉伸强度为714 Mpa,975℃持久强度超过母材性能指标的40%,并可达到母材性能指标的50%.     

第二代单晶高温合金DD6高性能钎焊接头的组织及力学性能

采用新设计的镍基钎料在1220℃、30 min条件下钎焊了第二代单晶高温合金DD6,分析了不同钎缝间隙(0.05、0.10和0.15 mm)对接头组织和性能的影响.结果表明,新镍基钎料获得的DD6高温合金钎焊接头的钎缝基体为与DD6母材相似的γ+γ′双相组织.随钎缝间隙的增大,脆性硼化物相逐渐增多,且由断续条状转变成粗大的鱼骨状;在0.15 mm间隙内预填FGH95高温合金粉末后,鱼骨状硼化物相变得细小、弥散.当钎缝间隙由0.05 mm增至0.10 mm,内部γ+γ′双相组织更细小,且钎缝中γ′相强化元素Al、Ti、Ta的总量高,对接头起到了良好的强化作用,钎焊接头在980℃的高温拉伸强度为694 MPa.按DD6母材标准热处理制度对钎缝间隙为0.10 mm的钎焊接头进行焊后时效处理,钎缝基体组织中的γ+γ′双相组织形貌得到有效调控,γ′立方化程度增加,接头在980℃的高温拉伸强度为807 MPa,与DD6母材自身的强度相当.     

DZ40M合金钎焊接头组织与性能

采用Co-Cr-Ni系钎料在不同的钎焊工艺下对DZ40M定向凝固合金进行了真空钎焊试验,通过扫描电镜、波谱/能谱分析仪和X射线衍射仪对钎焊接头进行了微观组织观察和典型物相成分分析,测试了接头的高温持久寿命和高温拉伸强度.结果表明,钎焊接头主要由近缝区、扩散反应区和钎缝中心区组成,近缝区含有较少的化合物,扩散反应区由钴基固溶体、硼化物和碳化物构成,钎缝中心区则由大量的钴基固溶体、白色和灰色硼化物骨架以及少量的深色条块状或骨架状碳化物等构成;在1180℃/30 min钎焊工艺下接头980℃/83 MPa持久寿命最高,平均值达到18 h 10 min,900℃高温拉伸性能均超过母材技术标准规定的305 MPa.     

锆铜与镍基合金扩散钎焊界面微观组织及力学性能

在不锈钢与铜合金的扩散连接工艺研究的基础上,研究了锆铜与镍基高温合金材料的扩散钎焊连接行为,主要研究了焊接接头的微观形貌以及力学性能。结果表明,锆铜和镍基高温合金在焊接温度为880~900℃、焊接时间达到90~120min时,扩散钎焊接头界面结合良好,组织均匀致密,焊接接头的各项力学性能较好,可以实现冶金结合。     

镍基钎料加压钎焊等轴高温合金DZ22接头的组织与性能

采用镍基非晶态箔带BNi82CrSiB,在加压规范下对等轴高温合金DZ22进行了钎焊试验,结果表明此规范能实现等轴高温合金DZ22的连接,钎焊接头的室温和900 ℃的抗拉强度分别为853 MPa和658 MPa,两者均达到母材等轴高温合金DZ22性能指标的70%.     

单晶DD3与细晶FGH4095高温合金摩擦焊接头组织

对单晶DD3与粉末细晶FGH4095高温合金摩擦焊接接头,采用光学显微镜及SEM-EDS分析了接头组织、焊合区成分变化及接头连接机理.结果表明,焊合区两侧材料均形成了动态再结晶晶粒;连接界面位于两侧动态再结晶晶粒之间;连接界面两侧合金元素发生了扩散;两侧动态再结晶晶粒均有向对方弓形凸入长大的趋势,通过形成共同晶粒,实现两种异质材料的连接;FGH4095侧的动态再结晶晶粒向DD3一侧长大的趋势较大.DD3与FGH4095摩擦焊接过程中发生了摩擦面转移,实际的摩擦变形主要在DD3摩擦带内部,接头组织变化梯度大.     

铸造高温合金中氮的影响机理与控制

总结中国科学院院金属研究所高温合金与金属间化合物课题组近年来开展的几种铸造高温合金中氮(N)的研究结果;讨论了铸造高温合金中N的控制方法.结果表明:无论镍基还是钴基铸造高温合金,N含量随Cr含量或返回次数和比例的增加而增大,过高的N含量降低合金的力学性能,并导致合金质量明显下降,但N的影响机理不同;对镍基铸造高温合金,N主要以极难分解的TiN颗粒团簇存在于合金熔体中,在凝固过程中作为核心促进TiC碳化物的析出与快速长大,块状碳化物阻塞枝晶间的通道,降低合金液的流动性和补缩性,导致合金组织中的显微疏松明显增加以及合金力学性能的降低;对钴基铸造高温合金,高N含量提高合金的初始凝固温度,使得合金枝晶组织粗大,枝晶间板条状M7C3共晶碳化物数量增多、尺寸增大,抑制周围基体中M<,23>C<,6>相的沉淀,导致共晶碳化物/基体界面更容易形成裂纹而降低合金力学性能.     

中国高温合金40年

４０年来，中国高温合金从无到有，从仿制到创新，形成了一个比较完整的体系，基本满足了航空航天工业及民用的需要，并且取得了一批有创造性的成果。本文回顾了我国高温合金研制与生产的发展历程，概述了我国高温合金体系的特点和科研工作中的创新，指出了取得成绩的主要原因以及与国外相比存在的差距。     

先进镍基高温合金疲劳损伤的微观机制

通过对FGH96粉末高温合金、DZ125定向凝固高温合金、DD6单晶高温合金大量疲劳断口的断裂特征进行统计分析,研究了这3类镍基高温合金疲劳损伤的微观机制。结果表明,这3类合金疲劳断裂的宏观形貌有较大的区别,但由于这几类合金均为镍基面心立方晶体结构,因此其疲劳损伤断裂具有相同的微观演变规律和断裂机制,即:从疲劳裂纹的萌生至裂纹的快速扩展均是以滑移机制进行;疲劳扩展第1阶段均为类解理特征,疲劳扩展第2阶段为疲劳条带,快速扩展区呈现为滑移面、滑移台阶、韧窝特征。由于其组织和成形工艺的区别,其共同的特征表现的具体形貌有所区别。     

返回料添加比例对铸造钴基高温合金K640S 组织与性能的影响

研究了返回料添加比例对铸造钴基高温合金Ｋ６４０Ｓ组织和性能的影响。结果表明,随返回料添加比例的增加,合金中的氮含量明显增加,导致枝晶组织粗大、疏松倾向明显,引起力学性能的变化。当返回料添加比例大于６０％时,返回合金的高温拉伸强度降低,其中Ｍ２３Ｃ６型碳化物和基体的界面是拉伸破坏的起源地。研究发现,氮含量增加导致显微疏松增多,使高温蠕变第三阶段应变速率加快,导致Ｋ６４０Ｓ返回合金的持久强度和蠕变强度     

定向凝固和单晶高温合金的再结晶

本文系统分析了定向凝固和单晶高温合金再结晶的特点、危害以及影响再结晶的主要因素,阐述了再结晶的物理本质.再结晶行为受合金元素、变形程度、热处理温度及时间、变形速率、变形工艺等的影响.再结晶的物理本质是由铸态γ'相溶解控制的高能态畸变组织向低能态无畸变组织转变的过程.镍基定向凝固高温合金再结晶开始温度在1050℃左右,钴基定向凝固高温合金在1100℃左右.定向凝固和单晶高温合金的动态再结晶行为主要与高温氧污染和自由表面有关.再结晶对高温持久、疲劳性能影响较大,含再结晶层的断口源区表现为沿晶断裂.目前定向凝固构件上的再结晶检测普遍采用金相方法.     

火花等离子体放电制备高温合金细粉新技术

提出了火花等离子体放电(SPD)制备高温合金细粉新技术,并设计了样机.该方法与常用的高温合金制粉方法一等离子旋转电极法和氩气雾化法的原理不同,与之相比,该方法冷速更快,可制备粒度更细小的粉末,且设备简单.对2种高温合金进行制粉,实验表明:该方法制备的粉末粒度分布窄、球形度高、粉末颗粒表面光滑、看不到枝晶、颗粒内部是球状晶凝固组织,从而组织更均匀.     

定向凝固和单晶高温合金的再结晶研究

定向凝固和单晶高温合金具有优异的高温力学性能,是制造先进航空发动机涡轮叶片的主要材料.定向凝固和单晶高温合金的优异性能主要来源于消除了与主应力轴垂直的晶界,而再结晶的出现会显著降低合金的高温力学性能.针对近年来国内外对于定向凝固和单晶高温合金再结晶的研究,系统地介绍了定向凝固和单晶高温合金再结晶的特点、主要影响因素、再...     

DD6/FGH96线性摩擦焊接头组织及性能

文中针对航空发动机涡轮盘的典型材料DD6单晶和FGH96粉末合金材料,开展了异种材料线性摩擦焊工艺研究.研究了DD6/FGH96的可焊性,并对DD6/FGH96线性摩擦焊接头进行了组织观察和力学性能测试.结果表明,焊接后FGH96侧组织有明显变形区,而DD6侧组织变形不明显.两种材料焊缝区的γ'相均发生了溶解,而且尺寸也发生变化.拉伸测试结果表明,断裂均发生在DD6单晶侧,接头抗拉强度可与DD6单晶母材相当.     

我国独创和独具特色的几种高温合金的组织和性能

综述了中国科学院金属研究所高温合金和金属间化合物研究组50年来在高温合金材料方面的研究成果,重点介绍了9种我国独创和独具特色的高温合金,包括其成分和组织特点,力学性能、化学性能和物理性能,以及他们的冷、热加工性能和应用特点。