壁厚对某Ni3Al基高温合金铸件的微观组织及性能影响研究

通过设计不同壁厚薄板铸件,研究了不同壁厚对Ni₃Al基高温合金铸件组织和性能的影响。随着壁厚的增加,合金的二次枝晶臂随之增加。从元素分布上看,壁厚的增加会降低合金中Hf、Cr和Mo元素的偏析程度,促进Ti元素向枝晶间的偏析以及Al元素向枝晶干偏析,W元素的偏析程度则总体下降。从力学性能上看,壁厚增加会导致合金的拉伸强度和拉伸塑性显著增加。     

多相Ni3Al基高温合金微区氧化行为

以多相Ni₃Al基高温合金为对象,通过热处理得到了3种微区结构：枝晶干γ’+γ两相区、枝晶间β相和包裹着枝晶间β相的γ’包覆层,研究了不同微区组织在1000℃的等温氧化行为。3个微区在氧化初期呈现出不同的氧化行为：γ’包覆层处为明显的双层氧化膜结构,呈现胞状凸起,外部是混合层(Ni O、Ni Fe₂O₄和Al₂O₃),内部为单一Al₂O₃层,而枝晶干γ’+γ两相区和枝晶间β相形成单层Al₂O₃膜。随着等温氧化时间的延长,由于晶格扩散占据主导地位,不同微区氧化膜厚度差显著缩小,3个微区的氧化膜组成逐渐趋于一致,形成致密单一的Al₂O₃层。     

一种新型Ni3Al基高温耐磨合金的显微组织和性能研究

针对我国新一代航空发动机叶冠表面强化用高温耐磨材料的迫切需求,采用熔炼铸造法制备出一种以碳化铬和NiAl相作为耐磨硬质相的新型Ni₃Al基高温耐磨合金。显微组织分析、室温硬度测试、高温抗氧化性测试结果显示,两种耐磨硬质相大量析出并且均匀分布于合金中。与现役的高温耐磨材料相比,该合金同时具备高的室温硬度和1 050℃时优异的抗氧化性,有望成为新一代高温耐磨材料。     

元素合金化对Nb基高温合金组织和力学性能的影响

综述了近年来国内外在合金化改善Nb基高温合金组织形貌、提高力学性能方面所取得的进展,分析了Ti,Cr,Hf和Mo等合金化元素对合金中Laves相,亚稳相Nb3Si和γ-Nb5Si3的影响,总结了合金元素对材料力学性能的影响规律.     

一种Ni3Al基高温合金冷热疲劳性能研究北大核心

航空发动机叶片在服役时会经历反复升至高温又冷却的过程，这对于叶片材料Ni3Al基高温合金的抗冷热疲劳性能提出了较高的要求。本文对一种Ni3Al基高温合金进行了不同温度区间以及不同热循环次数对于裂纹产生及扩展的影响，并进行了不同周次的冷热循环试验。结果表明：冷热疲劳过程中，该Ni3Al基高温合金裂纹沿着共晶组织扩展，共晶含量的多少直接影响合金的抗冷热疲劳能力。在25℃■1 100℃下的抗冷热疲劳能力优于合金在2 5℃■1 150℃下的抗冷热疲劳能力。在25℃■1 100℃冷热疲劳裂纹长度与热循环次数是近似线性关系，其表达式为a=-1.22+0.233N。     

Zr,Cr和B对Ni3Al合金组织和力学性能的影响

本文研究了含Zr(0—0.6at.-％),Cr(0—7.7at.-％)和B(0—2.22at.-％)的Ni_3Al合金的组织和室温至1050℃拉伸性能。结果表明,Ni_3Al合金的屈服强度随温度升高而增加,表现出反常的温度关系。到达峰值后,随温度升高,屈服强度降低。Zr和Zr+Cr在整个试验温度范围都增加Ni_3Al合金的屈服强度,并改善高温抗张强度和塑性。硼增加Ni_3Al合金的抗张强度和屈服强度,同时改善塑性。但当硼含量超过1.37at.-％时,则降低强度和塑性。当硼含量超过溶解度极限时,Ni_3Al合金中形成岛状和球状的Ni_(20)Al_3B_6和Ni_3Al的共晶组织,对强度和塑性都是有害的。     

合金元素对Ni3Al（010）面反相畴界能影响的第一性原理研究

采用第一性原理投影缀加波赝势和广义梯度近似方法研究不同铝含量以及主要合金化元素Ti、Mo、Ru、Pd、Ta、W、Re和Pt等对Ni3Al(010)面反相畴界能的影响规律,并结合合金元素与第一近邻原子的相互作用关系对其进行讨论。结果表明:随着铝含量的增加,Ni3Al(010)面的反相畴界能显著升高;在富镍条件下,优先占据Ni3Al镍亚点阵位置的合金元素Ru、Pd和Pt会降低Ni3Al(010)面的反相畴界能,而优先占据Ni3Al铝亚点阵位置的合金元素Ti、Mo、Ta、W和Re则会增大Ni3Al(010)面的反相畴界能;合金元素对Ni3Al反相畴界能的影响既与该合金元素在化合物中亚点阵的优先占位相关,又与该合金元素与化合物中Ni与Al原子的键合强度相关。     

一种高Mo强化Ni3Al基单晶高温合金凝固行为的研究进展

与传统Ni基单晶高温合金相比,高Mo强化Ni3Al基单晶高温合金具有富Al和富Mo的成分特征,即该合金具有低密度的优势。本文总结了该合金的凝固特性,并发现高Al的成分特征显著提高了平均液相扩散系数,即Ni3Al基单晶高温合金的平均液相扩散系数为10-8 m2/s数量级,比Ni基单晶高温合金高1-2个数量级。同时,高Al和高Mo的成分特征决定了合金具有枝晶间初生γ''相和富Mo相的末期凝固行为,这与Ni基单晶高温合金的枝晶间析出物（γ/γ''共晶和γ''相）明显不同,但高Al和高Mo的成分特征对凝固特征温度的影响较小。Mo在凝固时显著偏析于未凝固的液相,该偏析行为将降低高Mo强化单晶高温合金的雀斑形成倾向。合金凝固特性的研究将为单晶制备工艺与工程应用奠定基础。     

激光冲击强化单晶Ni3Al合金分子动力学仿真

镍基单晶高温合金因具有高体积分数的L1₂结构γ’(Ni₃Al)相而具有优异的综合力学性能。为研究激光冲击下γ’相的微观组织演变规律,采用分子动力学方法构建了单晶Ni₃Al分子动力学模型,分析了[100]、[110]、[111]3种不同晶向上的微观组织演变行为。结果表明：[100]晶向冲击时,其塑性变形机制为fcc相向bcc相转变,并随着冲击压力的增大bcc相含量也随之增加;[110]和[111]晶向冲击时,其塑性变形机制为位错滑移,其中[110]晶向滑移系主要为■,而[111]晶向滑移系主要为■产生的位错主要为1/6<112>(Shockley),但随着冲击压力的增加,塑性变形机制为fcc相向bcc相转变,同时产生无序结构。     

Ni/Ni3Al拉伸力学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了Ni/Ni_3Al的拉伸力学性能。首先模拟了在室温、恒定应变速率环境下γ′强化相的含量对Ni/Ni_3Al拉伸力学性能的影响,重点研究了具有3种典型特征的γ′强化相含量的Ni/Ni_3Al微观组织演化。研究结果表明:相比于单晶Ni,γ′强化相可以提高Ni/Ni_3Al的抗拉强度。这是因为在塑性变形过程中,随着位错的不断增殖,位错密度逐渐增大,导致位错塞积,增大了位错运动的阻力,提高了抗拉强度。接着研究了温度对Ni/Ni_3Al拉伸力学性能的影响,发现Ni/10%Ni3Al(体积分数,下同)的抗拉强度随着温度的升高呈下降趋势。这是因为随着温度的升高,原子动能增大,导致原子热运动更剧烈,原子间的结合力更弱,脱离平衡位置的原子来不及回到平衡位置,fcc结构转变为大量的hcp结构和其他无序原子排列结构,导致晶格畸变,降低了抗拉强度。最后研究了应变速率对Ni/Ni_3Al的拉伸力学性能的影响,结果表明,抗拉强度对低应变速率不敏感,对高应变速率敏感。     

Ag基焊料Ti3Al与Ni基高温合金接头的组织及性能

采用自行设计制备的Ag-Cr-Ni-Cu合金作为焊材,对Ti3Al基合金与GH4169高温合金进行了填丝氩弧焊。采用扫描电镜(SEM)及能谱分析(XEDS)等方法对焊料及接头各区域的微观组织进行了观察和分析,接头中无宏观缺陷产生。Ag-Cr-Ni-Cu合金与Ti_3Al母材结合良好,但与GH4169母材的结合力相对较弱。焊缝由白色Ag-Cu基体中分布Cr,Ag,Ni,Cu,Ti,Al等元素组成的深灰色相组成。GH4169/Ag-Cr-Ni-Cu界面不存在反应层; Ag-Cr-Ni-Cu/Ti_3Al界面处存在宽度约为20μm的反应区域,主要由Ag+AgTi及固溶Cr的(Ti,Nb)固溶体组成。2个界面的硬度均高于母材及焊缝,焊缝硬度最低。接头的平均室温抗拉强度为130 MPa。拉伸试样断裂于GH4169/Ag-Cr-Ni-Cu界面。     

Pt改性Ni3Al基合金短时高温氧化行为研究

用冷坩埚悬浮熔炼制备了Ni-xPt-25Al(x=0,10,20,30,at%)系列合金,利用X射线衍射仪、同步热分析仪、扫描电镜和光电子能谱仪(XPS)分析了Pt的添加对晶体结构的影响,研究了Ni-xPt-25Al合金的氧化动力学曲线、氧化物形貌以及抗氧化性能。结果表明:随着Pt含量的升高,Pt改性Ni_3Al基合金仍保持γ′相。升温过程和短时等温阶段合金的氧化动力学特征分别符合线性和抛物线氧化物生长动力学规律。Pt有利于氧化物的快速形成,且随Pt含量的增加,氧化膜的完整性和致密性均有所改善。     

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。     

一种Ni3Al基单晶高温合金的再结晶动力学及组织变化（英文）

研究了一种Ni3Al基单晶高温合金的再结晶动力学及组织变化,解释了造成枝晶干和枝晶间再结晶行为不一致的原因。单晶合金经表面喷砂处理,再在惰性气氛中,于1280℃下退火不同时间形成再结晶晶粒。研究发现：枝晶干再结晶层厚度大于枝晶间再结晶厚度,枝晶干再结晶速率快于枝晶间再结晶速率。在退火过程中,枝晶间有Y-NiMo相析出,且强烈抑制再结晶。然而,随着时间的延长Y-NiMo析出相逐渐溶解,且抑制再结晶的作用逐渐减弱,最终,枝晶干再结晶层厚度仍然大于枝晶间再结晶厚度。     

中温轧制对新型镍基高温合金微观组织和高温力学性能的影响

本文采用EBSD、SEM、TEM和准静态高温拉伸试验研究了中温轧制变形量对新型镍基高温合金微观组织和高温(760 ℃)力学性能的影响。结果表明,中温轧制变形量对合金高温力学性能影响显著,相比于标准热处理(固溶处理+双级时效)合金试样的高温力学性能(σ_y=860 MPa,σ_uts=973 MPa和ε_f=3.5%),当中温轧制变形量为10%时,合金的σ_y提高了230 MPa,σ_uts提高了166 MPa,ε_f变化不明显,为4.1%;而当中温轧制变形量为80%时,合金的σ_y提高了190 MPa,σ_uts提高了165 MPa,ε_f大幅度增加,为22.5%,实现了合金高温强塑性匹配。760 ℃时合金强度和延伸率的提升是由于变形机制发生改变,随着变形量的增加,合金的主要变形机制由层错剪切向微孪生转变,微孪晶的形成既保证了合金的高温强度,又有利于延伸率的提高。     

碳化铬/Ni3Al复合堆焊层组织及摩擦磨损分析

采用光学显微镜、扫描电镜、电子探针及X射线衍射分析钨极氩弧堆焊碳化铬增强Ni3Al基复合堆焊层的组织结构,并采用销盘式干摩擦磨损试验机对堆焊层与活塞环用蠕墨铸铁材料的干摩擦磨损性能进行试验比较.结果表明,复合堆焊层内形成Ni3Al金属间化合物基体,其中弥散分布有大量细小的块状和条状碳化物硬质相Cr3C2和Cr7C3;焊接时焊丝中Cr3C2颗粒溶解析出,重新析出的碳化铬颗粒中包含Fe和Ni元素,碳化铬颗粒与Ni3Al基体形成良好的冶金结合;弥散分布的碳化铬颗粒和Ni3Al基体固溶强化的Cr元素决定了堆焊层具有较高的硬度.室温条件下,复合堆焊层具有优异的耐干摩擦磨损性能,其摩擦系数为0.23,远低于活塞环蠕墨铸铁的0.39;磨损率仅为蠕墨铸铁材料的43%.     

激光原位合成Ni3Al金属间化合物覆层及其高温摩擦学性能

利用激光熔覆技术在不锈钢基材表面原位合成了Ni3Al金属间化合物覆层。用XRD和SEM分析了覆层的相组成和组织结构。在CSM栓-盘摩擦磨损试验机上对覆层的高温摩擦磨损性能进行了测试。结果表明:覆层由单相Ni3Al金属间化合物组成;覆层与基材呈良好的冶金结合;覆层的摩擦因数和磨损率在500℃时具有最低值,分别为0.51和1.38×10-4mm3/Nm。     

Ni3Al单晶高温合金过渡液相扩散焊工艺

采用KNi3中间层,对Ni3Al单晶高温合金进行过渡液相扩散焊,分析不同焊接保温时间的接头和基体组织的变化,测试接头的高温持久性能.结果表明,1 240℃保温12 h,TLP扩散焊接头局部区域有少量的γ＋γ＇共晶组织及小块状的硼化物组织,其它区域均为与基体组织一致的γ＋γ＇双相组织;基体γ＇相由四方形转变成不规则状.焊接接头在1 000℃高温持久强度达到标准状态的基体强度90%.试样组织出现γ＇相筏形化,焊缝区域筏形组织粗化,且形状不规则,与持久应力方向呈一定角度.