GH 4169合金的高温氧化

研究了不同温度和时间条件下,GH4169合金的氧化动力学规律,并且深入地分析了合金元素的作用、氧化机理及合金在氧化条件下形成的氧化层结构及产生的规律.研究结果表明,该合金在氧化气氛条件下不能形成致密的抗氧化保护膜结构,氧化层剥落或蒸发,呈现失重状态.当温度超过800℃时产生加速氧化现象,合金的扩散导致试件表层抗氧化元素贫化.生产中必须严格控制固溶处理温度和时间,否则合金出现严重的表面氧化而报废.此研究对高温合金抗氧化理论与生产实际有重要的参考价值.     

GH4169合金高温疲劳裂纹扩展的微观损伤机制

空气环境对高温合金在高温下的损伤行为有显著影响.为了研究标准热处理态GH4169合金在高温疲劳裂纹扩展过程中的微观损伤机制,在空气环境中进行650℃、初始应力强度因子幅ΔK=30 MPa·m^1/2和应力比R=0.05的低周疲劳裂纹扩展试验.使用扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)对试样的断口、外表面和剖面进行观察和分析.实验结果表明:疲劳主裂纹以沿晶方式萌生并扩展,随后沿晶二次裂纹出现,并且其数量和长度沿主裂纹方向逐渐增加,进入快速扩展阶段后,断口呈现韧窝组织形貌;在裂纹扩展过程中,δ相与基体的界面发生氧化,使得沿晶二次裂纹沿界面扩展并产生偏折,从而起到阻碍二次裂纹扩展的作用;试样外表面的主裂纹周围出现晶界氧化损伤区,其尺寸和晶界开裂程度沿主裂纹扩展方向逐渐增大.     

GH4169高温合金热变形行为及组织演变

在Gleeble-3500D热模拟机上采用单道次等温压缩试验,系统研究了GH4169合金在变形温度为900~1 150℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)、变形量为10%~70%条件下的热变形行为,通过绘制流变应力曲线和显微组织观察,分析了热变形参数对GH4169合金流变应力、峰值应力和发生动态再结晶的影响,并建立了GH4169合金的本构关系模型。     

固溶时效工艺对GH4169高温合金组织和性能的影响

本文通过G H4169合金在不同热处理工艺条件下的固溶和时效处理实验,研究了固溶温度和时效温度对合金的微观组织和性能的影响.结果表明:720℃时效处理工艺下,1050℃以上固溶处理,晶粒明显细化,1100℃下晶粒最细,随着固溶处理温度的升高,时效析出的第二相含量增加;620℃时效处理工艺下,1050℃固溶时效析出相的含...     

不同热处理制度对GH4169合金板材微观组织和硬度性能的影响

研究了不同的固溶温度和时间对GH4169合金晶粒度、δ相和硬度的影响。结果显示,当固溶时间保持在60 min,固溶温度升高至1 005℃时,部分区域δ相回溶较多,个别晶粒长大;固溶温度升高至1 020℃时,合金完成静态再结晶,且δ相基本上完全回溶,基体晶粒已经长大;试样的硬度随着固溶温度升高而逐渐降低。当固溶时间不变,固溶温度从1 040℃提高至1 080℃时,残留δ相继续回溶,晶粒也会继续长大;但在此固溶温度范围内,固溶时间的延长却并不会使δ相和晶粒发生明显变化。在高温固溶期间,当温度超过1 060℃或者时间超过9 min时,硬度不再随着固溶温度和时间的变化而发生有规律的变化。     

热处理工艺对GH4169合金组织和性能影响

通过三种不同热处理工艺对GH4169合金进行处理。通过金相观察、扫描电镜、显微硬度和冲击试验,观察和研究了三种不同热处理工艺下GH4169合金的微观组织演变和力学性能。结果表明:三种不同的热处理工艺改变了GH4169合金中δ相的析出以及分布。经过HST处理后,δ相呈短棒状或粒状在晶界上析出;通过ST处理后在晶界和晶内可获得较多的δ相;而通过DA处理的微观组织晶界处较平滑,几乎没有δ相析出。经过HST和ST处理后,GH4169合金的硬度值变化不大,冲击强度明显提高,断裂方式表现为穿晶断裂。通过DA处理后,其硬度降为热轧态的60%,但是冲击强度提高了4.5倍,断裂方式表现为沿晶断裂。     

GH4169合金高温塑性变形的热加工图

以热模拟压缩试验的应力-应变数据为基础,根据DMM模型(dynamic materials model,动态材料模型)建立固溶态粗晶GH4169合金的热加工图;结合光学显微镜(OM)及电子背散射衍射(EBSD)分析,确定合金压缩变形的稳定区和失稳区,研究不同变形条件下的微观变形机制,并提出工艺参数范围.结果表明,粗晶GH4169合金在应变速率为10-0.25～1 s-1、变形温度为950～1100℃的条件下发生热加工流变失稳,失稳原因主要与局部塑性流动引发的裂纹有关;粗晶GH4169合金在中、低应变速率区有3个典型的动态再结晶区域,在应变速率为l0-3s-1、变形温度为950℃时局部能量耗散效率(η)的极大值主要与晶界析出δ相对动态再结晶的促进作用以及局部的晶内形核有关;综合考虑能量耗散效率、伸长率和组织状态,建议粗晶GH4169合金的始锻和终锻分别在应变速率为10-2.7～ 10-1.5s-1、变形温度为1087.5～1100℃和应变速率为10-2.5～10-1.5s-1、变形温度为1000～1065 ℃的条件下进行.     

GH4169合金高温变形显微组织演变及热加工图

在Gleeble-3500D热模拟机上采用单道次等温压缩试验,系统研究了 GH4169合金在变形温度为900～1 150℃、应变速率为0.01～10s-1、变形量为10％～70％条件下的动态再结晶行为,确定了合金在不同变形条件下的完全再结晶条件,绘制了再结晶图,给出了该合金变形的热加工图.研究结果表明:GH4169合金...     

热等静压气氛对铸造高温合金K4169微观组织的影响

利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、电子探针(EPMA)等分析手段,研究了热等静压气氛对铸造高温合金K4169微观组织的影响。结果表明,采用近高纯氩气热等静压的试样(编号B)的氧化层厚度约为26μm,大致分为3层,外层为Cr_2O_3,TiO_2,Al_2O_3等氧化物,中间层为Cr_2O_3,内层主要为内氧化物Al_2O_3,Al_2O_3呈现规律分布。合金表面氧化引起合金表面层形成Cr_2O_3和Al_2O_3等氧化物,导致Al等合金元素贫化。大块状的TiO_2会使致密的Cr_2O_3和Al_2O_3氧化膜变得疏松,从而加速试样B的内氧化。而采用K4169合金碎屑保护的试样(编号B-1)的氧化层厚度仅为6μm,主要由Cr_2O_3,TiN和Al_2O_3组成。在Cr_2O_3和Al_2O_3氧化膜表面形成具有较好抗氧化性的TiN,避免形成TiO_2,可以抑制试样B-1进一步发生氧化,未发现明显的合金元素贫化。采用合金碎屑掩埋法可防止合金表面氧化,显著减轻合金基体中Al等元素的贫化程度。     

热压缩参数对新型粉末高温合金微观组织的影响

采用电子背散射衍射(EBSD)方法,研究了某新型粉末高温合金热压缩过程中显微组织演变。结果表明,提高变形温度能够促进动态再结晶(DRX)。随着应变速率的升高,再结晶分数先降低后升高;高变形温度和低应变速率促进了晶粒的生长;变形温度的上升有利于孪晶的形成,但过高温度下界面能降低,孪晶的形成受到抑制。晶界迁移时间抑制孪晶的产生,而高应变速率下储存能的增大导致孪晶含量增大;高变形温度能够增强动态回复(DRV),从而降低几何必须位错(GND)密度。而应变速率的上升由于减少动态回复时间和产生压缩热,使GND密度先上升后下降。     

高铌高磷GH4169C和GH4169合金的组织稳定性

为研究高铌高磷GH4169C高温合金在高温长期时效过程中的组织稳定性,通过场发射扫描电镜和数显布氏硬度计对GH4169和GH4169C两合金分别经600、650、704及720℃时效30~10000 h的显微组织和硬度变化进行对比分析。结果表明：在服役温度（650℃）范围内长期时效,GH4169合金和GH4169C合金均表现优异的稳定性;在服役温度以上长期时效,GH4169合金和GH4169C合金稳定性较差,短时间内,合金组织就出现失稳。对比而言,704℃时GH4169C合金组织稳定性较GH4169合金高,而720℃时GH4169C合金组织稳定性劣于GH4169合金。分析认为,GH4169C合金由于提高Nb含量和P含量使的γ＇相稳定性增加,得以在服役温度以上（704℃）表现比GH4169合金更为优异的组织稳定性,但Nb含量的提高也引起啄相含量的增加,导致组织稳定性下降。在超高温（720℃）下,GH4169C合金稳定性劣于GH4169合金。由此推知,相比GH4169合金,改型GH4169C合金在使用温度上有所提高,但提高有限,在超高温下,其稳定性反而降低。     

GH4169合金的组织分布与高温性能关系的研究

本文主要研究GH4169合金的晶粒度和Ni3Nb-δ相的析出对高温力学性能和高温持久缺口敏感性的影响。     

工艺参数对SLM成型GH4169合金微观组织和残余应力的影响

在增材制造中,成型工艺参数是影响高温合金微观组织和性能的重要因素。针对GH4169合金,设计了基于激光功率、扫描速度、扫描间距等变量的15组工艺参数,采用选区激光熔化技术（SLM）制备了相应的合金试样,研究了不同工艺参数对试样致密度、微观形貌和残余应力的影响。利用JMP软件建立了工艺参数对试样致密度影响的数学模型,并确定了主要的影响因素。结果表明,扫描速度对致密度的影响最大,其次是激光功率和扫描间距。成型试样的致密度均在99.40%以上,最大可达到99.98%。当激光功率为222 W或扫描速度为1 190 mm/s时,更容易产生未熔合缺陷。当激光功率为403 W或扫描速度为573 mm/s时,由于局部温度过高和反冲压力的升高,容易产生气孔、匙孔等缺陷。试样表面的残余拉应力随着激光功率的增加和扫描速度的降低而增大,残余拉应力的最大值为853 MPa。     

变形速度及晶粒度对GH4169合金高温拉伸性能和组织的影响

研究了温度、拉伸速度、原始晶粒度对GH4169合金高温拉伸性能和组织的影响。随拉伸速度的提高，合金的强度升高，塑性下降。原始粗晶组织的强度明显高于原始细晶的相应值，而塑性则相应不同程度下降。在动态再结晶温度以上的950—980℃，原始细晶组织试样适量变形区具有均匀的10—13级晶粒。890℃、950℃和1030℃适量变形部位在正常热处理过程中晶界δ相分别呈大量聚集针状、适量短棒与小颗粒状和少量小片与薄膜状的析出特征。在热模锻条件下，选用合适的该合金细晶坯料，950℃左右的模具温度，预计锻件可获得均匀细小的晶粒和良好的晶界状态与性能。     

变形速度及晶粒度对GH4169合金高温拉伸性能和组织的影响

研究了温度、变形速度、原始晶粒度对GH4169合金高温拉伸性能和组织的影响.随变形速度的提高,合金的强度升高,塑性下降.原始粗晶组织的强度明显高于原始细晶组织的相应值,而塑性则有不同程度的下降.在动态再结晶温度以上的950～980℃,原始细晶组织试样的适量变形区具有均匀的10～13级晶粒.890℃、950℃和1030℃适量变形区在正常热处理后晶界δ相分别呈现大量聚集针状、适量短棒和小颗粒状以及少量小片状和薄膜状的析出特征.在热模锻条件下,选用合适的细晶坯料和950℃左右的模具温度,预计锻件可获得均匀细小的晶粒、良好的晶界状态及性能.     

时效处理对热连轧GH4169合金组织及晶格常数的影响

采用透射电镜(TEM)对时效处理热连轧GH4169合金的组织形貌进行观察,并采用X射线衍射物相分析(XRD),运用Origin PFM软件和公式进行晶格常数测定,研究时效处理对GH4169变形高温合金组织结构与晶格常数的影响。结果表明,热连轧GH4169合金的组织主要由γ基体、γ'和γ″相组成,3相的体积分数分别为50%,45%和5%;经直接时效和长期时效处理后,合金中的γ基体的体积分数基本保持不变,γ'相的体积分数逐渐减小到26%和19%,而γ″相的体积分数逐渐增加到24%和31%,且γ'和γ″相分别以粒状和枣核状的形式镶嵌在γ基体中。X射线衍射分析表明,热连轧GH4169合金中γ,γ'和γ″相具有较大晶格常数,经直接和长期时效后,各相的晶格常数略有减小,HCR合金经直接时效和长期时效后,合金中γ和γ'相的晶格错配度分别由0.2910%增大至0.3827%和0.3639%,同时,γ″相与γ相的晶格错配度分别由0.1082%增大到0.1583%和0.1501%。     

Nb含量对GH4169合金组织和拉伸性能的影响

采用真空感应熔炼、锻造、轧制、热处理等工艺得到Nb元素含量分别为4.99%、5.13%、5.34%、5.50%的四种GH4169合金,研究了Nb元素含量对GH4169合金组织和拉伸性能的影响。结果表明:随着Nb元素含量的增加,GH4169合金两组室温屈服强度和抗拉强度的均值分别由1124.5 MPa和1402 MPa提高至1152.5 MPa和1489 MPa,两组650℃屈服强度和抗拉强度的均值分别由867.5 MPa和1035 MPa提高至975.0 MPa和1105 MPa,室温拉伸塑性略有降低,但650℃拉伸塑性几乎无变化,说明Nb元素含量的增加促进了主要强化相γ″的析出和长大,同时金相观察表明同样促进了晶界δ相的析出。     

高温合金GH4169高速铣削表面粗糙度研究

采用肯纳KYHS10陶瓷刀具对高温合金GH4169进行高速铣削正交试验,通过极差分析法研究铣削速度ν、铣削深度ap、每齿进给量fz对加工材料表面粗糙度的影响程度,分析了各加工参数对加工表面粗糙度的影响规律,并建立了表面粗糙度的预测模型,验证了预测模型的可靠性。结果表明:影响表面粗糙度的主次因素依次为铣削深度、每齿进给量、铣削速度;随着铣削速度的增加,加工表面粗糙度逐渐减小,而随着铣削深度和每齿进给量的增加,加工表面粗糙度逐渐变大。     

熔速对电渣重熔GH4169合金凝固组织的影响

为研究熔速对GH4169合金在电渣重熔过程中凝固组织的影响,以Φ300 mm结晶器为例,在2. 5 kg/min、3 kg/min、3. 5 kg/min、4 kg/min四种熔速下进行试验,检测分析了铸锭的结晶形貌、二次枝晶间距、Laves相分布等。研究发现:随着电渣重熔速率的增加,中心部位和R/2处二次枝晶间距先减小后增大,而其边部是逐渐增大的;Laves相析出随着熔速的增加而增加;熔速≤3. 5 kg/min时,铸锭会得到较为理想的凝固组织。     

连轧变形量对GH4169合金棒材组织与性能的影响

在最近引进的我国第一台高合金钢连轧生产线上研究了轧制变形量对GH4169合金棒材组织和性能的影响。结果表明：与传统的横列式轧机不同,连轧过程中合金的内升温效应较大。在本试验条件下,变形量过小,不利于合金晶粒细化,并在近表面部位残存未再结晶的原始拉长晶粒;如果变形量过大,则由于内升温引起终轧温度升高,晶粒显著粗化,并使晶界6相显著减少,从而大幅度降低高温塑性和持久寿命。只有变形量适当,才能在棒材各部位完成动态再结晶的同时,获得9级以上的细晶组织和合适的6相析出状态,使合金获得良好的综合性能。