基于不同原始组织预设变形第四代单晶高温合金的再结晶行为

第四代单晶高温合金标准热处理试样和铸态试样压痕后分别在1100,1150,1200,1250,1300℃和1340℃退火处理,采用光学显微镜、扫描电镜、电子背散射仪研究不同条件的再结晶组织。结果表明:1100,1150,1200℃退火处理后,标准热处理试样和铸态试样都出现胞状再结晶。1250℃退火处理后,标准热处理试样和铸态试样都为混合再结晶。1300℃退火处理后,标准热处理试样再结晶组织全部为等轴再结晶,而铸态试样仍为混合再结晶。1340℃退火处理后,标准热处理试样和铸态试样都形成了等轴再结晶。随着退火温度升高,标准热处理试样和铸态试样的再结晶层深度明显增加,标准热处理试样再结晶深度明显大于铸态试样,相同条件下标准热处理试样的再结晶晶粒更容易长大。再结晶与基体的界面为小角度晶界、大角度晶界,而再结晶晶粒之间为小角度晶界、大角度晶界和孪晶界。孪晶在单晶高温合金再结晶的过程中发挥了重要作用。     

AZ31镁合金热锻后的组织与性能的研究

研究了变形温度和变形量对AZ31镁合金组织性能的影响.结果表明:随着变形量的增加,孪晶数量减少,在400℃变形量为10%时,出现动态再结晶晶粒.随着温度升高,孪晶减少甚至消失,当温度达到350℃时,在晶界和孪晶界观察到细小的再结晶晶粒,温度继续升高,再结晶晶粒会出现长大现象.材料的抗压强度随着温度的升高先增加后减小.     

镍基单晶合金CMSX-6的再结晶行为及热裂倾向

在不同热处理温度和载荷下,研究了CMSX-6单晶的再结晶现象。结果表明:在低于1 150℃×4 h热处理后,没发现再结晶现象,但在载荷的作用下,单晶退火时γ'相形成元素自发偏析,造成大量的大颗粒γ'相在共晶周围析出;随着热处理温度升高,载荷影响区再结晶经历由压痕周围胞状再结晶、枝晶干再结晶、多个等轴再结晶三个阶段;在高于1 150℃×4 h热处理时,单晶随着载荷的增加,再结晶的范围和深度明显增大;以及随冷却速率的增加,再结晶晶粒之间的热裂倾向增大,致使大量热裂沿晶界分布。     

再结晶对DD6单晶高温合金轴向高周疲劳性能的影响

为了研究再结晶对二代单晶高温合金DD6高周疲劳性能的影响,对标准热处理的DD6合金进行表面吹砂处理,然后分别在1120℃和1315℃保温4h,以获得不同类型的再结晶组织。在疲劳试验机上分别测试了光滑和含再结晶的DD6合金试样在1070℃的轴向高周疲劳寿命。采用SEM观察DD6合金再结晶组织及疲劳断口。结果表明:胞状再结晶和等轴再结晶降低了DD6合金的轴向高周疲劳性能,胞状再结晶作用小于等轴再结晶;含再结晶的DD6合金试样的轴向高周疲劳断裂机制为类解理断裂和枝晶间的局部韧窝断裂共存的混合断裂;再结晶使DD6合金试样变为多源疲劳断裂。高温条件下,再结晶晶界的存在加快合金试样的氧化损伤,显著缩短早期疲劳裂纹的萌生和扩展时间,降低合金的轴向高周疲劳性能。     

淬火温度对Al_(0.5)CoCrFeNiSi_(0.2)高熵合金组织结构的影响

采用真空电弧熔炼的方法制备了高熵合金Al0.5CoCrFeNiSi0.2。对其进行600℃到1100℃保温10h后淬水的淬火处理。通过金相显微镜、扫描电镜及附带的能谱仪、X射线衍射仪和透射电镜观察分析合金的组织结构。用显微硬度计测定合金的显微硬度。结果表明:铸态和淬火态的合金组织均呈典型的枝晶形貌,枝晶含有非晶相和纳米级颗粒。在淬火加热温度低于800℃时,随着淬火温度升高,晶粒细化、fcc相含量减少,硬度随淬火温度的升高而提高;当温度升高至900℃后,枝晶相长大,fcc相含量增加,大块枝晶中析出一种富含Al、Ni的θ相,硬度下降。     

第四代粉末高温合金热变形后的"项链"组织

利用扫描电镜、透射电镜及电子背散射衍射技术研究新型第四代粉末高温合金等温锻造后的"项链"组织,对其形成机理和消除方法进行了探讨。结果表明,实验合金经过多火次等温锻造后,锻坯大部分区域为再结晶后的等轴细晶组织;然而与模具接触的上下端面得到再结晶不完全的"项链"组织,在非等轴变形晶粒周围分布着大量细小的再结晶晶粒,变形晶粒内含有较高密度的小角度晶界,缠结了大量位错。对存在"项链"组织的试样进行不同温度(1080～1180℃)的退火处理,随着温度的升高,再结晶体积分数和再结晶晶粒尺寸均不断增大。合金锻坯经过1150℃再结晶退火后,可基本消除"项链"组织,获得组织较均匀的细晶盘坯,满足双组织热处理的要求。     

表面处理对第二代单晶高温合金胞状再结晶的影响

对第二代镍基单晶高温合金进行表面处理并在1000～1200℃保温,研究表面加工工艺和热处理条件对胞状再结晶行为的影响.结果表明:磨削、吹砂、喷丸试样热处理后表面均发生了胞状再结晶,其生成厚度依次增加.喷丸试样经1200℃/50h后胞状再结晶区厚度可达0.1mm,晶团之间及与基体之间存在取向差小于5°的小角晶界和35～4...     

固溶处理对GH4169G合金蠕变的影响

研究了固溶处理温度对GH4169G合金晶粒组织、晶界析出和蠕变的影响。结果表明,随着固溶处理温度的提高(由980℃提高到1020℃)GH4169G合金的晶粒尺寸明显增大,晶界d相的尺寸和数量明显减少,晶内g″相的析出变化不大;合金的650℃/700 MPa稳态蠕变速率明显降低,表观蠕变激活能明显增大,蠕变断裂寿命显著延长。固溶处理温度对680℃/725 MPa的蠕变性能有相同的影响趋势,但其程度减弱。孪晶的形成是GH4169G合金的重要蠕变机制。提高固溶处理温度使晶界d相的析出减少,晶界滑动蠕变速率降低;同时使晶粒度增大,形成孪晶的阻力增大,晶粒蠕变速率降低。     

微量Hf对大角度晶界含Re双晶合金高温持久性能的影响

采用籽晶法制备含有大角度晶界(约20°)的双晶试板,通过分析不同Hf含量(质量分数:0%,0.4%)的含Re合金晶界处析出相、γ/γ′组织、晶界成分及1100℃/100MPa横向持久性能,研究Hf对晶界组织及高温力学性能的影响。结果表明:Hf显著提高了铸态合金大角度晶界处共晶和碳化物体积分数;热处理后,Hf显著抑制了晶界胞状再结晶组织的形成,含Hf合金的1100℃/100MPa横向持久寿命均显著提高。晶界持久性能与晶界析出相种类、形貌、含量和成分密切相关,而Hf元素在晶界未发现显著的偏聚。本研究对先进镍基单晶合金中晶界缺陷的评价及Hf元素晶界强化作用机制的认识具有一定的指导意义。     

825合金热加工过程相变化规律研究

研究了825合金经不同温度(600—1 050℃)热处理时相析出规律。结果表明,在此温度区间,晶界上析出M23C6,750—800℃为析出峰,M23C6相开始析出温度在940℃以下。Ti C相最高形成温度在940—980℃之间,形成位置在晶界上。热加工过程中形成的Ti C相经动态再结晶后存在于原始晶界上。热加工过程中形成的Ti C完全溶解温度在1 070—1 100℃之间。基体形貌为孪晶奥氏体。     

镍基单晶高温合金小角度晶界的形成机制、影响因素与控制措施

镍基单晶高温合金被广泛用于制备先进航空发动机及工业燃气轮机的关键热端部件,随着铸件结构的复杂化和大型化以及合金中难熔元素的增多,凝固缺陷的形成倾向增大。其中,小角度晶界是定向凝固制备单晶高温合金铸件过程中经常出现的一类缺陷,它会破坏单晶的完整性,一旦超过容限就会对铸件的力学性能造成恶劣影响,随着单晶高温合金服役温度的不断提高,小角度晶界对性能的损害会更为严重。因此,小角度晶界日益成为镍基单晶高温合金发展和应用中需要解决的重要课题,受到国内外研究者的广泛关注。单晶中的小角度晶界与传统意义上的小角度晶界有所不同,是指相邻枝晶间的取向偏离。研究者们在不同晶界偏离角及不同温度条件下就小角度晶界对合金持久性能、蠕变性能及疲劳性能的影响进行了研究,结果发现:当偏离角较小时,小角度晶界对合金性能的影响并不明显,但是随着偏离角的增大及温度的升高,合金的性能均会降低。为了探寻有效的预防和控制措施,研究者们就小角度晶界的形成机制及影响因素进行了研究。关于小角度晶界的形成机制,被大家普遍认同的观点是:枝晶在分枝生长过程中发生了塑性变形,从而导致了枝晶的取向偏离,当枝晶再次汇聚时就会产生小角度晶界。但是,关于枝晶变形的原因则没有一致看法。另外,关于小角度晶界影响因素的研究还不是很系统,主要集中在合金成分及晶界强化元素、凝固参数及取向、铸件尺寸等方面。镍基单晶高温合金中的小角度晶界归根结底是由枝晶的取向偏离导致的,而取向偏离的影响因素复杂,因此小角度晶界的出现很难完全避免。目前,主要通过取向控制以减少小角度晶界的产生,并通过晶界强化以提高合金对小角度晶界的容限。本文阐明了单晶高温合金中的小角度晶界的概念,总结了小角度晶界对合金力学性能的影响,综述了小角度晶界形成机制的研究进展,分析了合金元素、微量元素、凝固条件和铸件结构等因素对小角度晶界形成的影响,在此基础上,提出了减少小角度晶界的措施和强化晶界的途径,最后就未来的研究方向进行了展望。     

固溶温度对DZ951镍基高温合金组织和持久性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了固溶温度对定向凝固DZ951镍基高温合金组织和持久性能的影响.结果表明:合金经固溶处理后,枝晶偏析降低,合金强度增加.碳化物由铸态时的骨架状变成块状,呈不连续状分布在晶界,对裂纹的萌生和扩展都有抑制作用.γ′相经固溶处理后,尺寸变小,分布更加均匀.合金在1100℃/60MPa的持久性能得到提高.在1300℃固溶处理时,合金元素分布更加均匀,γ′相体积分数增加,使DZ951合金具有较高的持久寿命.     

快速凝固/粉末冶金法制备ZK60高强镁合金

采用快速凝固/粉末冶金法(RS/PM)制备块体ZK60(Mg-5.52Zn-0.33Zr,质量分数/%)镁合金,研究了挤压态合金在200,300℃退火1h后微观组织和力学性能的变化.结果表明:挤压致密化过程中,合金粉末颗粒在剪切力作用下被拉长,内部晶粒碎化成小角度亚晶粒、位错胞和条带状亚晶,第二相纳米颗粒沿亚晶界随机分布;随后200℃退火后,组织发生不完全再结晶,位错密度有所降低;而在300℃退火后,合金组织发生完全再结晶,形成平均尺寸约2.5μm的等轴晶,同时晶内析出大量β2′相.挤压态合金的屈服强度和延伸率分别为394MPa,15.2%;随着退火温度的升高,强度略有下降,塑性提高,合金综合性能优异.     

时效温度对含准晶相Mg93Zn6Y1合金的组织及性能影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射及能谱分析,研究了铸态、固溶处理及在不同温度下时效处理的Mg93Zn6Y1合金的显微组织。发现铸态Mg93Zn6Y1合金显微组织主要由α-Mg和I相组成。经过固溶处理后,晶界处准晶相发生熔断,由铸态下的连续网状结构变为颗粒状。在不同的时效温度下,晶界处颗粒状准晶相长大且α-Mg晶内出现颗粒状准晶相。随着时效温度的升高,颗粒状准晶相发生长大,逐渐变为多边形状或鱼骨状。时效温度为300℃时,合金中准晶相大部分以颗粒状均匀分布在基体上。通过硬度及耐腐蚀性能测试,发现时效处理可大幅提高合金的硬度及耐腐蚀性能。其中,时效温度为300℃时效果最佳。     

AZ31镁合金冷压缩变形再结晶的研究

对取自铸态的AZ31镁合金进行不同变形量的压缩变形,然后在不同温度下保温不同时间进行退火处理,观察微观组织,获得变形量、退火温度和保温时间对AZ31镁合金微观组织的影响规律.结果表明:在退火过程中,变形量大(12.5%和15%)的试样可以发生完全再结晶,变形量为2.5%和5%的试样未观察到再结晶的发生.随着退火温度的升高,再结晶过程加快,孪晶界是新的再结晶形核地点.     

MB15在半固态等温处理中的组织和成分演变

为考查等温处理技术制备半固态成形用MB15镁合金非枝晶锭料的可能性,借助于液淬技术、光学和电子显微分析,研究了MB15镁合金的微观组织和成分演变.结果表明:MB15镁合金在半固态等温热处理过程中能形成晶粒细小、晶粒粗化速度缓慢的球状组织,但其圆整程度低于AZ91D合金.随着温度的升高和保温时间的延长,Zn向晶界扩散速度加快,晶界处的Zn含量逐渐增加,晶内Zr偏析逐渐扩散.冷却时,α-Mg与Zr在晶内富Zn处发生包晶反应,晶界处发生共晶反应和共析反应.     

固溶温度对等离子快速成形Inconel625合金组织的影响

为了优化快速成形零件组织和力学性能,利用脉冲等离子焊接快速成形工艺制备了Inconel625合金薄壁零件.采用扫描电镜、透射电镜研究了固溶温度对成形零件组织的影响规律.结果表明:沉积态组织以胞状枝晶为主,具有较强生长取向性的外延枝晶组织特征,同时,在枝晶间隙析出大量的Laves相和少量的MC碳化物.经过720℃/1 h的固溶处理,金相组织没有发生明显变化,但导致γ″(Ni3Nb)相的析出.经850℃固溶处理,组织中的Laves相部分被溶解,生成了针状δ相.当固溶温度升高到980℃,Laves相几乎完全溶解,δ相发生了部分回溶.而经过1 080℃固溶处理,消除了元素的偏析和Laves相,但再结晶导致晶粒严重长大.980℃是最佳的固溶处理温度.     

内燃机用激光增材制备GH4169镍基高温合金的组织及硬度

为了提高内燃机的耐高温稳定性,利用激光增材技术制备内燃机用GH4169镍基高温合金,测试分析固溶温度对其组织演变和硬度的影响。结果表明:激光增材制造GH4169合金形成柱状晶,Laves相基本生长在枝晶间。随着固溶温度升高到950℃后,部分区域生成了条纹形晶界,晶粒中的枝晶已经减少,试样晶粒明显细化。经过更高的固溶温度处理后,合金组织含有的Laves相比例发生了减小,同时其外形也从无规排列的长链结构转变至更加细小的颗粒。900℃固溶处理试样显微硬度高于沉积态;当固溶温度进一步上升时,试样显微硬度减小。当固溶温度上升后,合金基体内的Laves组织与δ相都发生了更大比例的溶解,引起试样显微硬度的减小。     

5Cr21Mn9Ni4N钢锻造裂纹的研究

过高的锻造加热温度(1220℃)使冷却时形成大量晶界枝晶片状M_7C_3,造成晶界严重弱化;在1200℃以下加热后的冷却过程中,晶界和惯析面上均形成一定数量的片状M_(23)C_6,且随着温度的降低钢的最薄弱环节由晶界向晶内转移.晶界和晶内惯析面的弱化,易导致锻坯、尤其是锻坯表面形成裂纹.确定了合适的锻造温度参数.     

Mn、Fe含量对3003铝合金铸锭均匀化行为的影响

通过电导率测试、扫描电子显微镜等观察分析,研究了不同Mn、Fe含量对3003合金铸锭和均匀化组织的影响。3003合金铸锭中有明显的波纹状Mn偏析,晶界处有粗大的α-Al(Fe,Mn)Si或Al₆(Fe,Mn)初生相。Fe含量由0.12%(质量分数)升高至0.30%,铸锭平均晶粒尺寸由257 μm减小为108 μm,初生相面积分数由1.28%升高至3.75%;Mn含量越高,合金电导率值越低。均匀化升温阶段,析出相主要受形核和长大过程控制,并伴随较高温度下析出相的部分回溶;600 ℃保温阶段,析出相以Ostwald熟化和原子长程扩散两种机制发生粗化,尺寸不断增大,数量减少;合金均匀化晶界附近有无析出带形成。合金Mn含量由1.15%升高至1.60%,析出相回溶温度由500 ℃升高至550 ℃,600 ℃保温12 h完成后,析出相尺寸也由149.0 nm升高至342.5 nm;高Fe低Mn(0.30%Fe,1.15%Mn)合金晶内析出相分布均匀,而低Fe高Mn(0.12%Fe,1.60%Mn)合金晶内析出相呈不均匀分布,晶粒心部及枝晶干处贫Mn区析出相数量较少。