一次时效温度对先进Ni基超合金蠕变强度的影响

为了提高喷气发动机涡轮叶片等用的Ni基单晶超合金(以下简称Ni基超合金)的使用温度,开发了添加Re等重元素和Ru等贵金属的第4、第5代Ni基超合金,其中第4代合金TMS-138A以及第5代合金TMS-196具有最优良的性能,有望在今后用于喷气发动机涡轮.     

单晶镍基高温合金CMSX-486

Cannon- Muskegon Corp.公布了一个具有改进蠕变持久强度的单晶镍基高温合金 CMSX- 486。该合金的化学成分为 9. 3%Co,8. 6%W,5 . 7%Al,5 %Cr,3%Re。并通过 B,C,Hf,Zr含量的最佳匹配 ,实现合金的晶界强化。它设计为铸态使用 ,能使复杂铸件的实收率大幅度提高 ,而不存在固溶热处理的再结晶问题。单晶高温合金零件改进的性能是优良的抗热疲劳、抗低周疲劳和抗氧化性能的结果。这类合金零件也具有高的蠕变强度 ,特别是在叶片前后缘处没有横向晶界对其性能十分有利单晶镍基高温合金CMSX-486@全宏声…     

先进镍基单晶高温合金蠕变行为的研究进展

先进镍基单晶高温合金具有优良的成分兼容性,在1 000℃以及更高温度下仍能保持较高的组织稳定性、抗蠕变性、抗疲劳性、抗氧化性和抗腐蚀性能,被广泛应用于现代航空发动机和地面燃气轮机的涡轮叶片等关键热端部件。在服役过程中,镍基单晶高温合金主要发生涡轮叶片旋转造成的蠕变及疲劳变形。另外,现代航空发动机对涡轮进口温度的要求不断提升,使得镍基单晶高温合金的承温承载能力面临着更大的挑战。长期以来,材料科研工作者尝试了许多方法来提升镍基单晶高温合金的蠕变性能:在镍基单晶高温合金中添加了大量的难熔元素(W、Cr、Mo、Re等),降低了元素的扩散速率,从而提高了合金的固溶强化水平;添加了γ'相形成元素(Al、Ti、Ta),形成金属间化合物γ'沉淀相,利用γ'沉淀相与γ基体相之间的相干应变、有序化,以及弹性模量和堆垛层错能差异等沉淀强化机制,提高合金的强度;通过调整热处理制度,进一步优化沉淀相的尺寸、形态以及体积分数,最大化沉淀强化效果;通过调整Mo与Re的含量,提高γ'沉淀相与γ基体相的错配度,细化γ/γ'界面位错网间距,强化γ/γ'相界面强度,提高镍基单晶高温合金的蠕变抗力;同时加入适量的Pt族金属元素,抑制了TCP有害相的析出,进一步稳定了合金组织。然而,镍基单晶高温合金中元素的合金化程度已很高,在CMSX-10中难熔元素的含量高达20.5%,这已经接近镍基体的溶解度极限;同时,也带来了其他一系列问题:组织不稳定性(包括凝固缺陷析出倾向的增加、TCP相的析出)以及合金密度和成本的增加。另外,对于第四代及其后续的镍基单晶高温合金的设计,除依赖提高难熔元素含量和加入铂族元素稳定组织外,并无其他公开、有效的措施。现行措施也与现代工业追求低密度、低成本、环境友好的理念背道而驰。因此,深入认识镍基高温合金成分-组织-结构-性能之间的内在联系十分重要,亟待突破现有的合金设计理论。本文试图从最重要的长时力学性能之一的蠕变性能出发,分别对镍基单晶高温合金成分、组织结构、蠕变行为特点等方面进行了阐述,重点探讨了固溶元素、γ'体积、尺寸、形态、γ/γ'界面、堆垛层错能(SFE)、反相畴界能(APB)等因素对蠕变行为、蠕变机制的影响规律,分析了镍基单晶高温合金蠕变行为研究面临的问题,并展望其研究前景,以期能够深入理解单晶高温合金的强韧化机理,为新一代镍基单晶高温合金的设计提供一些思路。     

大功率航空发动机用Ti-6246钛合金的耐蚀性能

发展用于航空发动机压气机盘件和叶片的材料是以获得高抗蠕变强度为目的.Ti-6246(Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo)合金适用于773K～900K温度,可制造中、高功率压气机盘件和叶片.     

日本开发第四代单晶高温合金

日本NRIM为开发第四代单晶高温合金,至少已在第三代单晶合金TMS-75上进行了两个方面的试验研究。一方面是试验Pt族金属添加元素对显微组织和持久性能的影响。已有的研究表明,添加1at%的Ir,Ru,Pt,Rh和Pd中的每一个元素都将减低900℃/392MPa条件下的蠕变强度,但Ir例外。例如在1100℃/4000h的长时蠕变试验中,添加Ir是有效的。这可能是由于Ir提高组织稳定性并降低扩散性。也研究了这族金属元素对热腐蚀性能的影响。另一方面是试验基本结构参数的影响。例如,添加Al提高γ′相体积百分数,它不在1100℃而在900℃使其蠕变强度提高。在高温低…     

单晶高温合金发展现状EI

从８０年代初第一代单晶高温合金研制成功以来，单晶合金的发展甚为迅速，第二代、第三代单晶合金相继出现和应用，为航空发动机和地面燃气轮机的性能大幅度提高作出了重大贡献。单晶合金及其工艺的发展具有一系列重要特点。其应用范围日益扩大。预计今后相当长一段时期，单晶高温合金仍将是先进燃气涡轮发动机最主要的叶片材料。我国在单晶合金及工艺研究方面已取得显著成绩，但是仍落后于当前国际先进水平。     

单晶高温合金CMSX－10与CMSX－4的性能比较

单晶高温合金ＣＭＳＸ－１０与ＣＭＳＸ－４的性能比较美国第三代单晶高温合金ＣＭＳＸ－１０的拉伸性能与第二代单晶高温合金ＣＭＳＸ－４相当。ＣＭＳＸ－１０合金的蠕变性能，特别是高温蠕变性能比ＣＭＳＸ－４高出３０℃。直到１１６３℃，ＣＭＳＸ－１０仍比ＣＭ－Ｓ...     

Ru对单晶高温合金拉伸性能的影响

为了研究Ru在含Re单晶高温合金的作用,利用扫描电镜和透射电镜以及电子拉伸实验机对不同Ru含量的三种单晶高温合金的拉伸性能和变形组织及形貌进行观察和分析,研究结果表明:三种合金随着Ru含量的增加,合金热处理态γ′相尺寸逐渐减小,立方度明显增加。900℃下的拉伸实验表明随着Ru含量的增加,合金的屈服强度和抗拉强度都略有增加。900℃下三种合金的断裂方式均为纯剪切型断裂。变形机制为位错切割γ′位错对夹着反相畴界模式。因此,Ru的加入略微增加了合金的强度,但没有改变合金的变形机制和断裂特征。     

定向凝固过程中温度参数对含Re镍基单晶高温合金铸态组织的影响

研究了一种含Re为4.0%～5.5%(质量分数)的实验型镍基单晶高温合金在不同定向凝固结晶条件下铸态的宏微观组织特征,分析了凝固结晶温度参数对单晶完整性、显微疏松与共晶含量、枝晶偏析等的影响。结果表明:高的熔体过热处理温度不仅促进合金元素分布的均匀化,同时降低了高Re和高难熔元素含量的单晶合金结晶缺陷的倾向性,提高了单晶完整性。合金熔体过热温度、铸型温度/浇注温度的适度提高有利于枝晶间的补缩,并减少显微疏松。     

镍基单晶高温合金固溶处理制度的研究进展

单晶涡轮叶片是航空发动机的关键热端部件,需要在高温和高腐蚀的环境下长时服役,这就需要单晶涡轮叶片具有优异的高温力学性能、较高的抗氧化和抗腐蚀性能,而镍基单晶高温合金作为航空发动机涡轮叶片的首选材料,近几十年来一直受到研究者的关注。为进一步提高先进镍基高温合金的承温能力,需不断提高先进镍基单晶高温合金中难熔元素(例如Re和W)的含量。同时,铸态镍基单晶高温合金中存在成分不均匀(严重的显微偏析)和组织不均匀(大量的枝晶间析出物)的缺陷,这种成分和组织的不均匀性如果不能被高温固溶处理消除,则将显著恶化单晶高温合金的力学性能与长时服役性能。因此,有必要探索适用于先进镍基单晶高温合金的固溶处理工艺。固溶处理工艺的发展可以分为两个阶段。第一阶段:第一代单晶高温合金,由于合金中不含Re元素,合金只需要在γ'回溶温度和初熔温度之间保温较短的时间即可实现合金组织和成分的均匀化。第二阶段:从第二代单晶高温合金开始,合金中难熔元素(尤其是Re元素)的含量不断增加,合金的成分均匀化难度显著增大,即固溶温度显著升高、固溶时间显著延长。因此,先进镍基单晶高温合金固溶处理工艺的研究重点从关注合金中各相的溶解温度和合金的初熔温度转变为合金中各元素的均匀化程度。大量的研究结果表明,低温段固溶的目的是通过固态相变的方式消除枝晶间析出物,而高温段固溶的目的是通过固相扩散的方式消除或降低合金元素的显微偏析。随着单晶高温合金的发展,先进单晶高温合金中难熔元素(例如Re和W)的含量显著提高,一方面,难熔合金元素在Ni中具有较低的互扩散系数;另一方面,难熔元素在铸态单晶高温合金中的显微偏析程度较高。因此对于先进镍基单晶高温合金,实现元素均匀化和制定合理的固溶处理工艺的难度显著提高。同时,单晶高温合金的相变温度也受到固溶处理工艺的影响。本文归纳总结了单晶高温合金固溶处理制度的研究进展,详细介绍了第二代和第三代镍基单晶高温合金的固溶处理制度,阐述了固溶处理对显微组织和成分分布的影响规律,对比了单晶高温合金传统的台阶式升温固溶处理工艺和新型的连续升温固溶处理工艺,并对重熔固溶处理工艺进行了介绍。     

Ru对镍基单晶高温合金凝固特性、TCP相析出及蠕变性能影响的研究进展EI北大核心CSCD

镍基单晶高温合金因优异的高温力学性能而被广泛应用于航空发动机和地面燃气轮机的涡轮叶片等关键热端部件。Ru元素作为第四代、第五代镍基单晶高温合金的主要特征元素,其添加对合金从凝固特性到最终的服役性能都起到关键的影响。本文从镍基单晶高温合金的凝固特性、凝固组织、TCP相析出及蠕变性能等方面出发,综述了Ru元素对镍基单晶高温合金影响的研究进展,系统分析了Ru的添加对合金凝固路径、凝固特征温度、微观偏析等凝固特性及共晶、碳化物等凝固组织的影响规律,并重点探究了Ru的添加能抑制TCP相析出及提高合金蠕变性能的原因。目前由于多组元交互作用对组织与性能影响机理的复杂性,使得含Ru高温合金的成分设计与优化具有更高的挑战,建议未来含Ru高温合金的相关研究从富Ru新相的析出原因及抑制、Ru添加对凝固缺陷的影响及Ru与其他元素交互作用对“逆分配”效应及TCP相析出的影响机制等方面做进一步探究,为发展新型高性能含Ru高温合金的设计提供思路。     

单晶镍基合金的热处理及对蠕变性能的影响

根据差热曲线分析制定出合金的热处理工艺,结合蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了固溶温度对一种含Re单晶镍基合金蠕变性能的影响.结果表明:铸态合金组织中存在明显的成分偏析,其中元素Cr,Co,Re富集于枝晶干,元素Al,Ta,W等富集于枝晶间.采用不同温度固溶处理,合金具有不同的蠕变寿命.当固溶温度提高到1320℃时,可使合金成分的均匀化程度提高,难溶元素得到充分扩散,降低合金的枝晶干/间成分偏析,并抑制合金中TCP相的析出,可显著提高合金的蠕变抗力.与1300℃固溶处理相比较,合金经1320℃高温固溶处理后,其在1072℃,137MPa条件下的蠕变寿命由37h提高到230h.     

钌和铼对先进单晶高温合金组织稳定性的协同影响

为研究高代单晶高温合金组织稳定性影响机制,制备含6%(质量分数,下同)Ru和4.5%Ru的两种单晶高温合金D1和D2,经完全热处理后在980℃下长期时效1000 h。观察不同尺度上的显微组织及合金元素分布,并结合热力学计算进行分析。结果表明:两种合金经完全热处理后仍有较高含量的高熔点合金元素偏析于枝晶干中,使枝晶干区域长期时效后均有较多TCP相析出;两种合金中,Ru和Re均为TCP相主要形成元素,Ru含量较高的D1合金中TCP相析出量多于Ru含量较低的D2合金;Ru和Re含量增加会使合金平均d轨道电子能级增大,增加合金TCP相析出倾向,但由于Ru可以降低Re在γ相中偏析程度,因此Ru含量增加又可以减少Re对合金组织稳定性的不良影响;在本研究中,Ru对TCP相析出的促进更为显著,因此,在980℃下长期时效1000 h后D1合金较D2合金析出更多TCP相。     

铪对定向凝固镍基高温合金持久性能的影响

一、前言 高温合金定向凝固是近代航空发动机叶片采用的先进技术,柱状晶按[001]择优取向,消除了与主应力轴垂直的横向晶界,从而提高了合金[001]方向的蠕变强度、塑性、抗热疲劳等综合性能,大幅度地延长零件的使用寿命。 由于各向异性,定向材料的横向以及纵向     

镍基单晶高温合金的再结晶

镍基单晶高温合金作为先进发动机叶片的主要用材,其再结晶问题日益受到重视.本文综述了热处理温度、热处理时间、变形程度及合金成分等多种因素对镍基单晶高温合金再结晶的影响规律,分析了镍基单晶高温合金再结晶对其蠕变和疲劳性能的影响,并讨论了回复处理及浸蚀直接去除表面变形层、渗碳和表面涂层等控制再结晶的方法.最后,指出了镍基单晶...     

真空磁场热处理对Fe-Ga-Al合金磁致伸缩的影响

采用电弧炉熔炼方法得到Fe82Ga18-xAlx(x=3,9,12)合金的多晶样品。利用X射线衍射(XRD)和金相观察对合金的相组成进行分析,并对其磁致伸缩系数进行测量。经过真空磁场热处理后,对Fe-Ga-Al合金的结构和磁致伸缩性能进行研究。结果表明,真空磁场热处理后Fe-Ga-Al合金磁致伸缩系数均有提高,其中Fe82Ga9Al9合金经磁场热处理后,磁致伸缩达到114×10-6;Fe82Ga15Al3合金经磁场热处理后,其磁致伸缩增幅最大,比处理前增加165%。     

镍基单晶高温合金力学性能各向异性的研究进展

镍基单晶高温合金凭借优良的高温力学性能和组织稳定性而成为目前制造先进航空发动机和燃气轮机叶片的主要材料,其力学性能各向异性对涡轮叶片的服役性能和安全可靠性至关重要,受到叶片设计师和制造专家的高度重视。为了满足更严苛的使用要求,国内外都在不断研发新型的镍基单晶高温合金来提升叶片承温能力,但是对新型合金力学性能各向异性的研究还不是很全面,对新添加元素的作用机理也有待进一步的研究。近些年来,国内外相关研究表明,镍基单晶高温合金力学性能各向异性与温度、应力等因素有关,不同的单晶合金表现出不同的规律。镍基单晶高温合金的拉伸性能具有明显的各向异性,随着温度的升高,其原子扩散能力增强,开动滑移系的数量增多,拉伸性能的各向异性减弱。随着合金成分中难熔元素含量的增加,滑移系的位错交截概率或变形协调性发生变化,合金表现出不同的拉伸性能各向异性。在中温高应力条件下,合金蠕变性能存在显著的各向异性。随着应力的升高,[001]取向的蠕变性能显著降低,[111]取向变化较小,这与应力变化对滑移系数量的影响有关。随着难熔元素含量的增加,合金不同取向滑移系的开动和层错的形成更容易,从而影响蠕变性能的各向异性。在高温低...     

激光增材制造单晶高温合金研究进展

镍基单晶高温合金具有良好的高温强度、抗氧化和抗腐蚀性能、抗蠕变性能和组织稳定性,被广泛应用于制造航空发动机和燃气轮机叶片。由于其工作条件复杂恶劣,采用有效手段修复单晶叶片可以大大提高其使用寿命。综述了激光增材制造技术制备单晶高温合金的研究现状,介绍了激光增材制造技术制备单晶合金的理论基础,以及控制其单晶凝固组织的困难和不足,着重综述了激光增材制造技术控制单晶高温合金凝固制造的方法,主要包括通过激光参数调控温度梯度及凝固速率,以及通过基体晶体取向控制晶粒外延生长。最后,展望了该领域未来的主要研究方向和发展前景。     

热等静压温度对第三代单晶高温合金DD10组织的影响

采用OM,SEM以及EPMA等手段对比研究了不同热等静压温度对第三代单晶高温合金DD10组织的影响。结果表明:在150MPa压力条件下,1290℃热等静压即可使第三代单晶高温合金DD10中的显微疏松完全闭合;随热等静压温度的升高,共晶体积分数逐渐减少,热等静压温度达到1310℃及以上温度,共晶完全溶于基体。在1340℃/150MPa热等静压后,合金中出现局部初熔。热等静压后DD10单晶高温合金的γ′相立方度提高,不同热等静压温度对γ′相的形貌影响基本相同。热等静压降低了DD10单晶高温合金的枝晶偏析,并且热等静压温度越高,枝晶偏析改善越明显。     

单晶镍基合金中γ,γ′两相的晶格常数及影响因素

通过对单晶镍基合金的组织形貌观察和XRD谱线分析,研究了元素铼对单晶合金晶格常数及错配度的影响。结果表明:2%Re镍基单晶合金经完全热处理后,其组织结构是由尺寸约为350～400nm的立方γ′相以共格方式嵌镶在γ基体相所组成;在γ,γ′两相镍基合金的XRD谱线中,衍射峰不对称的原因是由于γ,γ′两相衍射峰叠加所致。对不同合金在不同条件下XRD分离谱线的的分析表明,随元素Re含量增加,合金中γ,γ′两相在室温的晶格常数略有增大,而晶格错配度的绝对值减小。随温度提高,合金中γ,γ′两相的晶格常数及晶格错配度的绝对值增大,并进一步测算出合金中γ,γ′两相在不同温度区间的热膨胀系数。