瞬间液相(TLP)扩散连接GH4169/TC4接头的微观结构及力学性能

为制备镍基高温合金/钛合金复合构件,拓展二者应用领域,以Ti/Ni复合箔片作为中间层,采用瞬间液相(TLP)扩散连接技术制备了GH4169高温合金/TC4钛合金接头,并对接头微观结构、力学性能和连接机理进行了研究和探讨。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)、万能试验机和显微硬度仪等对GH4169/TC4接头进行连接界面和断口形貌观察、成分表征、剪切性能和显微硬度测试,结果表明:在连接温度960℃,连接压力5 MPa,保温时间30min的工艺条件下,通过中间层与母材之间的元素扩散和化学反应,形成了"GH4169/Ni(s,s)/TiNi_3/Ti_2Ni/Ti/T_i2Ni/Ni/TiNi+Ti_2Ni/TC4"的多层梯度结构接头,除了"Ni/TiNi+Ti_2Ni"界面处存在一定的孔洞和微裂纹,其余各连接界面连续致密,无明显缺陷。所制备GH4169/TC4接头各区域硬度起伏较大,其中,残余Ti层、Ni层区域硬度最低,有利于缓解接头的内应力;GH4169侧界面区域硬度最高,主要是由于连接过程中形成的Ni(s,s)和TiNi_3硬度较高。结合接头剪切性能测试、断口形貌和物相分析,所制备GH4169/TC4接头抗剪切强度达124.6MPa,开裂发生在TC4附近的"Ni/TiNi+Ti_2Ni"界面区域,呈脆性断裂特征。     

瞬间液相(TLP)扩散连接GH4169/TC4接头微观结构及力学性能研究

为制备钛合金/镍基高温合金复合构件,拓展二者应用领域,本文以Ti/Ni复合箔片作为中间层,采用瞬间液相(TLP)扩散连接技术制备了TC4钛合金/GH4169高温合金接头,并对接头微观结构、力学性能和连接机理进行了研究和探讨。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)、万能实验机和显微硬度仪等对GH4169/TC4接头进行连接界面和断口形貌观察、成分表征、剪切性能和显微硬度测试,结果表明：在连接温度为960℃,保温时间30min,连接压力5MPa的工艺条件下,通过中间层与母材之间的元素扩散和化学反应,形成了“GH4169 / Ni(s,s)/ TiNi₃ / Ti₂Ni/ Ti / Ti₂Ni / Ni / TiNi/ TC4”的多层梯度结构接头,除了“Ni / TiNi+Ti₂Ni”界面处存在一定的孔洞和微裂纹,其余各连接界面连续致密,无明显缺陷。所制备GH4169/TC4接头各区域硬度起伏较大,其中,残余Ti层、Ni层区域硬度最低,有利于缓解接头内应力;GH4169侧界面区域硬度最高,主要是由于连接过程中形成的Ni(s,s)和TiNi₃硬度较高。结合接头剪切性能测试、断口形貌和物相分析,所制备GH4169/TC4接头剪切强度达124.6MPa,开裂发生在TC4附近的“Ni / TiNi+Ti₂Ni”界面区域,呈脆性断裂特征。     

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。     

20钢/GH4169固相扩散焊界面元素迁移研究

20钢/GH4169扩散连接应用非常广泛。采用金相显微镜观察焊接接头组织结构。通过SEM观察焊缝微观组织形貌。采用EDS研究分析不同温度下不同位置的元素扩散规律,并通过XRD分析扩散溶解层区的产物。结果表明:压力1 MPa,真空度为1×10-2Pa,保温温度1000℃和1050℃下,20钢与镍基合金GH4169达到了良好的冶金结合。随温度提高,20钢的针状铁素体转变为粗大的等轴晶,镍基侧沿基体外缘晶界形成奥氏体晶粒并长大,镍基合金沿界面处析出棒状和球状第二相颗粒,20钢与GH4169连接界面有明显的Cr、Ni、Fe元素扩散现象。本实验条件下,20钢和GH4169的界面处发生Si原子偏聚,并发生扩散反应沿20钢基体生成FeSi_2金属间化合物层。     

超瞬态凝固增材制造梯度整体涡轮叶盘用高温合金粉末特性研究I：盘体用合金粉末

本文针对超瞬态凝固增材制造梯度整体涡轮叶盘用高温合金粉末特性开展研究。根据合金的承温能力和JMatPro相平衡计算结果,分别选用GH4169和K418作为盘体心部和轮盘边缘部位材料,DZ4125作为叶片材料。采用真空感应熔炼氩气雾化制粉(VIGA)制备高温合金粉末,筛分至53-105μm粒度范围,采用差示扫描量热分析（DSC）、场发射扫描电镜（FESEM）、电子探针（EPMA）、激光粒度仪、动态图像粒度粒形分析仪以及综合粉体性能测试仪对高温合金粉末的相变温度、显微组织、元素偏析行为、粒度、粒形、松装密度、振实密度和流动性进行了系统表征。结果表明：K418合金固液温度范围比G4169合金窄,K418合金的γ′和MC碳化物的开始析出温度均比GH4169高,过渡区(GH4169+K418)混合成分合金主要强化相的析出温度介于GH4169和K418两种合金之间。GH4169和K418合金粉末形貌主要为球形和近球形。表面和截面显微组织主要呈树枝晶结构,所含元素中偏析倾向较强的元素有Ti、Nb、Zr和Mo,均富集分布于枝晶间,而偏析倾向弱的元素包括Ni、Cr、Fe和Al,高温合金粉末元素偏析类型与铸造镍基高温合金相近,但粉末组织更为细小均匀。激光衍射和动态图像分析法测得的粉末粒度值接近,GH4169的D50分别为79.1μm和76.2μm,K418的D50分别为67.8μm和65.6μm。动态图像法测得2种合金均具有较好的球形度,GH4169和K418的SPHT均值分别为0.91和0.90。所选GH4169和K418高温合金粉末具有相近的松装密度、振实密度和流动性,其松装和振实密度分别达到合金理论密度的50%和60%,压缩度在13.3~15.5%范围,粉末具有较好的流动性（18.5~20.4 s?(50 g)-1）。     

直接激光沉积Fe-Cr-Ni梯度合金钢的组织与性能

采用直接激光沉积技术制备了具有外强内韧组织性能的12CrNi2Y-50Cr6Ni2Y-70Cr8Ni2Y梯度合金钢试样,利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、硬度计、摩擦试验机等分析手段,对直接激光沉积的梯度合金钢试样的组织结构、界面结合性、硬度梯度分布及耐磨性等进行了研究。结果表明,在优化的激光沉积参数下,成功制备出了无裂纹夹杂缺陷、梯度过渡界面处呈现冶金结合的12CrNi2Y-50Cr6Ni2Y-70Cr8Ni2Y梯度合金钢试样。梯度合金钢的组织呈现出由粒状贝氏体+板条贝氏体+少量马氏体→板条贝氏体+板条马氏体→板条马氏体+片状马氏体的变化趋势,对应硬度呈356 HV0.2→551 HV0.2→712 HV0.2梯度分布,体积磨损率呈现2.01×10^-4 mm³·N^-1·m^-1→1.33×10^-4 mm³·N^-1·m^-1→0.71×10^-4 mm³·N^-1<...     

基于二维面探的高温合金GH4169残余应力分析

目的 通过二维面探X射线衍射法测试高温合金GH4169的残余应力.方法 由于GH4169是Ni基高温合金,Ni合金在Cr靶下有较强衍射峰,因此采用Cr靶来测试GH4169合金的残余应力.二维面探仪有500个探测头,均匀分布在一个面上,根据每一个探测器测得的衍射角变化,就能得到500个方向上的应变值,再根据应力与应变之间的关系,就可以计算出材料的残余应力.结果 GH4169合金的德拜环只有一个衍射峰,而且衍射峰的强度随着角度α的变化而变化.这说明该材料的应力取向不均匀,存在较为明显的织构.该材料表面主应力方向上的残余应力测试值为-968 MPa,误差为62 MPa;切向上的残余应力测试值为24 MPa,误差为43 MPa.由于测试的GH4169合金是经过喷丸处理的,主应力方向上受残余压应力,而其测试结果 确为负值,说明此次测试结果 可信.结论 通过二维面探X射线衍射方法 测试材料残余应力从原理和实际操作上都是可行的,并成功测试出GH4169合金的残余应力.经喷丸处理后的GH4169材料受残余压应力的作用,且应力分布不均匀,存在较为明显的织构.     

三联熔炼GH4169合金大规格铸锭与棒材元素偏析行为

采用真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔+真空自耗重熔三联熔炼方法制备大规格GH4169合金铸锭,利用SEM、TEM、EPMA和EDS分析了大规格GH4169高温合金自耗锭(直径508 mm)与棒材(直径240 mm)不同部位的典型元素含量和析出相特征。结果表明:大规格铸锭中Al元素偏析程度较轻,而Nb、Ti和Mo元素偏析较重,枝晶间凝固时析出较多的MC相、Laves相和δ相等。经过两阶段高温均匀化处理和开坯锻造后,GH4169棒材内无"黑斑"、"白斑"等宏观偏析,元素微观偏析也被基本消除。结合计算仿真,进一步对比分析了三联熔炼GH4169与Inconel 718合金棒材的化学成分均匀性,发现国产GH4169存在元素的区域偏析,其棒材的典型元素样本方差值(能够体现区域元素偏析程度)与Inconel 718棒材相比存在差距。这种区域元素偏析对国产三联熔炼GH4169棒材的力学性能(如硬度等)波动性造成一定程度的影响。通过精细控制熔炼过程参数,优化均匀化热处理和锻造工艺,有助于进一步降低GH4169合金大规格棒材的区域元素偏析。     

激光沉积TC4/TC11梯度材料组织与疲劳性能研究

为了研究激光沉积TC4/TC11钛合金梯度材料的组织与疲劳性能,采用激光沉积制造技术制备两种不同过渡方式的TC4/TC11复合材料。观察不同过渡方式复合材料的显微组织,测试两种复合材料分别在550Mpa和800Mpa下的疲劳性能,并对疲劳断口进行分析。结果表明,相比直接过渡的复合材料,具有3层过渡层梯度材料的显微组织过渡界面不明显,过渡区组织结合紧密;具有3层过渡层的梯度材料在两种应力下的疲劳寿命均比直接过渡的高,低应力下相对提高了129.3%,高应力下相对提高了81.8%;直接过渡复合材料在裂纹扩展时沿着α片层集束开裂,滑移面较大,疲劳寿命较低;具有3层过渡层的梯度材料,裂纹扩展沿着单个α片层滑移开裂,滑移面小,裂纹扩展路径比较曲折,疲劳寿命高。     

The graded material of 316L stainless steel－Ni-based alloy－Ti6Al4V formed by laser rapid forming process

用激光快速成形法制备了致密、无裂纹的316L 不锈钢(SS)/镍基合金/Ti6Al4V梯度薄壁件. EDS与XRD分析显示, 在316L SS/镍基合金梯度过渡区内为单相$\gamma$奥氏体, 硬度沿316LSS到镍基合金方向逐步增加; 在镍基合金/Ti6Al4V梯度过渡区内,组织变化顺序为: γ→γ+β+TiNi3+Ti2Ni→TiNi3+Ti2Ni+→βTi2Ni+β→α+β+Ti2}Ni→α+β; 过渡区内, Ti6Al4V含量 为20%(质量分数)时, 硬度达到最大值HV10 830, 随后,随Ti6Al4V含量增加, 硬度逐 渐减小.     

三联冶炼GH4169合金研究进展EI北大核心CSCD

三联冶炼技术的突破促进了我国GH4169合金盘锻件全流程制备技术的优化。本文综述了GH4169合金的化学成分、三联冶炼技术、开坯技术、锻造技术、残余应力控制、质量控制体系等方面的研究进展。三联冶炼技术的突破提高了GH4169合金的纯净度,降低了冶金缺陷概率;镦拔+径锻联合开坯提高了GH4169合金棒材组织均匀性和成材率;残余应力控制技术降低了GH4169合金盘件加工和服役过程中的变形量。此外,本文讨论了GH4169合金在超高强度、超大尺寸、高耐蚀性能和抗氢脆等研究中存在的难题,并对未来工作方向进行了展望。     

利用中子衍射法和轮廓法测定GH4169圆盘残余应力

分别采用中子衍射法和轮廓法对服役态GH4169合金圆盘工件内部残余应力分布特征进行表征。两种测试技术的机理完全不同，测量结果互相对比验证后，确定出较高可信度的残余应力测量结果。首先利用飞行时间中子衍射技术准确表征了GH4169合金圆盘完全热处理后轴向、径向和周向的应力，其量级约为-300~300 MPa，以周向和径向残余应力为主，沿轮廓呈“外压内拉”特征分布；利用轮廓法测量沿直径截面周向残余应力的二维分布图，切割截面周向残余应力呈现明显的“外拉内压”式分布特征的残余应力，残余应力量级约为-300~250 MPa量级。合金盘厚度中心截面上，中子衍射法与轮廓法的测试结果从趋势和绝对数值上基本一致，测试结果可信度高。     

GH4169合金盘件热变形后不同冷却速率条件下的组织模拟

对GH4169合金涡轮盘锻件进行模拟研究,利用有限元模拟软件结合二次开发对热变形后的涡轮盘的锻后温度及应变的分布规律进行模拟预测。同时,对热变形后盘件进行不同冷却速率的显微组织模拟预测研究。结果显示：该热变形计算流程方法可行,可以实现不同冷却速率下显微组织的模拟;显示热变形后的涡轮盘经过水冷、油冷和空冷等冷却,冷却速率越快晶粒越细小,而再结晶分数越少。该结果对实际GH4169合金涡轮盘锻造热加工可提供指导。     

激光增材制造高Nb含量GH4169合金微观偏析行为研究

目的减轻不同热处理状态下激光增材制造高Nb含量GH4169合金组织中的微观偏析。方法采用激光增材制造方法对球磨Nb合金化后的合金粉末进行快速成形,获得具有较高Nb含量的GH4169合金试样。通过光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱分析、维氏硬度测试方法,对沉积态、固溶态和直接时效态试样进行分析,研究因合金中Nb含量变化引起的微观偏析对沉积态和热处理态合金的枝晶组织和显微硬度的影响。结果随着Nb含量的增加,一方面,由于枝晶间的Nb含量增加,枝晶间(γ+Laves)共晶数量增加,且共晶组织形貌更为连续;沉积态试样的显微硬度由228.4HV增大至534.1HV。另一方面,枝晶干Nb元素含量增加,枝晶干与枝晶间Nb元素含量的差异缩小,Nb元素的偏析比由8.59减小至4.13。后续固溶处理后,枝晶结构逐渐消失,枝晶间Laves相的数量随之减少,枝晶干与枝晶间的微观偏析减轻;固溶态试样硬度值随之减小,减小趋势随固溶温度的升高而逐渐平缓。随着Nb含量的增加,直接时效处理后,各试样显微硬度值在微观区域内的均匀性提高,枝晶干与枝晶间强化相的析出差异减小。结论合适的热处理制度既可以实现合金元素的均匀化,还能减小枝晶干与枝晶间强化相的析出差异,减轻激光增材制造高Nb含量GH4169合金组织中的微观偏析。     

GH4169合金涡轮盘热模锻工艺的优化研究

在GH4169合金涡轮盘的实际生产中存在不同程度的组织不均匀性和折叠等缺陷,从而降低了涡轮盘的使用性能。文章将GH4169合金的热加工图以及动态再结晶模型和晶粒长大模型与有限元结合,同时采用Kumar模型描述GH4169合金的本构关系,预测了某GH4169合金涡轮盘热模锻造过程中功率耗散因子η和组织的分布,以及塑性失稳区的位置,预测结果与实际结果一致。运用正交设计试验方法分析了各工艺参数对终锻温度和涡轮盘内组织分布均匀性的影响。     

CFRP表面激光熔覆TC4 + AlSi10Mg复合涂层的组织与性能

采用激光熔覆技术在碳纤维增强热塑性塑料(carbon fiber reinforced thermoplastics, CFRP)表面成功地制备了TC4 + AlSi10Mg复合涂层. 通过扫描电镜、能谱仪和透射电镜分析了TC4 + AlSi10Mg复合涂层与CFRP基体连接的界面层微观结构、元素成分分布及相组成. 采用纳米压痕仪对复合涂层到基材的硬度变化规律进行测试. 结果表明,通过激光熔覆技术可以快速在CFRP材料表面形成连续的、均匀的TC4 + AlSi10Mg复合涂层. TC4 + AlSi10Mg复合粉末在激光作用下,受热熔化渗透到CFRP基体内部,形成良好的冶金结合,并在碳纤维-树脂-复合涂层之间形成连续的界面层. TC4 + AlSi10Mg复合涂层与CFRP基体连接的界面层相成分为TiC,Ti₃Al,TiS₂和Ti₃AlC相. CFRP基体的平均硬度为10.15 HV,涂层的最高硬度可达1914 HV. 基于试验观察和理论分析,得出CFRP表面激光熔覆TC4 + AlSi10Mg复合涂层主要的界面反应机理为Ti(s) + C(s)→TiC(s),Al(l) + 3Ti(s)→Ti₃Al(s).     

Numerical Simulation of Vacuum Heat Treatment Thermal Hysteresis Time of GH4169 Superalloy Workpiece

GH4169is a Nickel-based superalloy,widely used inthe aero-engine.GH4169alloy workpiece usually heattreated in vacuum furnace.The advantage of vacuumheat treatment is that it prevent the surface ofworkpiece from oxidation,decarburization and getbright surface.In vacuum furnace heat transfer is dominated byradiation.Due to small heat capacity of vacuum heattreatment furnace,temperature of the furnace risesquickly to setting temperature during heating upprocess while the temperature of workpiec…     

GH4169大尺寸合金锻件残余应力试验研究

以采用三联冶炼工艺制备并经锻造和热处理后的GH4169合金大棒材为研究对象,基于钻孔法测量原理搭建了高温合金材料小孔法残余应力测试系统,完成了大规格棒材内部残余应力测量试验研究.采用有限元模拟技术对应变释放系数进行标定,结合试验数据计算残余应力并研究应力的分布特征与规律.研究结果表明,有限元标定的应变释放系数与Kirs...