铸造镍基高温合金时效过程中晶界粗化行为仿真研究

以K480铸造镍基高温合金为研究对象,利用实验测量了不同时效时间下γ′相晶界和碳化物晶界的宽度,并分析了晶界粗化过程中的组织变化,利用计算机拟合了晶界粗化行为演变曲线。为铸造镍基高温合金生产过程中的微观组织控制提供参考。     

镍基高温合金时效处理过程中晶界粗化行为分析

以镍基高温合金为研究对象,分析了镍基合金时效过程中的晶界粗化行为和晶界粗化机理。结果表明,在时效处理过程中,镍基高温合金内的碳化物晶界和γ'相晶界都发生粗化,前者的粗化机制为向晶内扩展熟化机制,后者则属于沿晶合并机制。     

K480铸造镍基高温合金900℃高温时效过程中晶界粗化行为研究

铸造K480镍基高温合金经固溶、时效处理后,在900℃长期时效3000 h.分别用OM和SEM对合金的晶界组织进行了观察,用EDS对合金中相的成分进行了测量.结果显示,K480合金的晶界为曲折的锯齿形晶界,该晶界由含碳化物晶界及含γ’晶界两部分构成.随着时效时间的延长,两部分晶界均发生粗化.其中含碳化物晶界中的MC碳化物分解形成M₆C相和η相,并随时间长大;而含γ’晶界中不连续γ’相逐渐相连并形成γ’相条带.含碳化物晶界的粗化比要高于含γ’晶界,且随时效时间延长,二者的差异变大.用Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov（JMAK）方程量化了时效过程中碳化物晶界和-γ’晶界随时效时间的粗化行为,实验数据与计算结果吻合,表明二者的粗化行为随时间的演变规律是遵循着JMAK方程的变化形式.     

LTES700R改进型合金700℃时效组织与性能北大核心CSCD

在LTES700R基础上发展了一种新型镍基耐热合金,并研究了该改进合金700℃时效后的组织与力学性能。结果表明:合金热处理后主要析出相为γ'、TiC、M_(23)C_6;在5000 h时效过程中合金组织结构稳定,Cr_(23)C_6在晶界处不连续分布,γ'粗化不明显;合金硬度随时效时间的延长先增加后缓慢降低。改进合金的室温和高温拉伸强度略低于LTES700R合金,长期时效的冲击韧性大于Nimonic263,晶界处不连续分布的碳化物增加合金晶界结合力,提高改进合金冲击韧性。     

高温精炼处理对铸造镍基高温合金组织与性能的影响

研究了高温精炼处理对铸造镍基高温合金组织与性能的影响.普通铸造镍基合金枝晶组织粗大,晶界碳化物呈链状分布,晶内碳化物呈草体汉字状密集分布于枝晶间,是合金塑性低的主要原因.经高温精炼处理后,合金的枝晶组织细化,晶界及枝晶间的碳化物数量减少,γ γ共晶相数量增加,晶界碳化物呈不连续质点状分布,晶内碳化物的密集程度下降,拉伸塑性和蠕变(持久)寿命得以明显提高.经1 650℃,5 min高温熔体处理后,合金室温延伸率由3.5%提高到9.2%,700℃高温塑性由2.0%提高到8.0%,900℃高温塑性由2.8%提高到9.6%,蠕变寿命由34 h提高到52 h,蠕变塑性由4.3%提高到6.11%.推荐的最佳高温精炼处理制度为1 650℃保温4 h.分析了高温精炼处理对合金液态结构、凝固组织与性能的影响机理.     

LTES700R改进型合金700℃时效组织与性能

在LTES700R基础上发展了一种新型镍基耐热合金,并研究了该改进合金700℃时效后的组织与力学性能。结果表明:合金热处理后主要析出相为γ'、TiC、M_(23)C_6;在5000 h时效过程中合金组织结构稳定,Cr_(23)C_6在晶界处不连续分布,γ'粗化不明显;合金硬度随时效时间的延长先增加后缓慢降低。改进合金的室温和高温拉伸强度略低于LTES700R合金,长期时效的冲击韧性大于Nimonic263,晶界处不连续分布的碳化物增加合金晶界结合力,提高改进合金冲击韧性。     

镍基铸造高温合金的热等静压处理

评述了镍基铸造高温合金的热等静压（HIP）处理对组织和力学性能的影响。镍基铸造高温合金由于存在着铸造工艺难以消除的气孔类缺陷，严重影响着合金的使用可靠性和成品率，通过HIP处理后的合金，不仅可有效地消除合金中的缺陷，获得致密合金，而且还可改善合金的显微组织，提高合金的拉伸、持久和疲劳性能，显著地减小性能分散度。     

Hf对抗热腐蚀镍基高温合金微观组织和力学性能的影响

研究Hf对抗热腐蚀镍基高温合金组织和力学性能的影响;探讨组织演化和力学性能的关系,对于Hf的添加对γ筏形化和/γγ'错配度的影响也进行讨论.结果表明:与无Hf合金相比,含0.4%Hf(质量分数)合金的组织晶界上存在较少的大块状MC碳化物,而细小M23C6碳化物的含量更多,这对蠕变性能有利;Hf的添加有助于使MC碳化物的数量在蠕变过程中保持较高的水平;在长期时效过程中,晶界上碳化物分解为细小离散分布的M23C6碳化物,沿着晶界形成γ'层,无Hf合金的晶界粗化现象更为明显;Hf的添加可以提升合金长期时效后的高温拉伸性能;同时,Hf对提高低应力条件下的蠕变强度作用明显.     

Y合金化对电热丝用镍基高温合金显微组织与性能的影响

采用Y合金化的方法制备了电热丝用镍基高温合金,研究了Y含量对合金显微组织、高温力学性能和高温氧化性能的影响。结果表明,未添加Y的镍基高温合金的平均晶粒尺寸约为113μm,且在合金基体组织中出现较多孪晶,在晶界处存在不连续分布的链状析出物;当向镍基高温合金中添加Y后,晶粒尺寸有所减小;随着镍基高温合金中Y含量的增加,抗拉强度、屈服强度和显微硬度呈现先上升而后降低的趋势,且Y合金化的镍基高温合金的强度和显微硬度都要高于未添加Y的合金,而断后伸长率和断面收缩率相比未添加Y的镍基合金变化幅度不大;添加Y的镍基高温合金的氧化质量增加和氧化膜脱落要相对未添加Y的镍基高温合金较轻。     

镍基单晶高温合金蠕变行为研究进展

从镍基单晶高温合金蠕变中γ'相定向粗化和筏化、蠕变各向异性、蠕变寿命预测及Re和Ru元素对蠕变性能的影响方面,综述了镍基单晶高温合金蠕变行为的研究进展,并对镍基单晶高温合金的发展方向进行了展望。     

GH710高温合金长期时效中的组织演变

研究标准热处理(1180℃×4 h/AC+ 1080℃×4 h/AC+845℃x24 h/AC+ 760℃×16 h/AC)后的难变形镍基高温合金GH710在650℃和870℃经0～3000 h长期时效后的组织演变.结果表明:650 ℃时效时,γ '相粗化不明显,晶界碳化物基本不变,合金组织稳定性良好;长期时效时,γ'相的粗化行为遵循扩散控制的L-S-W粗化机制,且时效温度越高,粗化速率越大;870℃时效时,一次γ'相急剧粗化,但时效2000 h后发生部分回溶,晶界碳化物聚合粗化现象严重,且硬度值也下降明显.     

镍基材料焊接中高温失塑裂纹DDC的生成机理及研究进展

综述了镍基高温合金焊接中高温失塑裂纹（DDC）的生成及最新研究进展,讨论了镍基高温合金焊接过程中评价DDC的几种主要试验方法并着重对最适合于DDC敏感性研究的STF试验进行了详细的叙述,同时综述了高温失塑裂纹的生成机理,影响高温失塑裂纹的因素以及降低DDC敏感性的一些措施。通过综述结果表明降低DDC敏感性的主要措施是采用合适的合金体系和配合合适的焊接工艺。通过合适的合金体系来控制晶界形貌,即一些特定的元素和C形成MC类碳化物并以析出物的形式均匀分布在晶界区域内,它们会有效钉扎晶界使晶界变得更加曲折,阻碍晶界的滑移以及晶粒的长大。使用使合金组织晶粒细化的焊接工艺以及相应后续处理使合金拥有很好的抗高温失塑裂纹的性能。     

Ru对铸造镍基高温合金凝固行为的影响

采用等温凝固实验与差热分析相结合的方法 ,对无Ru和含 3.0 %(质量分数 )Ru的两种低Cr高W铸造镍基高温合金的凝固过程进行了比较分析 ,得到两种合金在不同温度下的凝固组织、凝固顺序图和凝固特性曲线。结果显示 :Ru的加入对低Cr高W铸造镍基高温合金的液相线温度无明显影响 ,但对初生MC碳化物以及γ γ′共晶的析出温度有明显作用。Ru是一个偏析倾向很弱的元素 ,且不改变其他合金元素的偏析特性。加Ru可以起稳定γ的作用 ,能有效抑制大块初生M6C碳化物的形成。显示了Ru对低Cr高W铸造镍基高温合金显微组织稳定性的有利作用。     

镍基铸造高温合金低周疲劳研究进展

镍基铸造高温合金具有优异的高温性能,广泛应用于航空发动机涡轮叶片等热端部件之中。航空发动机涡轮叶片是发动机中工作环境最为恶劣、结构最为复杂的零件之一,在发动机运行过程中所产生的高温交变应力的作用下,合金承受着严重的应力、应变循环损伤,裂纹往往在合金中的薄弱区域形成并扩展,使合金以低周疲劳的模式失效,严重影响了合金的服役寿命,因此对合金低周疲劳性能的研究尤为重要。本文详细阐述了影响镍基铸造高温合金低周疲劳性能的表面缺陷、内部组织及缺陷、晶体取向和低周疲劳试验条件等四方面因素,从位错运动方式和形态变化特点出发,研究了不同温度下镍基铸造合金的变形机制,最后总结了合金低周疲劳寿命预测的应力应变准则、能量准则、损伤累积准则及临界面和临界距离准则。     

(W+Mo)/Cr比对铸造镍基高温合金时效组织和持久性能的影响

利用真空冶炼制备了不同(W+Mo)/Cr比(质量比)的铸造镍基高温合金,采用OM,SEM和TEM观察了合金试样的微观组织,研究了(W+Mo)/Cr比对合金组织演化和持久性能的影响.结果表明,(W+Mo)/Cr比对热处理态组织无明显影响,主要组成相为g基体、g'相、初生MC和晶界二次碳化物.长期时效期间,合金试样的组织演化主要包括g'相粗化、拓扑密排相(TCP)相析出、MC分解和晶界粗化.随(W+Mo)/Cr比降低,MC的热稳定性明显降低,晶界粗化程度升高,晶界碳化物发生了M6C→M6C+M23C6→M23C6的转变.同时,TCP相的析出量明显减少.当(W+Mo)/Cr比为0.22时,无TCP相析出.另外,(W+Mo)/Cr比由高于0.55降低至0.37时,TCP相的种类由m相转变为了m与s相共存.g'相和晶界粗化及TCP相的析出是引起合金持久性能降低的主要原因.综合(W+Mo)/Cr比对合组织演化和持久性能的影响得出,(W+Mo)/Cr比约为0.37时,合金具有最佳的持久性能.     

铸造高温合金中氮的影响机理与控制

总结中国科学院院金属研究所高温合金与金属间化合物课题组近年来开展的几种铸造高温合金中氮(N)的研究结果;讨论了铸造高温合金中N的控制方法.结果表明:无论镍基还是钴基铸造高温合金,N含量随Cr含量或返回次数和比例的增加而增大,过高的N含量降低合金的力学性能,并导致合金质量明显下降,但N的影响机理不同;对镍基铸造高温合金,N主要以极难分解的TiN颗粒团簇存在于合金熔体中,在凝固过程中作为核心促进TiC碳化物的析出与快速长大,块状碳化物阻塞枝晶间的通道,降低合金液的流动性和补缩性,导致合金组织中的显微疏松明显增加以及合金力学性能的降低;对钴基铸造高温合金,高N含量提高合金的初始凝固温度,使得合金枝晶组织粗大,枝晶间板条状M7C3共晶碳化物数量增多、尺寸增大,抑制周围基体中M<,23>C<,6>相的沉淀,导致共晶碳化物/基体界面更容易形成裂纹而降低合金力学性能.     

B、P对超超临界燃煤发电机组汽轮机用高温合金GH2107组织和性能的影响

研究了B、P对一种新型700℃超超临界燃煤发电汽轮机用镍铁基变形高温合金GH2107微观组织及力学性能的影响。结果表明：合金中的析出相主要为γ′相、M3B2硼化物、MC和M23C6碳化物。B抑制合金中M23C6的析出和长大,阻止晶界粗化,并通过提高晶界结合力和阻碍晶间裂纹萌生来强化合金。P促进M23C6析出和长大,助长晶界粗化,但是P能抑制裂纹在试样表面萌生和扩展,P原子团还会阻碍晶界滑动与位错滑移。室温下,B、P对晶界的强化作用较弱,晶界为薄弱区,而在高温下,B、P对晶界起到了很好的强化作用。当B含量过高时,将与P产生竞争偏析,降低合金的拉伸强度和持久寿命。     

3种铸造镍基高温合金热疲劳行为研究

研究了3种铸造镍基高温合金在不同温度下的热疲劳行为,利用OM和SEM对合金的组织和热疲劳裂纹形貌进行了观察.结果表明:3种合金的热疲劳裂纹均萌生于V型缺口尖端处,应力诱导下氧化孔洞的产生、聚集和相互连通是裂纹萌生的主要方式,晶界、碳化物及共晶促进了裂纹的萌生和扩展.IN738和DZ444合金的热疲劳裂纹分别沿晶界和枝晶...     

复杂镍基合金泵体铸造工艺改进

镍基合金泵体铸件结构复杂,壁厚变化较大,导致铸造工艺设计有很大难度。针对镍基高温合金泵体的缩孔缺陷,应用ProCAST软件模拟该泵体充型及凝固过程,从而改进铸造工艺,最终使热节部位及相应的缩孔消除,制备出合格的镍基高温合金泵体。     

铸造镍基高温合金增材修复技术的研究现状

铸造镍基高温合金广泛用于燃气轮机与航空发动机叶片等高温部件,长时间运行过程中经常发生叶片局部损伤失效,其维修或更换成本极高。通过增材修复来恢复局部损伤叶片的性能,将极大地降低制造成本、缩短制造周期、节约资源,具有极大的社会效益和市场价值。本文针对燃气轮机与航空发动机用铸造镍基高温合金部件的服役工况与失效形式,结合铸造镍基高温合金的成分、组织与性能特点,系统分析了增材修复时出现裂纹的类型、特点及形成机理,阐述了各类裂纹的主要影响因素,从增材工艺和材料两方面分类综述了减少或避免裂纹的增材修复工艺与技术现状,分析了不同增材修复方法的优缺点与未来可能的研究热点。