两种优质GH4169合金的显微组织及其对持久性能的影响

本文研究了高强度和直接时效两种GH4169合金的微观组织和持久断裂性能,探讨了微观组织、持久性能和热机械处理工艺间的关系。研究表明晶粒度及δ相的数量和分布是控制GH4169合金持久性能的关键因素。     

激光快速成形GH4169合金显微组织与力学性能

利用GH4169合金粉末进行激光快速成形实验,制备出GH4169合金块状试样,并进行固溶时效热处理。利用扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等方法分别对激光成形沉积态及固溶时效态试样进行显微组织及元素偏析分析,并测试显微硬度、室温及高温拉伸性能。结果表明:沉积态微观组织为生长方向不一的细长柱状树枝晶,组织细小致密;经过固溶时效热处理后晶粒得到细化,晶粒内部仍保留枝晶亚结构;固溶时效态试样较沉积态显微硬度及抗拉强度大幅提高,塑性有所下降,但整体优于锻件技术标准。断口形貌表现为韧性穿晶断裂方式。     

航空发动机涡轮叶片超温服役损伤的研究进展EI北大核心CSCD

涡轮叶片是航空发动机的核心热端部件之一,其安全服役对航空发动机的正常运行至关重要。当发动机遭遇非正常工况时,涡轮叶片的服役温度可能急剧上升并超过正常工作允许温度,即发生超温服役。超温可使叶片遭受严重的组织退化,导致叶片提前失效。本文介绍了航空发动机涡轮叶片过热检查和失效分析的方法,详细阐述了超温服役对显微组织与力学性能影响的研究进展。此外,本文还对高温合金超温服役损伤评价、寿命预测和组织修复提出了展望,为叶片服役评价与失效分析及新型高温合金的研制提供了参考借鉴和理论依据。     

热处理对GH742合金组织和力学性能的影响

研究了不同热处理制度对ＧＨ７４２高温合金组织和力学性能的影响。结果表明,调整固溶处理制度可明显改变晶粒度和γ＇形态。控制固溶处理温度,供γ＇相不完全溶解,可以阻止晶粒长大,而这种粗大γ＇相和时效过程中形成的细小γ＇相共存的组织具有良好的综合性能。时效处理可以改变γ＇相的数量和分布,时效温度越低,时间越长,则γ＇相数量越多,尺寸越小,使合金的强度上升,塑性降低。     

单晶涡轮叶片合金的薄截面尺寸效应

单晶涡轮叶片合金存在明显的薄截面尺寸效应,当截面尺寸小于0.5mm时,持久寿命大幅降低,尤其是中温持久寿命.截面尺寸效应是由于试样厚度减小引起显微组织和表面完整性的变化以及实验误差综合影响所致.     

燃气涡轮叶片的服役损伤与修复

涡轮叶片是燃气轮机最重要的热端部件之一。它长期在不均匀的温度场、应力场以及燃气腐蚀和高温氧化的环境下工作,面临着蠕变、低周疲劳和高温腐蚀等多种失效威胁。系统地研究涡轮叶片在服役过程中的组织损伤与性能退化规律是揭示其失效机理、探索适宜的恢复热处理工艺以延长涡轮叶片使用寿命的必然途径。对目前已有的涡轮叶片服役损伤研究进行了总结,同时结合本课题组对不同类型的涡轮叶片长期服役后（空中飞行时间：1 200 h~20 000 h）组织和性能损伤评估的研究结果,对存在的各种服役组织损伤形式进行了归类和介绍,主要包括涂层的退化、拓扑密排相（TCP）的析出、二次反应区（SRZ）的形成,γ′相的粗化与筏排化,碳化物的分解与析出,蠕变孔洞与裂纹的形成等。此外,还总结了前人研究的服役涡轮叶片性能退化规律以及恢复热处理工艺。热端部件服役损伤的研究对燃气轮机关键部件的寿命管理和安全服役具有重要的指导意义和经济意义。     

选区激光熔化成型GH3536合金的显微组织与拉伸性能

采用选区激光熔化(SLM)成型技术制备了GH3536合金试样,并对其显微组织与拉伸性能进行了分析。结果表明:SLM成型GH3536合金试样的基体显微组织为奥氏体,试样内部存在明显的微裂纹,纵向和横向的显微组织形貌存在明显不同;该试样纵向的拉伸性能优于横向的,相对于热轧Hastelloy X (GH3536)合金,SLM成型GH3536合金试样的强度较好,但塑性较差。     

稀土影响高温合金GH907性能的显微机理研究

研究了稀土对GH907合金的力学和物理性能的影响规律,优化了可善GH907合金缺口持久性能,高温抗氧化性能的合金体系,通过比较标准GH907合金和稀土GH907合金的显微组织和界面结构,提出了稀土提高合金性能的微观机理,稀土主要存在于合金的片状相中,使其含量,形态,分布和晶体结构发生改变,与基体之间界面晶格失配和界面应力大小大减小。     

GH141合金的显微组织控制

研究了热处理对GH141合金显微组织的影响规律。结果表明，1080～1120℃固溶处理过程中合金晶粒的长大与主要强化相γ’及碳化物的溶解密切相关。固溶空冷试样在760～900℃时效过程中，主要强化相γ’按“台阶机制”由最初的球形颗粒逐渐粗化成为规则排列的立方体形貌，符合点阵扩散控制的“Ostwald”熟化规律，粗化激活能为276．8kJ／mol。     

定向凝固和单晶高温合金及涡轮叶片的发展

北京航空材料研究所对定向凝固及单晶高温合金及工艺进行了多年卓有成效的研究,建立了先进的定向凝固设备,发展了定向凝固工艺,研制了一系列高性能定向和单晶高温合金;对合金设计、热处理、合金元素的作用进行了分析研究,为确定合适的化学成分及选定最佳工艺参数提供了可靠的基础;进行了精密铸造工艺的研究,发展了无余量铸造技术和用于定向及单晶的陶瓷型壳和型芯,并用此发展了多种航空定向和单晶叶片,特别是研制和批生产了用于先进航空发动机的DZ22无余量具有复杂内冷通道的空心涡轮叶片。现在,其主要目标是研制无余量的单晶空心叶片及其他单晶课题。     

镍基高温合金GH4033的高温低周疲劳和断裂

研究了镍基高温舍金GH4033在400℃-700℃的疲劳循环应力行为和疲劳寿命曲线，结果表明，500℃处由于材料强化显示出好的抗疲劳性能。此外，还借助扫描电镜对疲劳试样的断口进行了分析，揭示了疲劳断裂机制。     

GH4169合金细晶棒材的连轧工艺及其组织与性能

介绍了最新引进的我国第一套高合金钢连轧生产线及其所生产的GH4169合金φ20~φ55mm热轧细晶棒材的组织与性能。与传统的横列式轧机轧制的同规格棒材相比,该连轧工艺更易于获得晶粒均匀、适量δ相合理分布的细晶棒材;在所研究的规格范围内,晶粒度可稳定控制在10级左右,且工艺更稳定可控。因而,其轧棒具有更优良稳定的综合性能。同时产品尺寸精度和成材率均有较大幅度的提高。     

GH4049合金的热变形行为及组织演变

在Gleeble-1500热模拟机上进行GH4049合金的热压缩实验,获得合金在温度为1090~1180℃、应变速率为0.1~50s-1条件下的应力-应变曲线。对峰值应力进行线性回归获得合金在不同变形条件下的材料常数,通过非线性回归建立合金的热变形本构方程。结果表明:随着变形温度升高,动态再结晶更加充分,晶粒尺寸变大;随着应变速率增加,晶粒组织趋于均匀,晶粒尺寸先减小后增大。     

GH4706合金的热变形行为与显微组织演化

在Gleeble 3800热模拟试验机上进行GH4706合金的热压缩实验,研究了变形温度为900～1150℃、应变速率为0.001～1s-1范围内合金的热变形行为.结果表明:GH4706合金的真应力真应变曲线呈现出流变软化特征,随变形温度增加或应变速率减小,峰值应力逐渐降低,峰值应变逐渐减小.合金的本构关系可由双曲正弦函数描述,变形激活能为435.36kJ/mol,应力指数为4.13.合金的显微组织演化机制与Z参数密切相关,高Z值条件下主要发生动态回复,低Z值条件下主要发生动态再结晶与再结晶晶粒粗化.GH4706合金发生完全动态再结晶且不发生晶粒粗化的临界lnZ值为35.     

GH6159合金成分−组织−性能关联研究

目的 研究不同成分GH6159合金冷拉态和热处理态显微组织的变化情况,分析不同成分对合金室温和高温拉伸性能的影响规律,为GH6159合金成分优化与性能提升提供理论指导。方法 基于MP159合金成分,设计熔炼了4种不同成分的GH6159合金,经锻造开坯和热轧,进行了拉伸率为48%的冷拉变形和663 ℃/4 h的时效热处理,分别制成冷拉态和热处理态GH6159棒材,采用MTS 8810拉伸实验机进行室温和595 ℃的高温拉伸测试,获得了不同成分合金冷拉态和热处理态的室温和595 ℃高温拉伸性能,结合OLYMPUS−PM3光学显微镜和Tescan Mira 3 XMU扫描电子显微镜观察了显微组织的变化情况。结果 GH6159冷拉态棒材内存在大量的变形孪晶,热处理态组织内析出了弥散分布的强化相,合金拉伸性能主要受到基体元素和强化相元素的影响。结论 较高含量的Co、Cr、Ni基体元素有利于提高冷拉态GH6159合金的室温和高温拉伸强度,而Al、Ti、Nb强化相元素会提高热处理态GH6159合金的室温拉伸强度,但过高的Ti元素会降低合金强度,一定含量的Al、Ti、Nb元素有利于提高冷拉态和热处理态合金的高温塑性。     

600MW机组次末级叶片断裂原因分析

通过化学成分分析、力学性能检验、金相检验及断口分析等方法,对某厂600 MW机组次末级叶片断裂原因进行了分析。结果表明:叶片的断裂属于高周疲劳断裂。并针对叶片失效情况提出了预防措施。     

镍基单晶合金涡轮叶片开裂原因

某发动机高压涡轮叶片为镍基单晶合金叶片,在室温下进行振动疲劳试验后发现叶片开裂,通过宏观观察、金相检验和扫描电镜分析等方法对叶片开裂的原因进行了分析.结果表明:进气边叶根和榫头伸根的开裂形式均为疲劳开裂;进气边叶根气膜孔内壁存在多处小缺口及榫头伸根亚表面存在疏松缺陷,这些缺陷部位容易形成裂纹源,促进了裂纹的萌生,裂纹扩...     

GH4169合金精锻叶片腐蚀条带组织的成因分析及预防措施

目的 分析精锻工艺成形的GH4169合金压气机转子叶片出现腐蚀条带组织的原因,以制定相应的预防措施。方法 对精锻叶片用GH4169合金开展锻造热过程模拟试验,采用电镜观察其显微组织,以判断叶片锻件异常组织与原材料组织的关联。采用数值模拟方法对锻造工艺参数,尤其是锻造变形量进行分析与验证,找出锻造工艺方案的不足之处。结果 当原材料存在δ相偏聚时,容易导致叶身及榫头部位出现纵向腐蚀条带组织;当叶片锻造变形设计不合理,盆弧侧、背弧侧的预锻件与终锻件的变形体积比超出1.1～1.4时,会导致榫头部位出现金属流动异常的现象,进而产生应变剪切带、导致叶片榫头部位出现异常组织。结论 在叶片精密锻造生产前要确保原材料组织均匀,不能出现δ相偏聚,同时采用数值模拟方法来合理控制锻造各阶段的变形量与应变场,确保叶片预锻件与终锻件的变形体积比合理、金属变形均匀,这样才能保证叶片叶身和榫头部位不出现腐蚀条带组织。     

一种GH4169镍基合金的组织结构与蠕变性能

通过对一种等温锻造GH4169镍基合金进行直接时效处理,蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了该合金的组织结构与蠕变行为。结果表明,GH4169合金的组织结构由γ基体,γ′相、γ″相和δ相组成,且各相之间保持共格界面。测定出合金在660℃/700MPa条件下的蠕变寿命为123h。合金在680℃/700MPa的蠕变寿命为39h,在实验温度和应力范围内,计算出直接时效合金的蠕变激活能为588.0kJ/mol。合金在蠕变期间的变形机制是位错滑移和孪晶变形,其中,沿晶界析出的粒状碳化物,可抑制晶界滑移,是使合金具有较好蠕变抗力的主要原因。随蠕变进行,开动的滑移系中位错运动至晶界受阻,并塞积于该区域引起应力集中,当应力集中值大于晶界的结合强度时,可促使其在与应力轴垂直的晶界处发生裂纹的萌生与扩展,直至断裂,是合金在蠕变期间的断裂机制。     

有利于铸造TiAl合金增压器涡轮叶片可靠性的组织设计

针对增压器涡轮应用背景,详细分析定向层片组织铸造TiAl合金的室温拉伸塑性、断裂韧度以及高温热暴露后的剩余塑性等反映叶片抗损伤能力的性能,并讨论在叶片中形成这种定向层片组织的工艺可行性,以获得一种有利于增压器涡轮可靠性的组织设计。结果表明:定向层片组织铸造TiAl合金具有优异的室温拉伸塑性和断裂韧度,并且在高温热暴露后仍能保持较高的室温拉伸塑性,这些优异性能均依赖于定向层片取向一致性特征。通过控制凝固冷却条件和Ti/Al原子比,在增压器涡轮叶片中可以获得层片界面近似平行叶片表面的定向层片组织,有利于提高叶片的抗损伤能力,从而改善TiAl合金增压器涡轮的使用可靠性。