镍基粉末高温合金冶金工艺的研究与发展

叙述和分析了镍基粉末高温合金冶金工艺三十多年来在制粉末处理工艺，成型工艺，热处理工艺等方面的研究成果和存在的问题，总结了粉末高温合金冶金工艺今后的主要发展方向。     

飞机涡轮盘用镍基粉末高温合金研究进展

综述了国内外飞机涡轮盘用镍基粉末高温合金的研究进展，分析了国内在粉末高温合金的研制过程中面临的问题及其解决途径。     

一种粉末镍基高温合金

80年代中后期前苏联定型了一种用于800℃以下工作的燃气涡轮发动机涡轮盘和压气机盘的3Ⅱ741Ⅱ粉末镍基高温合金。该合金的化学成分等要求,分别列于表1～6。     

石墨烯增强镍基粉末高温合金复合材料的力学性能

采用湿混法将石墨烯纳米片分散到高温合金粉末中,并采用热等静压+热挤压+等温锻造+热处理的方法制备出FGH96镍基粉末高温合金。结果表明:石墨烯纳米片在高温合金中分散均匀,初步发现在后续的热工艺过程中并未发生变性;添加0.1%(质量分数)的石墨烯后,室温抗拉强度和屈服强度分别提高了58MPa和43MPa,塑性从21.0%提高到37.3%;650℃条件下抗拉强度和屈服强度分别提高了58MPa和28MPa,塑性从18.5%提高到26.5%。此外对石墨烯增强FGH96镍基高温合金力学性能的作用机制也进行了进一步分析。     

镍基铸造高温合金热等静压处理的研究

就热等静压处理对镍基铸造高温合金的缺陷消除、组织和力学性能的改善作了研究。研究结果表明，通过热等静压处理后的合金，不仅可有效地消除合金中的缺陷（疏松和气孔），获得致密的合金，而且还可改善合金的显微组织，提高合金的持久、拉伸和疲劳性能，显著地减小性能分散度。     

Ta含量对高性能镍基粉末高温合金高温拉伸性能的影响

使用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和高温拉伸试验机等手段系统地研究了不同Ta含量FGH98合金的显微组织和高温拉伸性能。结果表明：添加Ta可明显消除原始粉末颗粒的边界(PPB,Prior Particle Boundary),促进二次γ′相形态失稳和三次γ′相数量的增加。加入Ta使合金的高温抗拉强度和屈服强度都有一定程度的提高,Ta含量为2.4%(质量分数,下同)的合金塑性最好;无Ta和1.2%Ta合金的拉伸断口为结晶状断口;2.4%Ta合金的断口上有较多的等轴状韧窝,为韧性断裂;3.6%Ta和4.8%Ta合金为穿晶和沿晶解理断裂,属于典型的结晶状断口。在无Ta合金中产生大量孪晶和位错绕过γ′相发生变形,Ta的加入降低了合金的层错能,随着Ta含量的提高合金的位错剪切γ′相产生大量的层错。     

镍基粉末高温合金的组织、性能与成型和热处理工艺关系的研究

分析了镍基粉末高温合金的成型、热处理等冶金工艺及央杂缺陷的性质等与合金组织和性能的关系，描述了粉末高温合金的热处理工艺，提出了今后我们粉末高温合金组织性能研究工作的重点。     

镍基粉末高温合金中γ′相溶解行为与动力学研究进展

为了满足航空发动机高性能、高热效率的要求,镍基粉末高温合金的合金化程度越来越高,导致合金变形抗力大,热塑性差,热加工窗口窄,从而制约了合金的制备与应用。合金中高体积分数的γ′相在热加工过程中起到组织调控的作用,热加工过程中γ′相的演变影响着合金的热变形行为和热加工性能。了解热加工过程中γ′相的演变规律对调控合金组织和优化热加工工艺具有重要意义。本文以镍基粉末高温合金热加工过程中γ′相的溶解为讨论对象,综述了近年来γ′相的溶解行为及其影响因素、预测模型相关研究工作。目前高体积分数多颗粒体系析出相的溶解机理还不清楚,γ′相溶解过程中是否存在分裂和团聚等行为及其影响机理、热变形过程中位错与γ′相之间的相互作用机理、γ′相溶解动力学等有待进一步研究。     

3D打印镍基高温合金研究进展

金属3D打印技术依照三维模型进行复杂几何形状构件的制造,可以制造传统制造手段无法实现的复杂结构,已经成为复杂高温合金构件成形的重要技术手段。然而,当采用3D打印工艺制备镍基高温合金构件时,存在原料/能量源/熔池之间的相互作用,并在大温度梯度、极快冷等条件下会进行非平衡凝固,这些特殊的过程决定了3D打印镍基高温合金有着不均匀的微观组织与各向异性的力学性能。现阶段,对增材镍基高温合金微观结构-性能-使役行为的理解比较欠缺,严重限制了其在工业领域的广泛应用。本文讨论了3D打印镍基高温合金的特点;归纳了不同制粉方式、粒径比、粉末成分、缺陷、流动性等粉末原材料特性对3D打印镍基高温合金冶金质量的影响;梳理了3D打印激光能量、扫描速度、扫描间距等工艺参数对镍基高温合金晶粒、析出相及偏析等微观组织的影响;讨论了影响3D打印镍基高温合金拉伸、蠕变及疲劳性能的因素。最后,总结了3D打印镍基高温合金发展过程中面临的问题及可能的对策,提出了一些值得探索的方向。     

一种新牌号Ni基高温合金的超纯净熔炼

研究了在真空感应炉中采用CaO坩埚熔炼一种新牌号Ni基高温合金的效果，结果表明，采用CaO坩蜗熔炼，当熔化期为25min时，O，N的脱除率分别为52％和5％，加入适量的C有利于O，N的去除，加入02％C比没加C时O，N可分别多脱除36％和60％，高温高真空下单纯使用CaO坩埚而无碱性渣不能脱S，加入0．5％Al后经．50min精炼可脱除35％的S。     

高温镍基单晶合金NiCoCrAlYTa涂层的抗热腐蚀性能

以往,对高温镍基单晶合金上采用低压等离子喷涂制备的NiCoCrAlYTa涂层的热腐蚀性能研究较少.为此,采用低压等离子方法在镍基高温单晶合金上制备了NiCoCrAlYTa涂层,采用涂盐法研究了Na2SO4对试样在1 123 K空气中热腐蚀的影响,同时分析了NiCoCrAlYTa涂层的形貌及结构.结果表明:高温镍基单晶合金遭受了严重的热腐蚀,出现了内硫化和内氧化;NiCoCrAlYTa涂层由于表面生成了致密、保护性的Al2O3膜,以及涂层中Cr和Ta元素的作用而表现出优异的抗热腐蚀性能.结果证实,NiCoCrAlYTa涂层可以很好地提高单晶合金的抗热腐蚀性能.     

超超临界发电机组螺栓用镍基高温合金混晶组织均匀细化工艺

目的 消除典型镍基合金锻件中存在的严重混晶组织,从而提高锻件的力学性能.方法 提出"低温 δ相时效+高温连续降温退火"双级热处理工艺,研究该热处理工艺对混晶组织演变及高温性能的影响,揭示锻造混晶组织的均匀细化机制.结果 利用该工艺可以在提升再结晶形核速率的同时降低再结晶晶粒的生长速率,从而获得平均晶粒尺寸为5.82μm...     

镍基高温合金焊接修复技术的研究进展

镍基高温合金具有良好的高温抗氧化和抗腐蚀能力,较高的高温强度、蠕变强度和持久强度,以及良好的抗疲劳性能,广泛地用于制造航空发动机和各种工业燃气轮机的热端部件。热端部件在服役过程中由于受磨损、冲击、高温燃气和冷热疲劳等综合作用,易产生热裂纹,致使零件报废。因此,镍基高温合金部件的先进修复技术有着非常广阔的应用前景。文章针对高温合金修复问题进行论述,着重阐述焊接方法在修复技术中的研究进展,主要涉及激光焊、钎焊、摩擦焊和瞬时液相扩散焊等方法。     

粉末高温合金缺陷特性及寿命预测方法研究进展和思考

系统分析了国内外在粉末高温合金缺陷特性及寿命预测方法方面的研究进展,如缺陷的来源及对寿命的影响,缺陷对裂纹萌生和扩展的影响,粉末高温合金寿命预测方法和模型.在研究目前国内外寿命预测方法的基础上,结合我国粉末高温合金寿命预测存在的问题,指出必须考虑缺陷特性并对缺陷进行定量表征,建立反映粉末高温合金特点和缺陷特性的寿命预测方法.     

粉末高温合金中夹杂物特性及与不同成型工艺的关系

全面研究了FGH95粉末高温合金原始粉末和粉末处理过程中夹杂物的性质(成分、分类和形貌),分析了其数量和来源,研究了夹杂物在不同成型工艺下的变形特征,讨论了解决夹杂物问题的方法.     

化学细化技术的进展及在高温合金中的应用

综述了化学细化技术的发展现状,并重点评述了该方法在高温合金领域的最新发展。指出利用以高熔点金属化合物为基本添加剂的细化方法是对高温合金一类复杂合金进行细化的有效手段,强调了进行形核细化机理研究的迫切性。     

晶体取向对镍基单晶高温合金枝状组织的影响

本文研究了一种镍基单晶高温合金不同晶体取向形成的枝晶组织的变化规律，发现枝晶择优生长方向偏离热流方向时，一次枝晶形态发生明显的变化，二次枝晶分枝出现明显的不对称性。     

镍基单晶高温合金DD403显微偏析

采用选晶法在改进型Bridgman定向凝固炉中制备镍基单晶高温合金DD403,利用电子探针(EPMA)技术研究了DD403合金在枝晶生长条件下的显微偏析。结果表明,随着抽拉速率增加DD403的偏析程度逐渐加剧。偏析于枝晶间元素Al、Ti和枝晶干元素Co、W的偏析程度随着抽拉速率的增加而增大,而合金元素Mo和Cr的偏析比接近于1,基本不存在偏析,且偏析比随抽拉速率增加没有明显变化。研究结果同时表明,随着抽拉速率增加DD403的共晶含量逐渐增加。