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。     

GH4033合金短时超温后的显微组织损伤及力学性能

对已服役的航空发动机用GH4033合金二级涡轮叶片榫头部位进行900~1100℃短时超温3 min热处理,之后再进行组织表征和力学性能测试,研究了短时超温过程中合金的组织损伤及其对室温硬度和700℃,430 MPa下持久寿命的影响规律.结果表明,GH4033合金中γ'相颗粒在短时超温过程中发生粗化和回溶现象,当温度达到980℃及以上时,保温3 min后γ'相完全回溶;随着超温温度的升高,晶界碳化物逐渐溶解,1100℃时完全溶解,并造成晶粒开始长大.短时超温后叶片合金的室温硬度随着γ'相的回溶急剧下降,当γ'相完全回溶时室温硬度降低至170 HV左右.合金在700℃,430 MPa下持久寿命随着短时超温温度的升高呈现先增大后急剧降低的规律,其主要受γ'相的回溶与再析出以及晶界碳化物回溶的影响.     

DD5合金单晶双联整铸导向叶片的热工艺匹配性

研究了DD5合金单晶双联整铸导向叶片热工艺顺序对组织和性能的影响。结果表明,DD5合金标准热处理后,合金组织由碳化物、残留共晶相和规则立方状的γ'相组成。与标准热处理相比,时效前后的焊接,碳化物形貌和数量无明显变化,γ'相和基体通道尺寸呈不均匀分布,γ'相的立方化程度降低,可见锯齿状的γ'/γ相界面,基体通道可见细小不规则的二次γ'相。与时效后进行钎焊工艺相比,时效前进行钎焊工艺的γ'/γ相界面锯齿化程度较轻,γ'相的立方化程度稍好,对合金870 ℃拉伸性能、980 ℃/250 MPa和1093 ℃/158 MPa持久性能没有明显影响。考虑到叶片研制生产工序的安排,建议DD5合金导向叶片先进行标准热处理,再安排焊接工序。     

恢复热处理固溶温度对DD11单晶合金组织及持久性能的影响

为修复单晶合金涡轮叶片退化组织及提高其持久性能,对一种第二代镍基单晶合金DD11进行1 070℃/3 000 h长期时效处理后再进行恢复热处理,研究了恢复热处理工艺中固溶温度对DD11单晶合金组织和持久寿命的影响.结果表明:恢复热处理可以有效消除长期时效处理试样中粗大γ'相组织并恢复其体积含量,使合金的组织和持久寿命恢...     

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。     

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。     

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。     

Manurite900高温合金长期服役后的性能及其热处理修复

通过宏观和微观组织、硬度、常温冲击性能、力学性能测试与观察,对服役6万多小时的Manurite900高温合金炉管进行了分析.结果表明,Manurite900高温合金长期服役后的组织由骨架状共晶碳化物转变为网链状,二次碳化物长大粗化,合金性能严重下降.对服役炉管材进行了固溶热处理修复后,合金组织发生转变,一次碳化物呈骨干状,二次碳化物变得细小且弥散分布,炉管材力学性能显著上升,接近于新炉管材料性能.     

恢复热处理对R26高温合金螺栓组织和力学性能的影响

对某发电站机组服役约6万小时后硬度超标的R26高温合金螺栓进行恢复热处理，通过化学成分检测、显微组织观察、力学性能测试及断口分析，研究了恢复热处理对R26高温合金螺栓组织和力学性能的影响。结果表明，R26合金的显微组织主要为奥氏体，并存在大量孪晶。硬度超标试样的晶界上存在断续分布的碳化物；经恢复热处理后，晶粒细化且均匀化，晶界上的碳化物溶解，晶内析出γ′相。恢复热处理可使R26合金螺栓的硬度恢复到标准范围内，同时提高塑性和韧性。     

Study of a Novel DS Superalloy DZ142

研究了一种新型定向高温合金DZ142的微观组织,测定了DZ142合金持久性能、抗氧化性能、抗热腐蚀性能并与DZ125L合金进行比较。结果表明:热处理后的DZ142合金组织主要由γ、γ′、(γ+γ′)共晶和MC型碳化物组成;经长期时效处理,合金时效组织中未见有害的TCP相,碳化物类型仍为MC型。DZ142合金的持久性能,高温抗氧化性能和抗热腐蚀性能都优于DZ125L合金。     

浅论航空发动机涡轮转子叶片再生热处理的主要技术路径

涡轮转子叶片是航空发动机的关键件之一,长期在非常苛刻的环境下工作,当服役到一定寿命时,其组织和性能会发生退化。如能及时对其进行恢复,涡轮转子叶片的使用寿命将会大幅度延长。本文采用再生热处理恢复涡轮转子叶片组织和性能,浅论其主要技术路径。     

应力时效对发动机用GH4169镍基合金组织演化及蠕变抗力的影响

研究GH4169定向凝固镍基合金在近服役状态下表现出的蠕变性能,并对其进行SEM与TEM微观形貌表征。结果表明:合金蠕变过程包含了初期蠕变、稳态蠕变与加速蠕变3个阶段。合金可以达到9600 h的较长蠕变寿命,表明此合金具备优异的蠕变抗力。经过3000 h蠕变后,γ'相尺寸变得更加粗大,γ基体通道内发生了大量位错滑移的现象,同时,也有部分位错通过剪切方式进入到γ'相中。对合金进行固溶热处理后,晶界区域生成了许多细小碳化物,且在枝晶间产生了约0.4μm的近立方γ'相。当应力时效时间逐渐延长后,γ'相厚度开始增大;当试样最后蠕变断裂时,断口区的γ'相厚度约为1.8μm。     

基于蠕变损伤的定向凝固DZ125合金恢复热处理研究

以涡轮叶片用DZ125合金为研究对象,通过蠕变中断实验模拟涡轮叶片的服役损伤,并分别在1230,1240和1250℃进行恢复热处理,随后再次进行与恢复热处理前相同条件下的蠕变中断实验,对比研究了恢复热处理对DZ125合金蠕变退化组织与性能的影响.结果表明,DZ125合金在980℃,207 MPa条件下经蠕变中断实验与恢复热处理后,引发再结晶的临界应变量介于3.5%~10.0%之间.1230℃固溶热处理部分消除了合金在1.0%蠕变过程中形成的粗大g'相,导致其经2次时效处理后的基体组织中g'相大小不均匀,从而部分恢复其原有性能.固溶温度进一步提高至1240~1250℃,不仅消除了粗大g'相而且显著降低了残余共晶g'相含量,并在时效处理后获得均匀组织.因此,恢复热处理的效果得到显著提高,达到甚至超过原有性能.     

均匀化处理对MX246A合金组织和拉伸性能的影响

对MX246A合金进行了两段式均匀化热处理,采用扫描电镜观察了均匀化后的微观组织,测试了铸态和均匀化态MX246A合金在850℃和1100℃下的拉伸性能。结果表明,与铸态相比,均匀化热处理后MX246A合金的1100℃的塑性增加,但850℃的塑性降低。均匀化热处理后在枝晶间和晶界处存在大量被γ'包膜包覆的M6C碳化物;拉伸时,裂纹起源于这些碳化物,并沿碳化物与γ'包膜的界面进行扩展。在850℃时γ'包膜韧性差,碳化物处产生的应力集中无法释放是均匀化后MX246A合金的850℃塑性降低的主要原因。     

第二代耐热腐蚀镍基单晶高温合金DD489及其典型性能

研究了燃气轮机用第二代耐热腐蚀单晶高温合金DD489的显微组织,组织稳定性,典型力学性能和耐腐蚀性能,并与RenéN5合金进行了比较。结果表明:DD489合金的一次枝晶臂间距为345. 0μm,固/液相线温度分别为1370. 1℃和1400. 8℃。标准热处理态合金枝晶干部位γ'相形貌接近立方体形,面积分数为68. 4%。DD489合金950℃长期时效γ'相粗化速率小于RenéN5合金。DD489合金具有优异的组织稳定性,耐热腐蚀性能与RenéN5合金相当,承温能力较RenéN5高约10℃,能够满足重型燃气轮机涡轮叶片的使用要求。     

合金成分和工艺参数对镍基铸造高温合金GMR235组织和性能的影响

研究了微量元素(C, B, Zr)含量、浇注方式和热处理制度对镍基高温合金GMR235组织和性能的影响,并利用热力学软件计算了合金平衡相图。结果表明：设计合金中主要的平衡相为γ′相、M6C碳化物、一次碳化物MC相、M3B2硼化物、M23C6和γ相基体。C含量为0.18%(质量分数)时铸态合金具有较好的持久性能和高温拉伸性能。添加合金元素B、Zr可明显提高合金的持久寿命、改善持久塑性,抑制碳化物析出,并使碳化物颗粒细化。铸模温度为800 ℃、出钢温度为1420 ℃时,合金的综合性能最优。经过5 h时效后,合金高温持久寿命明显升高且保持了铸态时的塑性。随着时效时间延长,γ′相粗化使合金高温抗拉伸强度降低     

K447A合金的热处理组织和拉伸性能研究

通过对K447A合金在不同热处理状态下的显微组织观察和拉伸性能测试,研究了合金显微组织的演变规律及其对拉伸性能的影响。结果表明,合金铸态组织主要包括γ基体、γ′相、碳化物及γ/γ′共晶,碳化物多分布于晶内枝晶干和晶界。固溶处理后,γ′相由大、小两种尺寸的组成,碳化物发生"碎化",且由γ′相包覆,同时枝晶间处析出了细小的MC型碳化物。高温(1100℃)时效热处理使γ′相长大,同时再次析出细小γ′相;低温(870℃)时效热处理则使γ′相形貌接近长方形。拉伸性能结果表明,合金经固溶热处理和时效热处理后的抗拉强度相近,但时效热处理后的伸长率有所增加。     

热处理工艺对DD6单晶高温合金组织的影响

以DD6单晶高温合金为对象,研究了不同热处理工艺对其微观组织的影响。结果表明,DD6单晶高温合金中二次γ'相的析出位置在基体通道中。冷却速度对二次γ'相有很大影响,一次γ'相的尺寸受冷却方式的影响不大。经过二次时效处理后,二次γ'相被溶解。