一种新型镍基高温合金组织及性能的研究

GH4742(俄ЭП742)合金属于典型的高合金化难变形镍基高温合金涡轮盘材料，本文通过调整Al、Ti、Nb的成分对GH4742合金进行改进，发明了一种新型镍基高温合金。利用JMatPro模拟得到平衡相图，再利用光学金相显微镜和场发射扫描电镜对合金的晶粒组织、碳化物以及γ′相分布情况进行观察，同时对力学性能进行了检测。结果表明：平衡状态下的合金从1 400 ℃到300 ℃的冷却过程中相转变可概括为L → L+γ → L+γ+MC →γ+MC+γ′ → γ+γ′+MC+μ → γ+γ′+μ+MC+M23C6 → γ+γ′+μ+MC+M23C6+σ，780 ℃下析出γ′相的质量分数为40.88%；锻造变形工艺为γ+γ′双相区变形，1 120 ℃固溶后经过标准双时效处理(850 ℃/6 h/AC＋780 ℃/6 h/AC)后的显微组织明显可见两种不同尺寸晶粒，小晶粒(13 μm)呈项链状分布于大晶粒(100 μm)周围；该合金中的碳化物主要为大尺寸、不规则形状的MC(NbC、TiC、VC)，断续穿晶和沿晶分布；强化相γ′相的分布状态也有大小两种不同尺寸，γ′I相平均直径为600 nm，γ′II相平均直径为150 nm，两种尺寸γ′相强化的良好匹配，使得该合金在具有较高强度的同时又具有较高的塑性，力学性能优异，室温抗拉强度1 478 MPa，尤其是650 ℃/863 MPa下的持久性能为194 h，远远超过GH4742合金650 ℃/823 MPa持久下50 h的标准。     

均匀化处理工艺对GH4710合金热加工性的影响

针对工业用φ508 mm GH4710合金铸锭,设计并进行了均匀化处理试验,结合微观观察及热模拟试验,对比不同均匀化工艺,分析了均匀化机理及不同均匀化工艺的合理性。结果表明,GH4710合金经1140℃/30 h+1190℃/40 h、AC的均匀化处理后,共晶相完全回溶,MC碳化物尺寸变小,热加工塑性变好。微观分析表明,GH4710合金由于高的C、Al以及Ti含量,使得合金铸锭凝固过程中易产生元素偏析,尤其会形成大尺寸的MC碳化物及一定量的γ'+γ相的共晶相。大尺寸的MC碳化物及γ'+γ相残余会成为热变形过程塑性损伤微孔洞的源头,严重影响GH4710合金的热加工性。     

多步热处理对GH4742合金组织性能的影响

采用多步热处理,研究了不同固溶温度和高温时效温度对GH4742高温合金组织性能的影响。结果表明,固溶温度显著改变晶粒尺寸和一次γ′相形态。固溶温度为1090 ℃时,基体中存在大量未溶的一次γ′相,可以有效阻止晶粒长大,同时这种粗大γ′相以及后续时效过程中形成的细小γ′相共存的组织使得合金具有良好的综合力学性能。高温时效处理对组织形貌影响较小,但可以改变γ′相的尺寸,显著影响晶界碳化物的形态,通过Mo置换一次碳化物MC中的Nb、Ti,使晶界连续分布的碳化物发生溶解形成颗粒状的碳化物,显著降低了GH4742高温合金的高温持久性能。     

固溶及稳定化工艺对GH738合金碳化物和γ'相析出规律的影响北大核心CSCD

实验研究固溶及稳定化处理工艺对GH738合金碳化物及γ'强化相析出规律的影响。以标准热处理:1020℃×4 h/AC(空冷)+845℃×4 h/AC+760℃×16 h/AC和1080℃×4 h/AC+845℃×24 h/AC+760℃×16 h/AC为基础,调整稳定化阶段保温时间。研究了该合金稳定化过程中碳化物及γ'强化相析出和回溶规律,绘制了γ'强化相长大曲线。结果表明,1020℃固溶后,稳定化时间的延长使晶界析出碳化物增多且呈现半连续分布;而经1080℃固溶后,碳化物析出沿着晶界呈连续状分布;同时,经两种固溶温度处理后,稳定化时间延长,γ'强化相长大符合Oswald熟化规律;经1020℃标准热处理后,合金具有较好强塑性配合,尤其在塑性指标方面有明显优势;而经1080℃标准热处理后,合金持久性能表现更佳。     

560 ℃时效处理对GH4145合金螺栓组织的影响

研究了GH4145合金螺栓560 ℃时效处理后,显微组织、晶粒尺寸及γ'相形态的变化。试验结果表明：供货态GH4145合金螺栓560 ℃时效处理50 h,小尺寸晶粒数量显著增多,碳化物析出相数量有所减少,析出大量细小的球状γ'相;相对于时效处理50 h试样,时效100 h小尺寸晶粒和细小的球状γ'相显著长大;时效时间延长晶粒尺寸基本保持不变,球状γ'相最终达到尺寸均一化;时效过程中方形γ'相逐渐分解直至消失。     

多阶段热处理对GH738合金组织和室温硬度的影响

研究了GH738合金在固溶+稳定化+时效处理的多阶段热处理过程中组织演化规律和相应的室温硬度变化,构建了该合金组织演化的定性模型。结果表明,固溶温度高于γ’相回溶温度时,合金最终组织为连续晶界碳化物和尺寸均匀的γ’相;当固溶温度低于γ’相回溶温度时,在低稳定化温度下晶界碳化物成断续、颗粒状,晶内存在大、小两种尺寸的γ’相。稳定化处理制度为850 ℃×100 min时,合金可以获得最大的室温硬度。     

GH710高温合金长期时效中的组织演变

研究标准热处理(1180℃×4 h/AC+ 1080℃×4 h/AC+845℃x24 h/AC+ 760℃×16 h/AC)后的难变形镍基高温合金GH710在650℃和870℃经0～3000 h长期时效后的组织演变.结果表明:650 ℃时效时,γ '相粗化不明显,晶界碳化物基本不变,合金组织稳定性良好;长期时效时,γ'相的粗化行为遵循扩散控制的L-S-W粗化机制,且时效温度越高,粗化速率越大;870℃时效时,一次γ'相急剧粗化,但时效2000 h后发生部分回溶,晶界碳化物聚合粗化现象严重,且硬度值也下降明显.     

固溶温度对GH864合金组织性能的影响

对GH864合金进行3种固溶温度：1040、1060、1080℃×4 h/AC＋双时效（845℃×24 h/AC＋760℃×16 h/AC）热处理,并对其组织和力学性能进行了研究。结果表明：随着固溶温度的提高,晶粒尺寸出现明显长大,但增长速率越来越小,碳化物连续均匀分布在晶界上,同时,均匀的γ＇强化相在基体上弥散析出;在合金性能上,随着固溶温度的提高,合金的高温拉伸伸长率、断面收缩率及室温冲击韧性都逐渐下降;然而,合金的高温815℃抗拉强度基本不变,其高温屈服强度及室温硬度经过1060℃固溶后出现峰值,同时合金的815℃/325 MPa持久性能及高温裂纹扩展速率在该固溶温度下表现出最佳的性能。综合该合金强度和塑性的最佳匹配,确定了GH864合金叶片热处理的最佳固溶温度及时效处理控制工艺为：1060℃×4 h/AC＋845℃×24h/AC＋760℃×16 h/AC。     

长期时效对Haynes 282耐热合金组织和力学性能的影响

研究了Haynes 282耐热合金700 ℃下经100、300、1000、3000 h时效处理后组织和力学性能的变化规律。结果表明：282合金主要析出相为M23C6、MC和γ￠相,700 ℃长期时效后,晶界M23C6型碳化物和晶内MC型碳化物发生长大,γ￠相随时效时间的延长长大缓慢。282合金冲击吸收能量随时效时间的延长逐渐下降,晶界链状分布的M23C6型碳化物是造成其冲击吸收能量下降的原因之一。282合金硬度随时效时间的增加而增加,时效过程中γ￠相的含量及尺寸变化对合金硬度影响较大。     

热处理对GH4033合金组织及力学性能的影响

采用不同热处理制度对高温合金GH4033进行处理。通过能谱仪、光学显微镜、扫描电镜(SEM)和高温拉伸试验机等分析手段研究热处理对合金晶粒尺寸、第二相以及高温拉伸性能的影响。结果表明:采用1160℃×1.5 h+1020℃×8 h+1080℃×8 h+700℃×16 h进行热处理的试样(No.1试样)与采用1080℃×8 h+700℃×16 h进行热处理的试样(No.2试样)相比,前者晶粒分布更均匀,晶界碳化物呈细小的断链状分布,后者的晶界碳化物呈粗大的连续网状分布;前者的抗拉强度与后者接近,但塑性远优于后者。     

BNi2+TiH2复合钎料钎焊C/C复合材料与GH99镍基高温合金

采用BNi2+TiH₂复合粉末钎料成功实现C/C复合材料与GH99镍基高温合金的钎焊,对焊后接头界面组织及力学性能进行了分析.结果表明,焊后接头典型界面结构为C/C复合材料/Cr₃C₂+MC+Ni(s,s)/MC+Ni(s,s)/Ni₃Si+Ni(s,s)/Cr₃C₂+MC+Ni(s,s)/GH99高温合金.钎料中加入TiH₂,可促进C/C复合材料母材的溶解,并在钎缝中部形成MC碳化物颗粒.随着TiH₂含量的增加,钎缝中部MC形态由细小弥散向大片状转变.当TiH₂含量为3%时,接头室温及800,1000℃高温抗剪强度最高,分别可达40,19及10 MPa,接头强度高于BNi2钎料钎焊接头强度,并可有效保证接头高温使用性能.     

镍基粉末高温合金FGH4096中γ′相完全溶解温度的测定

通过JmatPro软件测试了镍基粉末高温合金FGH4096平衡相图,并根据γ′相平衡态溶解温度采用OM和SEM等方法研究了不同固溶温度下的γ′相溶解结果。结果表明,热力学软件JmatPro计算的FGH4096合金中的γ′相在930~1100 ℃大量溶解,完全溶解温度在1100 ℃以上。从1110 ℃到1130 ℃晶粒尺寸从16.1 μm长大至18.2 μm,变化不明显,从1130 ℃到1160 ℃,晶粒迅速从18.2 μm长大到28.6 μm。镍基粉末高温合金FGH4096中的γ′相起到强化作用的同时,对晶粒长大具有阻碍作用,随着固溶温度从1110 ℃升至1130 ℃,γ′相含量减少,其对晶粒的钉扎作用降低,导致晶粒有所长大。1130 ℃以上时,γ′相完全溶解,γ′相钉扎作用消失,晶粒迅速长大。最终确定FGH4096合金中γ′相实际的完全溶解温度为1130~1140 ℃。     

固溶处理对粉末冶金GH4099合金组织及性能的影响

通过等离子旋转电极雾化制粉和热等静压工艺制备了粉末冶金GH4099高温合金,并研究了固溶温度对该合金微观组织演变及室温、高温拉伸性能的影响规律。结果表明,粉末冶金GH4099合金微观组织均匀,晶粒尺寸接近原始粉末尺寸(~50 μm),并且无成分偏析。晶界处大尺寸的一次γ′相与碳化物交错分布,晶粒内部存在大量退火孪晶。随着固溶温度的升高,γ相晶粒逐渐长大,晶界处碳化物由断续状逐渐变为连续分布。当固溶温度为1140 ℃时,可获得与轧制件/锻件相当的室温及高温拉伸性能,但塑性较低,合金断口呈现出脆性解理断裂形貌,这主要与热处理过程中原始颗粒边界(PPB)处碳化物的析出有关。     

GH4133镍基高温合金激光冲击强化研究

为了研究激光冲击强化技术在高温部件上应用的可行性,研究了GH4133镍基高温合金激光冲击后强化效果的热稳定性。分别采用激光冲击强化、激光冲击强化加保温的方法进行处理,并利用SEM、显微硬度和残余应力的测试方法分析了温度对激光冲击处理后GH4133材料微观组织和力学性能的影响。通过冲击强化后涡轮叶片的高温疲劳试验验证强化效果的热稳定性,并分析其高温下的强化机制。结果表明,激光冲击强化可以在GH4133镍基高温合金表层产生较大残余压应力,细化晶粒;并且在温度作用下,激光冲击GH4133合金形成的细化晶粒在析出相的钉扎作用下具有较好的热稳定性。另一方面残余压应力的应力集中减小,分布均匀。两者的共同作用提高了强化效果的热稳定性,有利于疲劳性能的提高。     

多次真空固溶处理对GH1131高温合金组织和力学性能的影响

利用真空高压气淬工艺研究了GH1131高温合金经1100~1170 ℃范围内多次真空固溶处理后的组织和力学性能。结果表明,固溶态组织包含奥氏体晶粒和颗粒状碳化物,且随着固溶温度的升高,晶粒度稍有增大趋势。GH1131高温合金经多次真空固溶处理后组织均匀,常温与高温力学性能稳定,经1100 ℃+1130 ℃+1170 ℃三次真空固溶处理后,晶粒度维持了6~8级,900 ℃高温抗拉强度达到200 MPa。     

Precipitation Behavior of delta Phase of Deformation Induced GH3625 Superalloy Hot-Extruded TubeEI北大核心CSCD

GH3625 alloy is a wrought nickel-based superalloy mainly used in aeronautical, aerospace, chemical, nuclear, petrochemical, and marine applications industry due to its good mechanical properties, processability, weldability and resistance to high-temperature corrosion on prolonged exposure to aggressive environments. However, in medium and high temperature environment during long-term service, the gamma" is a metastable phase, easily transformed into stable delta phase, or d phase directly formed in the gamma matrix so that alloy performance was deteriorated, leading to the result of alloy failure. At the present work, mass fraction of d phase in GH3625 superalloy hot-extruded tube cold deformed to different reductions and then aged at 800 degrees C for different times, were measured by XRD. The effect of cold deformation on the law and kinetics of d phase precipitation was investigated by SEM, EDS and Image-Pro Plus metallographic analysis. The results show that d phase first precipitates at the deformation twin and grain boundaries as well as deformation bands, and then precipitates in the grains. The amount of delta phase at the deformation bands increases with the increase of cold deformation. The morphologies of delta phase change gradually from needles to spheroids or rodlike with increasing cold deformation. With the extend of ageing time, the average size of delta phase increases which grows according to LSW theory. At 800 degrees C, the relationship between the precipitation content of delta phase and ageing time follows Avrami equation. As cold deformation increases, the content of delta phase increases, the time index n decreases, whereas the d phase precipitation rate increases. Cold deformation promotes the precipitation of delta phase. The solute drags of Nb in soild solution and pinning of delta phase inhibits the grain growth during ageing process of cold deformed GH3625 superalloy hot-extruded tube. The hardness of the alloy increases with the extension of the holding time at epsilon = 35% but no obvious change at epsilon >= 50%.     

GH2132高温合金熔敷金属结晶裂纹敏感性

针对GH2132高温合金熔敷金属热裂纹敏感性问题,通过采用试制焊丝、熔敷金属焊接试验、组织及断口分析、凝固计算等手段对熔敷金属组织、凝固行为、开裂机制等进行了研究. 结果表明,试验熔敷金属金相组织主要由柱状树枝晶γ相(NiCrFe固溶体)、枝晶间富Ti的Laves相(Cr,Fe,Ni)₂ (Ti,Mo)、MC碳化物与共晶组织组成,凝固路径为L→L + γ→L + γ + MC→L + γ + MC + Laves→γ + MC + Laves,裂纹断口呈典型的鹅卵石共晶花样,整个断口形貌被呈自由表面的液膜所覆盖,属于发生在高温段的结晶裂纹. 结晶裂纹开裂机理为在凝固过程的终了阶段,发生了L→γ + Laves的低熔点共晶反应,在凝固收缩应力作用下,残余液相未及时补充而形成. Laves相的形成主要与凝固过程中Ti元素的偏析有关,理论计算结果表明,GH2132结晶裂纹指数(solidification cracking index, SCI)值为1944 ℃,(solidification temperature range, STR)为258 ℃,在结晶裂纹敏感性评价方面,相比STR,SCI指标能相对更为合理地实现结晶裂纹敏感性的量化评价,但仍存在考虑因素不全等问题.     

热处理对热锻模材料GH4698组织和性能的影响

研究了不同固溶温度和和冷却方式对GH4698合金的组织、室温性能、高温性能及断裂韧性的影响.结果表明:1030℃低温固溶,合金获得细小均匀的晶粒尺寸;1030℃固溶+炉冷,γ相初始尺寸偏大,屈服强度偏低,而1030℃固溶后空冷可以获得960 MPa室温屈服强度和750 MPa的750℃高温屈服强度,750℃高温断裂韧性...