高温合金GH4169管材挤压工艺及组织分析

对高温合金GH4169管材挤压成形进行了工艺研究，确定了GHll40管材挤压成形工艺参数，分析了GH4169管材挤压力能参数变化规律，分析了管材挤压对组织性能的影响。研究结果发现，GH4169管材挤压成形时必须严格控制坯料温度、模具预热温度、润滑方式、挤压速度、挤压比等工艺参数。     

GH4169、GH4169plus和GH4738高温合金组织稳定性

为了获得不同沉淀硬化相作用的高温合金在高温长期时效过程中的组织稳定性的对比规律,对3种应用最为广泛的高温合金GH4169、GH4169plus、GH4738经720℃时效后的显微组织和硬度变化进行了对比分析。结果表明,合金的组织稳定性与晶界相和弥散强化相有关,晶界碳化物较晶界δ相稳定,γ'相较γ″相有更好的稳定性,但同为γ'相,组织稳定性还与其和基体的错配度有关。对比3种合金,随时效时间的延长,GH4169plus合金的稳定性稍次于GH4738合金,但要优于GH4169合金。     

GH4169高温合金焊接接头的组织与性能

对GH4169镍基高温合金型材对焊接头的显微组织与力学性能进行了研究,分析了顶锻力对焊接接头组织的影响。结果表明,GH4169高温合金的焊接接头主要由焊缝区、完全再结晶区、不完全再结晶区和未再结晶区组成,各个区域硬度具有明显差异;焊接温度场与顶锻参数之间的配合决定了焊接接头的显微组织;无顶锻焊接由于塑性变形不足,裂纹易在组织粗大的热影响区内萌生与扩展,导致焊接接头力学性能恶化。     

FGH96/GH4169高温合金惯性摩擦焊接头组织与力学性能

在惯性摩擦焊机上对FGH96/GH4169高温合金进行了焊接,焊后利用光学显微镜、扫描电镜以及拉伸试验机等设备分析了接头的微观组织形貌、显微硬度、拉伸性能及断口形貌。结果表明:焊缝区组织为细小的等轴晶粒;热机影响区晶粒被拉伸呈流线型。接头室温拉伸强度可以接近母材的80%,显微硬度沿垂直于焊缝方向呈W形分布,硬度最低点位于GH4169侧热机影响区区域。断裂位置也位于该区域,断裂形式为韧性断裂。     

GH4169高温合金热变形力学性能研究

通过热模拟实验对GH4169高温合金热态变形过程中的力学性能进行研究,分析了初始晶粒尺寸、应变速率、变形温度等对GH4169合金热变形时峰值应力的影响。结果表明,该合金的峰值应力随应变速率的增大而增大,随变形温度的增大而减小。该合金的流动应力随初始晶粒尺寸的增大而增大,其原因是该合金在热变形过程中发生了动态再结晶。确定了基于初始晶粒尺寸的峰值应力与热变形参数之间的关系式,确定了GH4169合金的变形激活能。     

GH4169合金与FGH96合金惯性摩擦焊接头组织和力学性能

在主轴转速为650 r/min、转动惯量为340 kg·m2、焊接压力为450 MPa焊接参数下,实现GH4169与FGH96异质材料惯性摩擦焊接,并对焊后热处理的接头进行显微组织与力学性能分析.在焊接热-力耦合作用下,焊接接头不同区域的金相组织发生变化,晶粒出现不同程度的细化、变形,基体强化相出现不同程度的溶解、变形.焊接接头显微硬度呈山峰状分布特征,焊接接头室温抗拉强度平均值为1 366 MPa,高温抗拉强度平均值为1 176.7 MPa,在650℃,641 MPa条件下的平均持久寿命为215 h,焊接接头具有良好的综合力学性能.     

GH4169镍基高温合金TIG焊接修复组织和性能研究

针对GH4169镍基高温合金表面损伤的修复问题,研究了不同工艺参数以及直接时效热处理工艺对TIG焊接修复GH4169高温合金试样微观组织、显微硬度及拉伸性能的影响。结果表明:修复试样可分为修复区(RZ)、部分熔化区(PMZ)、热影响区(HAZ)和基材区(SZ)几个部分,且随着焊接速度和送丝速度的增大, HAZ与PMZ的宽度及晶粒大小呈现下降的趋势。HAZ受电弧热影响晶粒粗化;PMZ处晶界特别是三角晶界熔化并在后续凝固形成γ+Laves相组织,局部晶粒表现为细化。显微硬度测试结果显示,焊接修复后硬度分布规律为HAZPMZRZ,直接时效热处理后各个区域的硬度值得到显著提高,但分布规律基本未变。室温拉伸结果显示,采用较低的焊接电流、较高的焊接速度与送丝速度,修复后试样的拉伸性能更加优异;直接时效热处理后修复试样的抗拉强度大幅提高,最高达到了1110MPa,接近锻件标准。     

GH4169合金高温高应力持久变形后的组织演变

通过对GH4169合金在680℃×700 MPa以及650℃×700 MPa高温持久前后的组织形态分析,研究了组织演变规律。结果表明,680℃高温下γ″会迅速凝聚长大,而δ相的析出将消耗晶内的γ″相,造成δ相和γ″相的数量不匹配;同时高温会使B元素以化合物析出,减弱合金的强化作用。     

高温合金GH4169管材包套挤压工艺及组织性能研究

确定了高温合金GH4169管材挤压成形工艺参数,分析了GH4169管材挤压力的参数变化规律.分析了管材挤压对组织性能的影响.研究结果发现:合理的挤压工艺参数范围是坯料温度1080～1100℃,模具预热温度350～500℃,挤压比7～14,采用玻璃润滑剂.挤压管坯组织状态与挤压前组织状态相比,得到明显改善,挤压前平均晶粒尺寸是150 μm,挤压后平均晶粒尺寸是50 μm.采用包套挤压技术、组合凹模挤压技术、引导式管材包套挤压技术等对高温合金管材挤压成形进行了实验研究,加工出了合格的GH4169管材坯料.     

热处理工艺对GH4169高温合金锻件组织与力学性能的影响

分析了固溶和时效热处理工艺对GH4169高温合金锻件组织和室温拉伸性能的影响.结果表明,锻件固溶加热时间过长或重复固溶将降低室温拉伸性能.锻件经正常时效后,强化相已充分析出,延长620℃保温时间还可补充析出少量强化相,使强度提高.δ相的形态和数量影响锻件的室温拉伸性能,尤其影响合金的屈服强度.固溶热处理加热过程对锻件组...     

轧制GH4169合金超声衰减系数测定

本实验通过Icy软件平台,PointcaculateV3数据处理软件,利用超声水浸聚焦探头对GH4169试样进行机械自动扫查,获得了超声波在试样中的声速、超声衰减系数,并以超声衰减系数为特征参量来获取合金样品的C扫描图像,利用不同频率的探头扫查工件,得出GH4169材料超声衰减系数随着探头频率的增加而增大的结论。     

GH4169合金高温氧化特征

GH4169合金在850℃、950℃和1040℃条件下氧化符合抛物线动力学规律. 氧化物层为Ti0.95Nb0.95O4+Cr2O3+(Cr.Fe)2O3的复杂结构，高温下氧化元素扩散导致氧化层为岛状结构，在一定氧化时间,氧化层深度与温度是对数函数关系,氧化反应激活能为143.52kJ/mol. 温度高于1040℃氧化物剥落.     

GH4169合金热变形微观组织演变模型

基于等效位错密度建立GH4169高温合金的本构方程及微观组织演变模型,通过遗传算法结合热模拟压缩实验结果对模型参数进行求解;对有限元模拟软件DEFORM-3D进行二次开发,模拟工件的镦粗成形,得到了工件平均晶粒尺寸和再结晶百分数的分布情况,并与实验结果进行了对比分析。结果表明,二次开发的软件对微观组织演变的模拟结果与实验结果的平均误差在10%左右,验证了GH4169合金本构方程和微观组织演变模型的准确性,以及对软件二次开发的可行性。     

化学成分对GH4169合金组织与力学性能的影响

针对不同Nb、Al、Ti含量的GH4169合金,对其进行固溶时效热处理,研究微观组织与拉伸性能的变化规律。研究表明,一定的Al/Ti和(Al+Ti)/Nb值下,随Nb含量增加,δ相含量增加,并且具有较好的高温稳定性,高温固溶可有效阻止晶粒的长大,主要通过稳定的δ相来保证合金的细晶强化。当Al/Ti与(Al+Ti)/Nb比值较低时,时效后γ″、γ'含量有所降低,γ″相形貌由唇状变为圆盘或芝麻粒状,其中Nb元素主要形成δ相。力学性能表明,Al/Ti和(Al+Ti)/Nb值一定时,拉伸强度主要受晶粒尺寸影响,而δ相含量影响较小。但当Al/Ti与(Al+Ti)/Nb比值较低时,由于强化相γ″和γ'数量与形貌的变化,拉伸力学性能显著降低,其微观硬度也随拉伸强度的降低而降低。     

转速对FGH96/GH4169高温合金惯性摩擦焊接头组织与力学性能的影响

应用惯性摩擦焊机完成了FGH96/GH4169高温合金焊接,采用光学显微镜、扫描电镜以及拉伸试验机等设备观察并测试了焊接接头的微观组织形貌、显微硬度及拉伸性能。结果表明接头存在FGH96侧母材、热力影响区、焊缝区、GH4169侧热力影响区及母材五个区域,焊缝区组织为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材,热力影响区则发生了拉伸变形。接头近界面处最高温度达到1 100 ℃以上,超过γ′等强化相的固溶温度。焊后热力影响区处强化相部分重溶,在界面细晶区强化相几乎完全重溶。随着转速增大,焊缝区晶粒增大,典型原子的扩散距离增加,接头室温抗拉强度和高温抗拉强度值升高。     

熔体过热处理工艺对GH4169合金组织和力学性能的影响

选用光学显微镜、扫描电镜和电子万能试验机研究了不同熔体过热处理对GH4169合金组织和力学性能的影响。结果表明:熔体过热处理后,合金组织形貌规整,γ+Laves共晶团、有害Laves相析出数量减少,分布均匀;合金室温综合力学性能显著提高,存在最佳过热温度,此时Rm最大值为721 MPa,约是过热处理前的1.5倍;GH4169合金的硬度降低,存在最小值为10.15HRC,与过热处理前相比,降低26.7%;Nb、Mo元素偏析显著降低。     

活性剂对GH4169高温合金激光焊接头组织及性能的影响

采用自行研制的活性剂对GH4169进行活性剂激光焊接试验,研究了活性剂对焊缝深宽比、焊缝元素分布、微观组织结构以及力学性能的影响规律。结果表明:采用活性剂进行激光焊接后,焊缝深宽比显著增加,活性剂对焊缝元素含量和物相组成基本没有影响。表面涂敷活性剂后,焊缝中的显微组织仍是由靠近熔合线附近的柱状晶区和焊缝中心的等轴晶区组成,但焊缝等轴晶区变大、晶粒发生细化。涂敷活性剂后焊缝中心区的显微硬度增加,但焊接接头塑性显著下降,接头的抗拉强度可达927.4 MPa,为GH4169母材强度的93%。     

GH4169合金的高温变形行为

通过高温拉伸实验对GH4169合金的加工硬化特性进行了研究,采用扫描电镜观察其断口处的组织形貌,分析了δ相对GH4169合金塑性变形的影响。结果表明,GH4169合金加工硬化规律基本遵循Hollomon公式;合金在不同热处理制度(固溶处理、时效2 h、时效5 h、时效32 h)下的应变硬化指数n分别为0.274、0.391、0.423和0.468;δ相的析出提高了合金的抗拉强度和屈服极限,而塑性表现为先上升后下降。     

K447A+GH4169惯性摩擦焊接头组织与高温力学性能

针对新型镍基铸造高温合金K447A和变形高温合金GH4169异种材料惯性摩擦焊工艺进行研究,对热处理后接头微观组织和高温力学性能进行试验分析,结果表明,K447A和GH4169惯性摩擦焊接头飞边成形良好,飞边根部无明显缺陷存在;接头焊缝区组织为完全再结晶组织,焊缝组织中的γ'和γ'相热处理后重新弥散析出,K447A侧仅形成了3 ~ 10 μm宽的再结晶区;通过接头高温力学性能试验,结果表明,接头高温拉伸和高温扭转性能断裂位置在K447A母材侧,400 ℃高周疲劳强度达到355 MPa. 在最大应力720 MPa,试验温度400 ℃条件下低周疲劳寿命均超过30 000次.