喷丸时间对GH4169合金表层组织及性能的影响

利用2mm不锈钢弹丸对GH4169合金表面进行高能喷丸处理,研究喷丸时间对合金表面形貌、表层显微组织、表面粗糙度和显微硬度的影响。结果表明,随着喷丸时间延长,喷丸作用层厚度、显微硬度、表面粗糙度都随之增加;当喷丸时间为10min时,GH4169合金的喷丸作用层厚190μm,表层显微硬度(HV)为389,较原始试样提高了35%。     

冷轧对GH4169合金组织与性能的影响

采用X射线衍射技术及透射电子显微镜研究了冷轧变形道次及不同变形量对GH4169合金中金属间化合物γ″相和δ相的分布,形貌,数量及性能的影响,结果表明：随着变形程度的增加,析出相由晶内和和晶界析出逐渐转变到形变带及位错墙处析出,γ″相的尺寸逐渐减小,γ″、δ相的析出含量以及材料的强度逐渐增加,双道次冷轧变形提高了δ相的含量,但降低了γ″相的析出量和材料的强度。     

喷丸直径对GH4169合金性能和损伤演化的影响

采用半自动光学显微镜、激光共焦显微镜、MTS-Landmark电液伺服力学性能试验机等设备,研究了GH4169合金经不同直径弹丸喷丸处理后的微观组织和力学性能。利用数字图像相关方法(DIC),对材料单轴拉伸过程的表观损伤演化行为进行分析。结果表明,随着弹丸直径由ϕ0.6 mm增大到ϕ4.3 mm,GH4169合金的表面细晶层厚度由420 μm 增大到530 μm,其表面粗糙度最大较原始试样增大了80.8%。喷丸处理后,材料的屈服强度和抗拉强度均有所提高,其伸长率下降。随着塑性变形增加,喷丸前后GH4169合金的损伤演化规律相似,变形初期材料发生均匀变形且变形缓慢,损伤因子达到临界值后材料开始快速损伤。喷丸直径越大,临界塑性应变越小,材料越早发生快速损伤。建立了不同喷丸直径GH4169合金的损伤演化方程,对喷丸强化材料的寿命评估具有重要意义。     

GH4169合金喷丸强化层组织结构研究

采用X射线衍射方法、透射电子显微术和背散射电子衍射(EBSD)技术研究了GH4169合金喷丸强化后表面层组织结构的变化规律.结果表明,喷丸强化后,在GH4169合金试样表面形成约1.2 mm厚的弹塑性变形层;表面粗糙度Ra为1.4274 μm;晶粒内部的变形是位错和孪晶共同作用的结果.     

长期时效对GH4169合金组织与性能的影响

分析了GH4169合金经960 ℃×1 h+720 ℃×8 h+620 ℃×8 h标准热处理后再经650 ℃长期时效(100~4000 h)后的组织演变规律和力学性能,探究合金在长期时效过程中的组织演变与力学性能变化之间的关系。结果表明:合金在650 ℃时效100~800 h时,晶内会持续析出较多细小γ″、γ′相,晶界处伴有δ相析出,合金的硬度呈上升趋势;时效1600~2400 h时,γ″、γ′相逐渐长大,δ相逐渐粗化并且周围出现贫γ″区,合金硬度上升趋缓;时效3200~4000 h时,γ″、γ′相粗化明显且晶内大量γ″相转变为δ相,合金的硬度下降。长期时效过程中合金的抗拉强度及屈服强度变化规律与硬度一致,塑性呈现不断下降的趋势。     

时效处理对GH4169合金组织和性能的影响

研究了"标准双时效"制度和"高温时效"制度对GH4169合金组织、室温力学性能和高温力学性能的影响规律。结果表明:由于"高温时效"处理温度高于"标准双时效"处理温度,促使基体中γ〃亚稳定相向δ稳定相转变,但是δ相的析出会消耗合金中主要强化相γ〃中的Nb元素,导致γ〃强化相减少,因此"高温时效"处理后GH4169合金的强度有所降低,而伸长率有所提高。"高温时效"处理GH4169合金可以获得强度和塑性的综合匹配。     

固溶处理对GH4169合金组织与性能的影响

研究了热处理温度和保温时间对GH4169合金晶粒长大规律和硬度的影响.结果表明,δ相对晶粒长大有显著阻碍作用,在低于δ相完全溶解温度热处理时,未溶解的δ相使晶粒长大缓慢;在高于δ相完全溶解温度热处理时,合金为单相奥氏体组织,晶粒随温度的升高迅速长大.晶粒长大动力学表明:在热处理温度高于1050℃时的晶粒长大激活能为157.6kJ/mol,晶粒长大机理为Ni基合金的晶界扩散过程所控制,同时也建立了相应的晶粒长大动力学方程.     

固溶处理对GH4169合金组织与性能的影响

研究了热处理温度和保温时问对GH4169合金晶粒长大规律和硬度的影响。结果表明，δ相对晶粒长大有显著阻碍作用，在低于δ相完全溶解温度热处理时，未溶解的δ相使晶粒长大缓慢；在高于δ相完全溶解温度热处理时，合金为单相奥氏体组织，晶粒随温度的升高迅速长大。晶粒长大动力学表明：在热处理温度高于1050℃时的晶粒长大激活能为157．6kJ／mol，晶粒长大机理为Ni基合金的晶界扩散过程所控制同时也建立了相应的晶粒长大动力学方程。     

喷丸与振动光饰复合处理对GH4169高温合金疲劳性能的影响

对比研究了喷丸和喷丸与振动光饰复合处理对GH4169高温合金疲劳性能的影响,利用扫描电子显微镜、粗糙度仪、显微硬度计、X射线应力测试仪分析和测试了试样的表面形貌、表层组织、粗糙度、显微硬度、残余应力场,探讨了表面完整性与疲劳性能的内在联系及作用机制。结果表明:复合处理对GH4169高温合金疲劳性能的改善效果比单独喷丸强化处理更好;复合处理使GH4169高温合金的室温疲劳强度提高了21.6%;500℃预加热100 h处理使复合强化GH4169高温合金疲劳强度降低了6%,但仍较未喷丸处理状态提高了14.29%,即复合处理能够有效改善GH4169高温合金室温～500℃高温工况下的抗疲劳性能。     

喷丸强化对GH4169合金孔结构高温低周疲劳性能的影响

螺栓结构是航空发动机盘件的重要连接结构,但服役时存在结构应力集中的螺栓孔结构受到大载荷作用,容易发生疲劳失效。根据高压压气机盘螺栓孔结构设计中心孔板材疲劳试样,对中心孔板材疲劳试样进行喷丸强化,研究了原始、高强度和低强度喷丸工艺等3种状态下表面粗糙度和残余应力场,并表征了3种状态下的高温低周疲劳性能。结果表明:相比铰孔状态,大强度的喷丸工艺使孔壁表面粗糙度显著增大,并且在倒角区域出现喷丸塑性流动金属的堆积,虽然引入了深度较大的残余压应力场,但仍然使得疲劳性能有所降低;小强度喷丸后疲劳性能有所提高但分散度增大。通过断口可以看出,原始和小强度喷丸后疲劳源萌生在孔壁处,呈多源疲劳断口;大强度喷丸后疲劳源萌生在孔边倒角区域,为单源断口。     

机械振动耦合脉冲磁场对GH4169合金组织与性能的影响

研究了脉冲电压、脉冲频率和浇注温度对机械振动耦合脉冲磁场处理GH4169合金凝固组织与力学性能的影响。结果表明,在脉冲电压为200～300 V、脉冲频率为1～5 Hz条件下,随着脉冲电压或者脉冲频率的提高,GH4169合金中粗大的树枝晶逐渐转变为细小等轴晶,合金的晶粒尺寸不断减小、等轴晶比例不断增加,合金的抗拉强度不断增加而伸长率有所降低,但都明显高于未施加复合处理的合金;随着浇注温度的升高,未施加复合处理的GH4169合金的平均晶粒尺寸不断增加,而复合处理工艺下合金的平均晶粒尺寸不断减小;相同浇注温度下,机械振动耦合脉冲磁场复合处理的合金的抗拉强度和断后伸长率都明显高于未施加处理的合金;机械振动耦合脉冲磁场复合作用可以明显细化GH4169合金的凝固组织,合金的力学性能大幅度提高。     

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。     

不同热处理工艺对GH4169合金组织及性能的影响

研究了3种不同热处理工艺对GH4169合金组织和性能的影响。结果表明,3种热处理对晶粒大小没有明显影响,而主要改变δ相的析出量以及分布。通过HST处理后在晶界以及晶内可获得较多的δ相;通过DA处理的组织晶界处较平滑,几乎没有δ相析出;而通过ST处理的δ相主要析出于晶界,数量介于两者之间。在650℃,725MPa的蠕变条件下,通过DA处理可获得更长的蠕变寿命和断裂延伸率,而ST处理后的合金寿命最短。对合金蠕变后的试样观察发现:δ相的数量、分布对合金蠕变性能有着重要的影响。     

固溶对GH4169合金晶粒尺寸与力学性能的影响

探索了固溶温度与时间对GH4169合金晶粒长大行为的影响,测试了不同固溶温度下合金的拉伸及冲击性能。结果表明:GH4169合金在低于1020℃固溶,残留δ相阻碍晶粒长大,固溶保温时间越短,晶粒不均匀因子增加越明显。当固溶温度高于1020℃,δ相充分溶解,不同保温时间下的晶粒不均匀因子都显著降低。随晶粒尺寸的增加,GH4269合金拉伸性能降低,但冲击韧性随固溶温度增加而增加。这主要是晶界上δ相的回溶,避免了裂纹沿晶界扩展。     

热处理对3D打印制备GH4169合金组织与性能的影响

通过选区激光熔化(SLM)技术三维打印(3D priting)制备了GH4169合金板状试样,并对其进行了热处理。采用三维原子探针技术(3DAP)以及附带原位拉伸功能的扫描电镜(SEM)对热处理前后试样的显微组织及力学性能进行了检测。结果表明,打印态GH4169合金中熔池和晶粒内部均为凝固枝晶组织,合金元素分布均匀。经过热处理后,基体中形成了大量细小γ″相和γ′相;拉伸试验结果显示,3D打印GH4169合金热处理后具有更优的力学性能,这归因于枝晶组织的消失、有害δ相的减少以及大量纳米级γ″相和γ′相在基体中的析出。     

微量元素碳对GH4169合金性能的影响

采用JMatPro V7.0软件对不同碳含量的GH4169合金性能进行计算,研究微量元素碳对GH4169合金力学性能及蠕变性能的影响。结果表明:碳含量对γ″相含量有显著影响,随着碳元素含量的增加,γ″相含量先降低至碳含量为0.01%处再上升,当碳含量为0.02%时,γ″相含量开始降低至碳含量为0.05%处再上升;随碳元素含量的增加,室温屈服强度先减小至碳含量为0.01%处后增加,当碳含量为0.02%时,室温屈服强度开始降低后上升,在碳含量为0.05%处,出现极小值;蠕变速率的变化趋势与室温屈服强度相反,随碳含量的增加,蠕变速率在碳含量小于0.02%时先增大再减小,当碳含量高于0.02%时,仍然呈先增大后减小的趋势,极大值出现于碳含量为0.05%处,此时持久寿命较短,蠕变性能不佳;杨氏模量随着碳含量的增加呈现上升趋势。     

成形气氛对大气环境下激光修复GH4169组织与性能的影响

激光制造高性能GH4169镍基合金通常在密闭环境下进行,导致部件加工尺寸受限和成本增加。为了拓宽激光增材制造和再制造GH4169合金的应用,本文尝试在大气环境不同气氛（Ar、N2）下进行激光修复实验。结果表明,在大气环境Ar气氛下,修复层主要由γ相和长链状Laves相组成,呈典型的柱状晶组织,其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为874 MPa、621 MPa和23.1 %。在大气环境N2气氛下,由于其热导率更高,熔池冷却速率更快,修复层主要由γ相、尺寸与体积分数更小的颗粒状Laves相以及（Ti,Nb）N颗粒相组成,呈细化的枝晶组织,其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为935 MPa、649 MPa和24.9 %。由于细晶强化和第二相析出强化的共同作用,在大气环境N2气氛下可成功实现对GH4169合金低成本、高效率的激光修复。     

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。     

热处理对焊接快速成形GH4169合金组织和性能的影响

利用TIG焊接快速成形法制备了GH4169镍基高温合金多道多层块状试样,并对试样的组织和力学性能进行了分析。组织分析表明,沉积态试样组织宏观上呈现以基材为基底的外延连续生长的粗大柱状晶的特点,层与层间过渡不明显;无宏观冶金缺陷存在,仅存在少量弥散分布的细小气孔;试样在热处理过程中发生再结晶,且不同区域的再结晶晶粒尺寸和分布不一致,试样底部晶粒尺寸最小、分布更均匀,越靠近试样顶部枝晶越粗大。热处理前后试样的硬度沿沉积方向从下至上呈减小的趋势,热处理后硬度提高。热处理后试样抗拉强度有所提高,最高达到1 250 MPa,接近锻件标准,但是局部区域抗拉强度仍存在一定的差距。     

热处理对GH4169脉冲TIG焊接接头组织和性能的影响

采用脉冲TIG焊制备GH4169合金焊接接头,并采用4种热处理工艺对焊接接头进行热处理,对比不同热处理工艺对GH4169合金焊接接头组织和性能的影响。结果表明,焊接接头经过4种热处理工艺后,部分相发生溶解,接头常温和高温抗拉强度皆得到提高,接头硬度皆显著提高,但热处理后接头塑性显著降低。其中经过1020℃固溶处理+双级时效后的接头焊缝中Laves相发生部分溶解,且经该热处理工艺后其接头常温和高温抗拉强度提高幅度皆达到最大。