镍基高温合金CM247LC增材制造研究进展

航空航天领域的热端部件逐渐呈现结构复杂化和高耐热高承载的发展趋势,高温合金增材制造已成为高耐热承载复杂结构部件成形制造的重要技术方案。主要介绍了增材制造CM247LC合金微观组织特点,并对冶金缺陷形成机理与消除方法进行了综述。已有研究表明,增材制造CM247LC合金具有精细的晶粒尺寸,表现出强烈的<001>织构,增材制造CM247LC合金的胞界处存在尺寸约50 nm的颗粒状γ’相,并且胞界处存在Ti、Hf、Ta、W、C等元素明显富集的碳化物。裂纹是CM247LC合金在增材制造过程中最难以解决的冶金缺陷,仅通过优化工艺参数难以真正解决裂纹缺陷,合理优化成分有望实现裂纹消除,但优化了成分的合金在增材制造后的全面性能有待进一步评估。     

高温合金定向凝固技术研究进展

首先回顾了定向凝固的发展历史,重点分析了液态金属冷却定向凝固的技术特点。总结了高温度梯度下制备的定向凝固法单晶高温合金在组织和性能方面的研究现状,结合作者在本领域的研究,着重分析了定向凝固温度梯度、凝固速率、晶体取向、熔体超温处理、熔体对流控制对组织和性能的作用规律和机制,认为高温度梯度定向凝固是细化组织、减少缺陷、提高合金性能的重要途径。最后展望了高温合金定向凝固的发展趋势。     

镍基单晶高温合金定向凝固的数值模拟

概述了目前国内外镍基单晶高温合金定向凝固数值模拟的研究进展,定向凝固过程的数值模拟由宏观向微观转变,详细介绍了微观组织数值模拟的几种主要方法：决定论方法、随机论方法和相场方法,评述了这几种方法的特点以及局限性,指出宏观和微观现象的完整耦合可以对镍基单晶高温合金凝固过程做出更加准确的模拟预测。     

镍基高温合金定向凝固过程中雀斑缺陷研究进展

本文简述了近年来定向和单晶镍基高温合金凝固过程中雀斑缺陷的研究进展,具体论述了雀斑缺陷的形成机制以及雀斑的预判模型,并从合金成分、凝固参数(抽拉速率和温度梯度)、凝固界面形态以及试样形状和尺寸等方面分析和论述了这些因素对雀斑缺陷形成的影响,最后对未来镍基高温合金中雀斑缺陷的研究方向进行了探讨和展望。     

镍基单晶高温合金定向凝固的数值模拟

概述了目前国内外镍基单晶高温合金定向凝固数值模拟的研究进展,定向凝固过程的数值模拟由宏观向微观转变,详细介绍了微观组织数值模拟的几种主要方法:决定论方法、随机论方法和相场方法,评述了这几种方法的特点以及局限性,指出宏观和微观现象的完整耦合可以对镍基单晶高温合金凝固过程做出更加准确的模拟预测。     

镍基单晶高温合金凝固缺陷研究进展

镍基单晶高温合金的凝固缺陷对其力学性能有很大的影响,减少和控制凝固缺陷对提高合金性能和降低成本具有重要意义.综述了镍基单晶高温合金定向凝固过程中可能出现的几个重要缺陷,包括缩松、雀斑、晶体取向的偏离和杂晶,重点讨论了这些缺陷的特点和产生的机理,并从合金成分、工艺参数、铸件结构等方面分析了凝固缺陷的影响因素,指出了减少单晶高温合金凝固缺陷的措施.     

定向凝固镍基高温合金DZ17G的持久寿命

分析了定向凝固镍基金高温合金DZ17G在广泛应力范围（105-950MPa）内的高温（650-980℃）持久实验数据。结果表明,在同一温度下,合金的持久寿命与施加应力间的关系符合半对数规律,可以利用Manson-Succop系数法对短期实验数据进行外推,以预测长期持久寿命。给出了DZ17G合金的持久方程及热强参数综合方程,预测值与实测值得很好符合。     

Ti/Al比对镍基定向高温合金组织和性能的影响

用金相显微镜和扫描电镜对镍基定向高温合金铸态及热处理态的组织进行观察和分析,用透射电镜的EDS对合金元素在γ和γ~′两相中的分配比进行测试和分析,研究了在Al+Ti质量总和相同条件下,Ti/Al比对其微观组织及持久性能的影响。结果表明:随着Ti/Al比的增加,合金铸态组织中共晶含量显著增加,共晶周围有η相生成;合金初熔温度降低;相同热处理条件下,γ′相的尺寸增加,立方度降低;合金持久性能变化不大。     

静磁场对定向凝固镍基高温合金组织影响的研究进展

综述了国内外静磁场对镍基高温合金组织影响的研究现状,重点分析了施加不同方式、强度的静磁场对定向凝固镍基高温合金枝晶组织、元素偏析、凝固缺陷及高温力学性能的影响规律,并从变截面处杂晶的控制、晶体取向偏离的控制以及对凝固特性的影响机制等方面提出了静磁场在定向凝固镍基高温合金研究中潜在的发展方向。     

激光粉末床熔融AM247LC合金的成形性与显微组织特征

目的 研究新型高铝钛镍基高温合金AM247LC的成形性、显微组织形貌与室温性能。方法 采用激光粉末床熔融方式制备了新型AM247LC合金,通过光镜和XRM进行成形性表征,利用SEM和TEM对AM247LC的晶粒组织与析出相等显微组织进行分析,并进行了AM247LC合金室温维氏硬度的测试。结果 激光粉末床熔融AM247LC合金在较大的工艺参数范围内具有良好的打印性能,致密度保持在99%以上,在选取的打印参数区间无裂纹产生,仅存在少量的孔洞;打印态合金的显微组织为典型的凝固胞状亚结构组织和缠结的高密度位错,在胞状亚结构的周围还分布有尺寸较小的颗粒。与CM247LC合金相比,LPBF制备的AM247LC合金的<001>织构强度明显变弱,晶粒平均尺寸变小,长径比缩小,在增材制造过程中,合金的沉淀物析出量大幅减少,样品的残余应力应变水平明显下降,因此AM247LC合金的开裂敏感性降低。AM247LC合金的室温性能优异,整体硬度为390HV~430HV,硬度值优于打印态CM247LC合金硬度。结论 激光粉末床熔融AM247LC合金不仅具备优异的增材制造成形性,而且具有良好的室温性能。     

热处理制度对DZ111合金组织和性能的影响

对抗腐蚀定向凝固高温合金DZ111进行了热处理试验。试验结果表明:在870℃/32h时效之前,进行一次1080℃的处理,可提高合金的力学性能。因此选择DZ111合金的热处理制度为:1210℃/4h,AC+1080℃/4h,AC+870℃/32h,AC。     

热等静压及恢复热处理工艺对DZ125蠕变损伤的影响

选用4种不同参数的热等静压及恢复热处理工艺对DZ125蠕变损伤试样进行显微组织演化的研究,并进行力学性能评价。结果表明:DZ125合金经预持久损伤实验后,显微组织出现了γ′相退化、蠕变孔洞形成等,但是碳化物没有出现由MC型向M_(23)C_6及M6C型分解。此外,热等静压的温度在孔洞愈合过程中作用显著,1200℃及1250℃温度下分别出现了γ′同心筏排结构及合金的初熔现象。同时,通过选取合适的热等静压参数,可以避免内部再结晶的产生。合理的热等静压及恢复热处理工艺可以改善蠕变损伤的显微组织,并使其显微硬度达到原始态水平,且持久寿命得到提高。     

Effect of microstructure on crack propagation in high-temperature fatigue of directionally solidified Ni-based superalloy

In order to clarify the crack propagation properties of an anisotropic material (Ni‐based directionally solidified superalloy), longitudinally loaded specimens (L‐specimens) and transversely loaded specimens (T‐specimens) with a crack are subjected to high temperature fatigue. The crack propagation rate is reasonably well correlated with the effective stress intensity factor range regardless of the propagation direction (specimens L and T), the stress range and the stress ratio. However, the crack propagation rate shows a notable fluctuation particularly in the T‐specimens. It is at most about five times faster than the average. The fracture surface features can be classified into four types with three transgranular and one intergranular types. In the former, though the crack is along the {100} or {110} planes on a macroscopic scale, it threads through the {111} or {100} planes on a microscopic scale. Crack propagation is notably accelerated in the intergranular region, while deceleration is caused by crack branching.     

DZ125定向凝固涡轮叶片合金研究

ＤＺ１２５定向凝固高温合金是为新航空发动机研制的涡轮叶片材料,。它具有高的中,高温强度和延性,特别是具有良好的可铸性和小的薄壁效应,可铸成内腔十分复杂的薄壁空心叶片。     

热处理工艺对激光选区熔化AM247LC合金组织与性能的影响规律

目的 研究不同热处理制度对激光选区熔化（SLM）AM247LC合金微观组织和力学性能的影响规律。方法 对激光选区熔化制备的AM247LC合金分别进行900℃/16h的直接时效热处理和1 210℃/30 min+1 050℃/30min+950℃/16h的固溶时效热处理,通过OM、SEM、EBSD、XRD等表征手段研究合金热处理前后的晶粒组织、碳化物及析出相等微观组织的变化,并对打印态及不同热处理态样品的室温拉伸性能进行测试,以表征热处理对其力学性能的影响行为。结果 打印态AM247LC合金中存在大量粗大柱状晶和细小晶粒组织;直接时效热处理（900℃/16 h）后的AM247LC合金晶粒组织与打印态类似,但析出了大量γ’强化相;固溶时效热处理（1 210℃/30 min+1 050℃/30 min+950℃/16 h）后,AM247LC合金发生了再结晶,形成大量退火孪晶,并且析出沿晶界分布非连续的微米级碳化物及大量γ’强化相。合金打印态的屈服强度为846.5 MPa,断裂伸长率可达19.6%;直接时效热处理后,合金屈服强度为1 042.8 MPa,断裂伸长率明显降低,仅为11.2%;固溶...     

Constitutive modelling and creep life prediction of a directionally solidified turbine blade under service loadings

Abstract

The high pressure turbine (HPT) blade of a heavy duty gas turbine operates under the interaction of complex aerodynamic, centrifugal and thermal loadings. The reliability of continuous working at elevated temperatures is a major limitation in service application of these materials. Therefore, it is essential to build the constitutive equations for predicting and analysing the creep deformation and creep lifetime of the blade. In present work, the creep deformation and lifetime of a HPT blade made of a nickel-based directionally solidified (DS) superalloy was numerically predicted. The θ-projection method was used to characterize the creep deformation of DZ125 under different temperatures and stress levels. The uniaxial equations of the θ-projection method were expanded into multi-axial form which was implemented into ABAQUS/UMAT (User MATerial subroutine) by an Euler method. A modified θ-projection method was employed to promote the adaptability of the original model to both steady state and transient temperature fields. Transient stress, strain and displacement distribution of the critical position inside the blade were obtained for service loading. The Larson–Miller parameter was employed to predict the creep lifetime of the blade. Simulation and results of the θ-projection method may also provide suggestions for the safety and life evaluation of HPT blade and other turbine blades.     

工艺状态对铸造Ni基高温合金K403显微组织的影响

研究了凝固冷速和热处理对铸造镍基高温合金K403显微组织的影响.结果表明,浇注温度为1460℃时,采用880℃填砂造型或950℃单壳浇注可细化合金中的γ'相.铸态的K403合金采用900℃/16h和980℃/5h时效处理能获得由细小M4C和M23C6碳化物组成的弯曲晶界.     

固溶处理冷却速度对DZ417G合金组织性能的影响

固溶处理时,较高的冷却速度能促进DZ417G定向合金中二次和三次γ’强化相的形核,较低的冷却速度使二次γ＇相析出充分,并能抑制三次γ’相的析出．合金固溶态的室温硬度随着冷却速度的提高而提高．经980℃／16h时效处理后,三次,γ’颗粒粗化长大．较高的冷却速度有利于拉伸强度的提高,而冷却速度低有利于室温拉伸塑性的增加．固溶处理后适当的冷却速度可使合金具有最佳匹配的拉伸和持久性能．