热处理对DD6/FGH96线性摩擦焊接头组织及性能的影响

文中针对航空发动机涡轮盘的典型材料DD6单晶和FGH96粉末合金材料,开展了热处理对异种镍基合金线性摩擦焊接头组织和性能的影响研究. 结果表明,经过热处理后,DD6单晶侧组织中球形的γ′相发生了转变,转变为不规则的立方体形状. 力学测试结果表明,经过热处理后接头抗拉强度有一定提高,这与经过热处理后DD6单晶侧及接头过渡区组织转变有关.     

单晶DD3与细晶FGH4095高温合金摩擦焊接头组织

对单晶DD3与粉末细晶FGH4095高温合金摩擦焊接接头,采用光学显微镜及SEM-EDS分析了接头组织、焊合区成分变化及接头连接机理.结果表明,焊合区两侧材料均形成了动态再结晶晶粒;连接界面位于两侧动态再结晶晶粒之间;连接界面两侧合金元素发生了扩散;两侧动态再结晶晶粒均有向对方弓形凸入长大的趋势,通过形成共同晶粒,实现两种异质材料的连接;FGH4095侧的动态再结晶晶粒向DD3一侧长大的趋势较大.DD3与FGH4095摩擦焊接过程中发生了摩擦面转移,实际的摩擦变形主要在DD3摩擦带内部,接头组织变化梯度大.     

转速对FGH96/GH4169高温合金惯性摩擦焊接头组织与力学性能的影响

应用惯性摩擦焊机完成了FGH96/GH4169高温合金焊接,采用光学显微镜、扫描电镜以及拉伸试验机等设备观察并测试了焊接接头的微观组织形貌、显微硬度及拉伸性能。结果表明接头存在FGH96侧母材、热力影响区、焊缝区、GH4169侧热力影响区及母材五个区域,焊缝区组织为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材,热力影响区则发生了拉伸变形。接头近界面处最高温度达到1 100℃以上,超过γ'等强化相的固溶温度。焊后热力影响区处强化相部分重溶,在界面细晶区强化相几乎完全重溶。随着转速增大,焊缝区晶粒增大,典型原子的扩散距离增加,接头室温抗拉强度和高温抗拉强度值升高。     

压力对FGH96/GH4169高温合金惯性摩擦焊接头性能的影响

在惯性摩擦焊机上对FGH96/GH4169高温合金进行了焊接,焊后利用光学显微镜、扫描电镜以及拉伸试验机等设备分析了接头的微观组织形貌、显微硬度、拉伸性能及断口形貌. 结果表明,摩擦焊近界面处最高温度接近1 100 ℃,界面处温度超过强化相固溶温度. 焊缝区组织为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材,热力影响区发生了拉伸变形. 焊后接头热力影响区处的强化相部分重溶,接头界面细晶区的强化相完全重溶. 随压力增大,Co原子的扩散距离增加,接头室温抗拉强度和高温抗拉强度有所升高,断裂位置位于GH4169侧热力影响区,断裂形式为韧性断裂.     

FGH96/IN718惯性摩擦焊接头高温拉伸断裂特征

为了实现航空用FGH96和IN718异质高温合金高可靠连接，为航空发动机关键部件安全评价及寿命预测提供基础数据及理论支持，采用扫描电子显微镜、金相显微镜研究了FGH96和IN718异质高温合金惯性摩擦焊接头显微组织形貌、高温拉伸试样断口形貌和断裂位置.结果表明，焊接接头焊缝区FGH96和IN718均为等轴晶粒组织，晶粒尺寸约2μm，焊缝区γ’和δ强化相基本全部溶解，热力影响区FGH96侧晶内γ’基本全部溶解，IN718侧δ强化相发生部分溶解，短棒状形貌消失，组织为粗细晶共存组织.焊接接头650℃高温拉伸试样均断裂在焊缝区，但平均抗拉强度可达1 080.8 MPa，基本与IN718母材等强，高温拉伸试样起裂位置均处于试样边缘焊缝区，裂纹产生的原因主要是由于焊缝区γ’和δ强化相基本全部溶解，强化作用消失，性能降低.裂纹产生后沿晶界由焊缝熔合线向试样内部扩展，当裂纹从试样边缘焊缝区四周同时向试样内部扩展时，在轴向拉力作用下形成“平台+凹坑”状断口特征，当裂纹从试样边缘焊缝区局部位置开始向试样内部扩展时，在轴向拉力作用下形成“平台+剪切”状断口特征.     

FGH98合金惯性摩擦焊接头显微组织与力学性能

采用惯性摩擦焊连接FGH98合金,研究了热处理对FGH98合金惯性摩擦焊接头显微组织以及力学性能的影响。结果表明,原始态焊接接头焊合区主要由γ 和 γ′ 两相组成,γ′相在焊接过程中发生了回溶,残余γ′相尺寸和数量均明显降低,经过热处理后,焊合区晶粒尺寸、残余γ′ 相的尺寸和数量未发生明显变化;原始态焊接接头的焊合区的硬度值最高,在焊合区的中心区域存在硬度降低的现象,热处理态焊接接头显微硬度整体分布相比原始态硬度值未发生较大变化;焊接接头室温拉伸的断裂位置在母材区,屈服强度大于1 130 MPa,达到母材的93%以上;抗拉强度大于1 616 MPa,达到母材的99%以上;750 ℃拉伸的断裂位置在焊缝区,屈服强度大于1 025 MPa,达到母材的99%以上;抗拉强度大于1 197 MPa,达到母材同等水平。 创新点：(1)采用惯性摩擦焊焊接FGH98镍基粉末高温合金,研究了热处理前后的焊接接头微观组织形貌。 (2)结合微观组织分析,对力学性能进行了研究。     

DD6单晶TLP焊用中间层合金研究

DD6单晶是制造航天发动机涡轮叶片用新一代高温合金,TLP焊是实现DD6单晶焊接的有效方法。在合理地设计中间层合金化学成分的基础上,采用单辊急冷法制备出厚度40⁶0μm,宽约4mm的中间层合金箔,用以进行DD6单晶TLP焊,分析了接头微观组织特征及合金元素的扩散行为。结果表明,快速凝固中间层合金箔成分均匀,组织细小,熔化温度在1 07060μm,宽约4mm的中间层合金箔,用以进行DD6单晶TLP焊,分析了接头微观组织特征及合金元素的扩散行为。结果表明,快速凝固中间层合金箔成分均匀,组织细小,熔化温度在1 070¹ 074℃范围。在焊接温度T=1 200℃,保温时间t=8 h,焊接压力P=0.3 MPa条件下,获得了与单晶母材结合良好、组织致密的扩散连接接头。接头由焊缝中心区、等温凝固区及扩散区3部分组成。随着中间层中合金元素含量的减小,硼元素扩散能力增强,扩散区硼化物残留量趋于减少。     

轨道交通用铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能

通过金相组织观察、断口扫描分析、拉伸试验和显微硬度测试等分别研究了6082-T6和5083铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头的微观组织和力学性能.结果表明,接头断面组织可分为焊核区(WN)、热机影响区(TMAZ)、热影响区(HAZ)、母材区(BM)四个区域.焊核区为动态再结晶的细小等轴晶组织;热机影响区为回复晶粒组织,晶粒产生了较大的弯曲变形;在热影响区发生了晶粒粗化现象,晶粒形态与母材相似.两种铝合金搅拌摩擦焊接头的拉伸断口均呈韧性断裂特征,接头断裂位置为热影响区的前进侧,表明热影响区为接头最薄弱的区域.力学性能测试表明,6082和5083铝合金接头的抗拉强度分别为242 MPa和301.6 MPa,分别达到母材本身抗拉强度的76.8％和88.7％;两种接头的显微硬度分布曲线均存在一个最低值,该最低值位于前进侧的热影响区.     

FGH96/GH4169高温合金惯性摩擦焊接头组织与力学性能

在惯性摩擦焊机上对FGH96/GH4169高温合金进行了焊接,焊后利用光学显微镜、扫描电镜以及拉伸试验机等设备分析了接头的微观组织形貌、显微硬度、拉伸性能及断口形貌。结果表明:焊缝区组织为细小的等轴晶粒;热机影响区晶粒被拉伸呈流线型。接头室温拉伸强度可以接近母材的80%,显微硬度沿垂直于焊缝方向呈W形分布,硬度最低点位于GH4169侧热机影响区区域。断裂位置也位于该区域,断裂形式为韧性断裂。     

基于轮廓法测试镍基高温合金惯性摩擦焊接头内部残余应力

采用轮廓法(contour method)测试小直径FGH96镍基高温合金惯性摩擦焊接接头的内部环向应力。详细介绍了轮廓法测试步骤,包括试样切割、切割面轮廓测试、数据处理和有限元分析;获得了FGH96镍基高温合金惯性摩擦焊接接头内部环向应力分布全貌并分析其分布特征。测试结果表明:镍基高温合金惯性摩擦焊接接头的焊缝中心位置环向应力为非常大的拉应力,峰值拉应力为1200 MPa,达到材料室温时的屈服强度;焊缝区域(距焊缝中心±5 mm区域)近内壁区域的环向应力大于外壁区域环向应力,垂直焊缝方向的环向应力变化梯度非常大;远离焊缝区域,焊缝两侧的环向应力不对称。     

Transient liquid phase diffusion bonding of a single crystal superalloy DD6

0Introduction DD6isasecondgenerationsinglecrystalsuperalloy developedbyBeijingInstituteofAeronauticalMaterials, whichpossessesmanyadvantagessuchashighstrengthat elevatedtemperature,excellentcomprehensiveperform anceandgoodmicrostructuralstability.DD6allo…     

DD3单晶合金TLP扩散焊接头组织及持久性能

采用粉状中间层合金D1P对镍基单晶高温合金DD3进行了TLP扩散焊,并对接头组织与性能进行分析研究.结果表明,D1P粉状中间层合金TLP扩散焊接头的焊缝主要由γ+γ'双相组织、枝状化合物(Mo,W,Cr,Ni)3B2和条状化合物(Cr,Mo)23(C,B)6组成,近缝区中存在块状或针状化合物相(Mo,W,Cr,Ni)3B2.接头中存在明显的组织不均匀现象,对接头性能具有明显的不利影响.接头组织不均匀现象可经过高温长时间保温消除,1 250℃/24 h/空冷扩散焊的接头,并在焊后进行时效处理,其980℃持久强度可达到母材的90%.     

先进镍基高温合金疲劳损伤的微观机制

通过对FGH96粉末高温合金、DZ125定向凝固高温合金、DD6单晶高温合金大量疲劳断口的断裂特征进行统计分析,研究了这3类镍基高温合金疲劳损伤的微观机制。结果表明,这3类合金疲劳断裂的宏观形貌有较大的区别,但由于这几类合金均为镍基面心立方晶体结构,因此其疲劳损伤断裂具有相同的微观演变规律和断裂机制,即:从疲劳裂纹的萌生至裂纹的快速扩展均是以滑移机制进行;疲劳扩展第1阶段均为类解理特征,疲劳扩展第2阶段为疲劳条带,快速扩展区呈现为滑移面、滑移台阶、韧窝特征。由于其组织和成形工艺的区别,其共同的特征表现的具体形貌有所区别。     

取向匹配性对DD6单晶接头持久性能的影响

对4种不同晶体取向组合的DD6单晶试样进行了TLP扩散焊,包括连接面垂直或平行于单晶生长方向,二连接试样取自同一单晶试样且二者的晶体取向完全匹配或二连接试样取自不同单晶试样即二者的晶体取向有一定差别,并测试了接头持久性能.结果表明,连接试样的晶体取向对接头持久性能影响不明显,但其匹配性对接头持久性能有较大影响.当二连接...     

镍基粉末冶金高温合金中γ′相形态不稳定性研究

较系统地研究了低错配度FGH98I和FGH96合金在热处理条件下γ′相的形态演化行为.结果表明:γ′相的形态失稳形式可归纳为γ′相分裂和γ′相不稳定长出形态,γ′相分裂主要是γ/γ′相间弹性应变场的各向异性和溶质元素富集相互作用造成,而形状不规则的不稳定长出形态主要是由于基体或晶界局部溶质原子浓度(或过饱和度)变化导致γ′相的非平衡性生长,讨论了γ′相分裂和不稳定长出形态同时发生现象,及不连续脱溶析出导致扇形结构的形成机理.     

Role of base-metal composition in isothermal solidification during diffusion brazing of nickel-based superalloys

The key feature of diffusion brazing, also referred to as transient liquid phase bonding, is isothermal solidification which precludes the formation of intermetallic in the joint centreline. Analysing the available data published in the literature showed that the composition of the nickel-based superalloys plays a strong role in determining the required time for obtaining intermetallic-free joint during diffusion brazing. This effect is not predictable by the standard conventional models. It is proposed that increasing the boride-forming elements in the base superalloy which promotes in situ boride precipitation at the diffusion-affected zone can accelerate the diffusion flux of the boron into the base superalloy, leading to faster isothermal solidification. The higher the Cr?+?Mo?+?Nb?+?Ta?+?W content in base superalloy, the shorter the isothermal solidification time.     

镍箔中间层厚度对GH4099合金固相扩散焊质量的影响

采用2， 4和 10 μm 镍箔作为中间层，在1 120 ℃/4 MPa/60 min焊接条件下，对高温合金GH4099进行固相扩散焊. 采用SEM，EDS分析接头形貌演变、元素迁移，并利用拉伸试验测试其力学性能. 结果表明，添加镍中间层能促进界面的孔洞闭合. 随着镍层厚度由10 μm降低至2 μm，界面处出现晶粒共生现象，元素扩散更加均匀，焊缝析出较大尺寸的强化相，接头抗拉强度提高，2 μm中间层接头平均抗拉强度达到1 180 MPa. 但随着中间层减薄，接头性能对表面粗糙度敏感，拉伸过程中母材对中间层拘束作用使接头塑性变形受到抑制，断后伸长率反而降低.     

超声冲击细化FGH95镍基高温合金激光熔覆层组织

采用超声冲击工艺对FGH95镍基高温合金激光熔覆层进行处理. 利用金相显微镜分析超声冲击前后激光熔覆层微观组织的变化特征,采用图像分析软件Image-Pro Plus测量晶粒尺寸,并对超声冲击处理前后熔覆层截面的显微维氏硬度进行了对比分析. 结果表明, 超声冲击处理后熔覆层发生塑性变形,并沿深度方向晶粒具有不同程度的细化. 强塑性变形区内位错塞积现象显著,熔覆层组织形成细化的小晶块;次塑性变形区深度范围为0.1~0.25 mm,其微观组织中存在大量细化的树状枝晶;微塑性变形区内等轴晶细化至5.4 μm,细化深度达0.7 mm. 超声冲击处理后熔覆层显微维氏硬度显著增大,表面显微维氏硬度值最大为594.25 HV,相比未经冲击熔覆层提高1.3倍.     

碳含量对热等静压态FGH96合金碳化物的影响

对不同碳含量的FGH96成型合金中碳化物进行了研究,并对合金原始粉末表面成分偏析进行了测定,以深入探讨碳含量对合金中碳化物的影响。结果表明:FGH96合金中碳含量的增加,提高了原始粉末表面碳含量和富Ti层厚度;HIP(热等静压)态FGH96中碳化物主要为富Ti和Nb的MC,随着碳含量升高,合金中分布在原始粉末颗粒边界(previous particle boundary,PPB)上和PPB以外区域的碳化物含量均逐渐升高,而非PPB碳化物含量上升的幅度相对较大;合金中碳含量越高,PPB碳化物中强碳化物形成元素的含量越低,非PPB碳化物的成分不受合金碳含量的影响;碳的加入促进了PPB碳化物的粗化,并扩展了其尺寸分布的范围;合金中碳含量越高,PPB碳化物的平均自由程越小,合金在室温下的断面收缩率越低。