高合金化GH4065镍基变形高温合金点状偏析研究

以真空感应熔炼+电渣重熔+真空自耗重熔三联冶炼GH4065高合金化镍基变形高温合金棒材(直径280 mm)为对象,系统研究了该合金点状偏析的低倍组织、元素分布、第二相及晶粒形貌,分析了典型溶质元素对点状偏析行为的影响,探讨点状偏析的形成规律与机制及控制思路。结果表明,GH4065合金点状偏析主要源于枝晶间富Ti、Nb等元素的熔体密度较小冲破枝晶臂流动形成的通道偏析;锻造后生成较多的板条状η相、块状M_3B_2型硼化物与MC型碳化物。热力学相计算亦证实了点状偏析区较正常组织区域更容易生成η相、M_3B_2和MC。热处理后,与正常组织区域相比,点状偏析中仍存在板条状η相,一次γ′相的尺寸和数量明显增加,二次γ′相尺寸和形貌基本相同但数量减少。分析发现,由于点状偏析区的成分变化使得γ′相回溶温度升高,导致锻造中粗大γ′相阻碍再结晶长大,点状偏析区晶粒尺寸小于正常组织区域。采取前道次冶炼精细化控制、释放电极残余应力、适度降低真空自耗重熔熔化速率、加强真空自耗重熔冷却等措施,可以有效降低点状偏析的形成倾向。     

GH4738合金高温扩散退火工艺

借助于Thermal-calc热力学软件计算了合金的平衡凝固相图,以此为依据制定了高温扩散退火处理的试验参数。利用OM和SEM观察了GH4738合金的铸态偏析状况,并用EPMA技术研究了合金铸态以及不同高温扩散退火制度下的元素偏析规律。结果表明,铸态合金中Ti元素偏析最为严重,高温扩散退火处理后Ti元素偏析得到明显改善,经1200 ℃×50 h的高温处理后效果最为显著,同时计算了残余偏析指数随温度的变化曲线,计算结果和试验结果基本吻合。     

一种亚共析铀铌合金的凝固特点及显微偏析研究

分析了一种亚共析U-Nb合金的凝固过程,获得了该合金的固相线、液相线温度和固-液两相区的残余液相体积。发现凝固末期残余液体不能形成液体网,凝固枝晶很快互相连接,形成一些较大的孤立的液体池。凝固末期这种不能补缩的液体池易形成严重的疏松,理论初步计算合金的显微疏松量约为1.6%。发现合金中铌是严重的负偏析合金元素,凝固中期和凝固末期偏析系数k仅为0.16和0.11,极易在枝晶干偏聚造成枝晶偏析。     

镍基高温合金GH4282的凝固和偏析行为

采用差示扫描量热（DSC）分析、显微组织观察和热力学计算相结合的方法对镍基高温合金GH4282的凝固过程和元素偏析行为进行研究,得到了合金的凝固顺序以及元素偏析特征。结果表明,GH4282合金的凝固顺序为：γ基体、MC碳化物以及少量的硼化物。由DSC测得的合金GH4282合金的固-液相温度范围为1316~1367 ℃,MC、M6C型碳化物和γ′相的溶解温度分别为1338 ℃、1092 ℃和1003 ℃。热力学计算结果表明,GH4282合金在凝固过程C、B、Ti和Mo偏聚于枝晶间,Al偏析于枝晶干,Cr、Fe和Co几乎不发生偏析,这与铸态组织观察到的元素偏析特征是一致的。     

铸态GH742合金的凝固特点及枝晶偏析

高合金化GH742合金存在严重的枝晶偏析,Nb、Ti大量偏聚于枝晶间,导致MC碳化物、(γ+γ′)共晶、Laves相、δ相等析出;高Mo含量及其枝晶间偏析是析出σ相的重要原因;La、Ce在枝晶间的富集促使含氧硫稀土相和Ni5Ce相的析出。与一般合金凝固特点不同,高含量Al、Ti、Nb导致GH742合金凝固过程中先后发生(γ+γ′)和(γ+Laves)两种类型的共晶反应。结合差热分析技术和凝固组织特点确定了合金的凝固温度区间为1346-1190℃,凝固顺序为γ、MC、(γ+γ′)、Laves、Ni5Ce。     

一种新型高温合金凝固组织和元素偏析行为研究

采用热力学平衡模拟计算、差热分析(DTA)和等温凝固淬火试验(ISQ)相结合的方法对一种新型镍基高温合金K4750合金的凝固组织和主要元素的偏析行为进行研究。结果表明,实际K4750合金的固相线温度为1270℃,液相线温度为1350℃,MC型碳化物析出温度为1320℃;凝固顺序为L→γ(1350℃),L→γ+MC(1320℃)。K4750合金在凝固初期凝固速度较快,液相体积分数下降明显,凝固后期速度开始变慢,在1310～1290℃温度区间内枝晶间连通残余液相开始断开,同时会有大块状的MC相析出,进一步阻碍液相的连通,从而极易导致合金凝固疏松的形成。合金中W、Fe、Cr的溶质分配系数大于1,富集于枝晶干,为负偏析元素;Ti、Nb、C、Mo的溶质分配系数小于1,富集于枝晶间的液相中,为正偏析元素。     

铌在铀熔体中的溶解扩散行为研究

铀铌合金具有优异的抗腐蚀性能和良好的综合力学性能,是核工程中重要的结构与功能材料。通过直接真空感应熔炼的方式实现铀铌合金的合金化,可大幅度提高铀铌合金的生产效率。然而,铀铌合金的真空感应熔炼合金化过程易出现合金化不充分的现象,该问题主要与固态铌在铀熔体中的溶解扩散过程有关。为了提高对固态铌在铀熔体中的溶解扩散的认识,精确优化铀铌合金的真空感应熔炼工艺,提升铀铌合金材料质量,本文对固态铌在铀熔体中的溶解扩散行为进行了研究。通过溶解扩散实验获得铌在铀熔体中的溶解速率v与熔体温度T存在v=0.3651exp(-21150[K]/T)[m/s]关系;对U/Nb溶解扩散界面进行了表征,结果显示铌溶解于铀熔体的过程中,U/Nb溶解扩散界面形成了与固态Nb存在位向关系的片状结构;对比有无电磁搅拌情况下铌在铀熔体中的溶解行为及U/Nb界面结构,结果表明电磁搅拌提高了铌在铀中的溶解速率并改变了U/Nb界面的片状结构。     

低偏析高温合金

研究了微量元素对高温合金凝固偏析的影响，发现通过控制微量元素含量可减轻合金主元素的偏析，并据此开发了一系列高性能的低偏析铸造、定向和变形高温合金。低偏析铸造高温合金的使用温度可比普通同类合金高２５℃；低偏析定向高温合金在无Ｈｆ的条件下，具有比同类定向合金更好的纵向和横向力学性能，纵向力学性能达到第一代单晶高温合金的水平，而且具有理想的工艺性能；低偏析变形高温合金的工艺性能明显改善。     

GH4700合金偏析行为及均匀化过程中元素分配的规律

采用热力学计算、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等方法,分析研究了GH4700合金铸锭的显微组织及元素偏析情况,并研究了均匀化温度与时间对合金元素再分配的影响规律。结果表明:GH4700合金铸锭存在严重的枝晶偏析,Nb、Ti等元素大量偏聚于枝晶间,主要的析出相为γ’相、Laves相、MC碳化物及少量的δ相,热力学计算结果与实际相符;在均匀化过程中,元素发生明显的再分配,随着温度升高和保温时间的延长,Ti、Nb元素逐渐扩散均匀,当热处理制度为1170℃×48 h时,元素偏析基本消除,有害析出相回溶,是可选的均匀化工艺。     

铌及铌合金高温抗氧化防护涂层研究

针对铌及铌合金高温下抗氧化性能差的现象,进行了高温抗氧化防护涂层的设计。采用料浆熔烧法在C-103铌合金表面制备改性的Si—Mo涂层,并对改性的Si-Mo涂层的形貌、结构、成分及1700℃的抗氧化性能进行了分析。结果表明,涂层与基体之间通过扩散形成过渡层,达到了冶金结合,涂层的复合结构有利于提高抗氧化性能。在氧化环境下,涂层表面生成一层玻璃层,阻止氧的进一步扩散。试样在1700℃下氧化3～4h后,涂层元素与基体发生互扩散,在界面处形成大量集中孔洞,使涂层从其主体与过渡层接触的界面处发生断裂,导致涂层失效。     

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.     

一种镍基高温合金的低周疲劳性能

研究了一种镍基高温合金在不同温度下的低周疲劳性能,分析了疲劳断口。结果表明,该合金循环应力响应行为表现出对温度和外加总应变幅很强的依赖关系,不同的循环应力响应行为可归因于位错、强化相和合金元素间复杂的交互作用。合金疲劳寿命与温度、外加总应变幅、氧化损伤程度有关。疲劳断裂行为受外加应变幅和氧化影响很大。     

一种GH4169G合金的组织与蠕变行为

通过对等温锻造GH4169G合金进行直接时效处理、蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了GH4169G合金的组织结构及蠕变行为。结果表明:经等温锻造和直接时效后,GH4169G合金晶粒具有不均匀特征,且在晶内存在孪晶,并有粒状δ相在晶内及沿晶界不连续析出,可改善晶界的结合强度。经不同条件蠕变性能测试后,根据稳态蠕变期间的应变速率,测定出合金在稳态期间的蠕变激活能和应力指数分别为Q=532.7 kJ/mol和n=12.1。合金在蠕变期间的变形特征是不同取向的孪晶变形和位错滑移,随蠕变进行,形变位错密度增加,且在晶界附近发生位错堆积,并产生应力集中,致使微裂纹在晶界处萌生及扩展,直至蠕变后期发生沿晶断裂。     

熔体过热处理对铸造镍基高温合金吸氮行为的影响

研究了不同温度的熔体过热处理对M963合金吸氮行为的影响。结果表明：在1600～1650℃进行熔体过热处理，合金中的氮含量因精炼作用而略有降低；但当过热温度达到1700℃时，由于熔体结构的变化而使合金开始吸氮；当过热温度达到l850℃时，合金中的氮含量由原来的0．0006％(质量分数)急剧增加到0．0047％(质量分数)。     

熔体超温处理对GH742返回料凝固组织和力学性能的影响

采用熔体超温处理方法考察了熔体超温处理温度对GH742返回料凝固组织和力学性能的影响规律。结果表明：当熔体超温处理温度低于1550℃时,随熔体超温处理温度的升高,晶粒和枝晶组织显著细化,枝晶偏析和合金中N、O、S元素含量降低,然而,进一步升高至1600℃,晶粒和枝晶组织粗化、枝晶偏析增大、合金中N、O含量升高。熔体超温处理显著影响枝晶干γ′相特征,却对MC型碳化物影响较小。MC型碳化物形貌为棒状或块状,且随熔体超温处理温度升高无明显变化,但尺寸和面积分数均略微减小。枝晶干γ′相形态则随熔体超温处理升高由近球形向近立方状转变,尺寸呈现先增后减趋势。合适的熔体超温处理可显著提高返回料的室温拉伸强度,但对塑性无明显影响,其原因被归因于凝固组织的变化。     

GH4169高温合金的静态再结晶动力学

对GH4169高温合金在Gleeble-3500热模拟实验机进行了双道次和单道次热压缩实验。分析了变形温度、应变速率、间隔保温时间、变形量和初始晶粒尺寸对GH4169高温合金静态再结晶体积分数的影响。实验结果表明:变形温度越高、应变速率越大、道次间隔时间越长,变形量越大,初始晶粒度越小,静态再结晶体积分数越大。根据实验结果,建立了GH4169高温合金的静态再结晶模型,并将所建立的模型的预测结果和实验结果进行了对比分析,二者比较吻合。     

Diffusion bonding between nickel－base superalloy K24 and heat－resisting steel 1Cr11Ni2W2MoV

Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｂｏｎｄｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎｎｉｃｋｅｌ－ｂａｓｅｓｕｐｅｒａｌｌｏｙＫ２４ａｎｄｈｅａｔ－ｒｅｓｉｓｔｉｎｇｓｔｅｅｌ１Ｃｒ１１Ｎｉ２Ｗ２ＭｏＶ￥ＺＨＡＮＧＪｉｅ；ＺＨＡＮＧＪｉｕｈａｉ；ＨＡＮＷｅｎｂｏａｎｄＬＩＺｈｕｏｒａｎ（...     

镍基合金超塑成形与扩散连接技术研究进展

本文对镍基合金超塑成形与扩散连接技术的研究概况及取得的研究成果进行了综述 ,并根据镍基合金在航空航天中的应用情况 ,对镍基合金超塑成形 /扩散连接 (SPF/DB)技术在航空航天工业中的应用进行了探讨与展望。