激光增材制造Nb合金化GH4169合金组织分析

采用球磨合金化的方式,在常规GH4169合金粉末中添加Nb元素,利用激光增材制造技术成形了具有不同Nb含量的GH4169试样,研究了Nb含量对激光增材制造GH4169合金组织的影响。结果表明：激光增材制造Nb合金化GH4169合金显微晶粒结构仍为粗大柱状晶组织;随着Nb含量的增加,合金粉末在熔池中合金化反应放热量增多,使得柱状晶的生长方向由偏离激光束中心向外生长逐渐变化为朝向激光束中心向内生长。由于熔池中溶质浓度和粉末熔化放热量的增加,使得枝晶间γ+Laves共晶组织的数量增多,逐渐形成连续网状的共晶组织;DSC分析结果发现,随着Nb元素添加量的增加,共晶Laves相的初熔点升高,枝晶干γ相的熔点略有降低。另外,合金化改变了初生γ相的成分,枝晶干Nb元素含量最高浓度达到7.5wt.%,合金固溶强化作用得到加强。     

不同取向激光增材制造GH4169合金电子束焊接头组织和性能

对具有不同晶体取向(0°、45°和90°)的激光增材制造GH4 169合金进行真空电子束对接焊接实验,分析了两侧母材不同晶体取向差情况下的焊缝金属组织和力学性能.结果 表明:GH4169合金电子束焊缝组织的枝晶有明显择优取向,焊缝组织依托母材晶体连续生长,焊缝枝晶择优取向随母材晶体取向的变化而变化,0°和90°取向差焊...     

GH4169合金激光增材制造过程热-力发展数值模拟

为解决GH4169合金激光增材制造过程中变形甚至开裂的问题,采用直接耦合热弹塑性有限元方法对GH4169合金单道多层墙体激光增材制造过程温度和应力演变进行仿真分析。计算表明,激光增材过程沉积试件经过快速加热和凝固冷却过程,温度变化速率超过1×10⁵℃/s。热循环温度峰值超过2 500℃,最高达2 876℃。激光沉积扫描过的区域因冷却收缩受到约束产生较高的应力。后道沉积时激光扫描到的区域温度再次升高,先会释放前道沉积形成的应力,随着温度降低会造成更大的应力。热源加载结束的一瞬间沉积层与基板连接的部分温度存在反常增加的现象。沉积层残余应力以拉应力为主,高达875 MPa,沿沉积方向的应力分量最大。基板在与沉积层结合部位附近残余应力达到800 MPa左右,与其相对应的远处分布有残余压应力。     

GH4169合金激光增材制造过程热-力发展数值模拟

为解决GH4169合金激光增材制造过程中变形甚至开裂的问题,采用直接耦合热弹塑性有限元方法对GH4169合金单道多层墙体激光增材制造过程温度和应力演变进行仿真分析。计算表明,激光增材过程沉积试件经过快速加热和凝固冷却过程,温度变化速率超过1×105 ℃/s。热循环温度峰值超过2 500 ℃,最高达2 876 ℃。激光沉积扫描过的区域因冷却收缩受到约束产生较高的应力。后道沉积时激光扫描到的区域温度再次升高,先会释放前道沉积形成的应力,随着温度降低会造成更大的应力。热源加载结束的一瞬间沉积层与基板连接的部分温度存在反常增加的现象。沉积层残余应力以拉应力为主,高达875 MPa,沿沉积方向的应力分量最大。基板在与沉积层结合部位附近残余应力达到800 MPa左右,与其相对应的远处分布有残余压应力。     

Nb含量对GH4169合金钢锭偏析规律的影响

利用光镜、扫描电镜和能谱仪等手段分析了不同Nb元素含量的GH4169合金钢锭组织特点及元素偏析规律,并对经单阶段均匀化热处理后钢锭的组织及残留析出相特征进行分析.结果表明:随着Nb元素含量增加,GH4169合金铸锭由边缘到心部,枝晶组织粗化,二次枝晶间距增大,Nb、Ti元素的偏析系数亦增大;经1160℃保温20h的均匀化处理后,Nb添加量越多,未回溶的析出相残留越多,且残留析出相有很明显的聚集趋势,残留析出物聚合体主要为富Nb的Laves相及富Nb、Ti元素的碳化物.不同Nb元素含量钢锭中Laves相完全回溶需要的时间应不相同,在高Nb含量条件下,传统的均匀化工艺无法使Laves相完全回溶;若同时考虑钢锭的尺寸因素,高Nb含量条件下,残留析出相的聚合体可能会演化为“黑斑”缺陷而使钢锭报废.     

激光增材制造TC4/GH4169梯度结构微观组织分析

目的 提高TC4/GH4169梯度过渡界面的元素分布均匀性,削弱界面效应,制备二维TC4/GH4169梯度结构。方法 利用激光增材制造技术,采用TC4-90%TC4+10%GH4169-GH4169的梯度过渡方式制备TC4/GH4169一维梯度材料,并在一维梯度的基础上设计二维梯度结构,制备TC4/GH4169二维梯度材料。利用场发射扫描电子显微镜对TC4/GH4169一维和二维梯度材料内的析出相以及各梯度过渡界面的组织形态进行分析,利用能谱仪对各梯度过渡界面处的元素分布进行分析。结果 一维梯度90%TC4+10%GH4169-GH4169界面相比于TC4-90%TC4+10%GH4169界面材料相互渗透程度更高。由于TC4内Ni元素的加入,在90%TC4+10%GH4169内生成了较多的呈交联网状分布的Ti2Ni析出相。二维梯度样件在水平方向的界面波动程度以及材料相互渗透程度相比于沉积方向更高,其中二维梯度水平方向TC4-90%TC4+10%GH4169界面两侧元素充分扩散,相比于一维梯度TC4-90%TC4+10%GH4169界面处的元素分布均匀性显著提高。结论 通过合适的梯度过渡...     

超高频电弧增材制造GH4169合金热处理组织

采用超高频脉冲电弧增材工艺成形了GH4169高温合金薄壁件,并制定了两种热处理制度. 试样分为3组:未热处理组、固溶+时效组和均匀化+时效组,并对电解腐蚀后的显微组织进行了对比和分析. 结果表明,未经热处理的组织主要为粗大枝晶,晶间有较多的Laves相,在超高频电弧的作用下,其组织比常规脉冲电弧沉积成形得到的组织尺寸更小;固溶+时效处理后的组织,γ基体上分布着大量片状δ相、γ″相和一定量的γ'相,残留有少量Laves相;均匀化+时效后的组织,δ相基本消失,基体上分布有大量颗粒状的γ″相和γ'相,及少量的小块状Laves相和碳化物.     

电弧微铸锻复合增材制造GH4169D高温合金的显微组织与力学性能

GH4169D合金作为一种新型的高力学性能和高稳定性的镍基高温合金,在用于制造高性能复杂结构零件方面具有巨大应用价值,但该合金在电弧增材制造中表现出柱状晶粗大、力学性能各向异性等问题。本工作采用电弧微铸锻复合增材制造(hybrid arc and micro-rolling additive manufacturing,HARAM)技术成形GH4169D高温合金试块,并制定多种热处理制度对所成形的试块进行热处理。运用OM、SEM、EBSD、EDS、XRD、TEM等手段以及室温拉伸实验对合金的微观组织和力学性能进行观测和分析,并与常规电弧熔丝增材制造(wire and arc additive manufacturing,WAAM)方法成形的GH4169D合金进行对比。结果表明,HARAM技术中同步轧制的“微锻”作用能有效地使合金原本粗大的柱状晶发生“破碎”。与常规WAAM方法相比,采用HARAM技术所成形合金的室温抗拉强度提高(X向提高48 MPa,Z向提高90 MPa),力学性能的各向异性得到有效抑制。均匀化+固溶+双时效热处理有效消除了HARAM技术成形合金中的Laves偏析相,并...     

电子束熔丝增材制造GH4169组织及力学性能研究

对电子束熔丝增材制造GH4169多道多层沉积试样块进行了研究,分析了电子束熔丝增材制造沉积块不同高度与不同成形方向的显微组织以及力学性能.结果表明,电子束熔丝增材制造的GH4169组织及力学性能存在明显的各向异性.成形试样的显微组织主要为γ相和共晶γ+Laves相以及碳化物相,枝晶间存在大量的Laves条带;不同成形方...     

三联熔炼GH4169合金大规格铸锭与棒材元素偏析行为

采用真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔+真空自耗重熔三联熔炼方法制备大规格GH4169合金铸锭,利用SEM、TEM、EPMA和EDS分析了大规格GH4169高温合金自耗锭(直径508 mm)与棒材(直径240 mm)不同部位的典型元素含量和析出相特征。结果表明:大规格铸锭中Al元素偏析程度较轻,而Nb、Ti和Mo元素偏析较重,枝晶间凝固时析出较多的MC相、Laves相和δ相等。经过两阶段高温均匀化处理和开坯锻造后,GH4169棒材内无"黑斑"、"白斑"等宏观偏析,元素微观偏析也被基本消除。结合计算仿真,进一步对比分析了三联熔炼GH4169与Inconel 718合金棒材的化学成分均匀性,发现国产GH4169存在元素的区域偏析,其棒材的典型元素样本方差值(能够体现区域元素偏析程度)与Inconel 718棒材相比存在差距。这种区域元素偏析对国产三联熔炼GH4169棒材的力学性能(如硬度等)波动性造成一定程度的影响。通过精细控制熔炼过程参数,优化均匀化热处理和锻造工艺,有助于进一步降低GH4169合金大规格棒材的区域元素偏析。     

GH4169合金表面氧化色变化行为研究

针对不同温度和时间加热后的GH4169合金试样表面氧化色变化行为进行分析,对试样表面氧化色图片的采集、描述方法进行探讨,并对试样硬度随加热时间的变化进行了研究。结果表明：400～850℃加热后的GH4169合金试样表面均有金属光泽,颜色变化较丰富且与加热温度和时间之间具有一定的对应关系;900～1200℃加热后的试样表面颜色差别不大,均无金属光泽并呈灰黑色;在加热时间相同的情况下,400～800℃加热后的试样硬度值差别不大,850～1200℃加热后,随加热温度的升高试样的硬度值下降较明显;根据试样实际情况,结合试样表面颜色、状态及硬度值的变化可以为判断其经历的温度环境提供可靠的判据,在试样表面具有金属光泽且硬度值差别不大时主要以表面颜色和状态为依据,试样表面无金属光泽且呈灰黑色时则以硬度值为主要判据;此外,采用规范的图片采集过程,利用设计印刷标准色谱对表面氧化色的定量分析和UV加膜印刷技术能够较好地描述合金表面颜色的变化及存在的微小差异。     

GH4169 高温合金激光冲击强化层微观结构和微动疲劳行为研究

目的 提高GH4169镍基高温合金的微动疲劳寿命。方法 利用激光冲击强化（LSP）技术对GH4169高温合金榫试样进行表面强化处理并研究其微动疲劳性能。借助激光共聚焦显微镜（LCSM）、X射线衍射仪（XRD）、电子背散射衍射（EBSD）、显微硬度计、X射线应力分析仪、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）及高频疲劳试验机,对激光冲击强化前后的GH4169高温合金的微观组织、硬度、残余应力、微动疲劳寿命、断口形貌和裂纹扩展情况进行分析。结果 激光冲击强化后表面硬度提高了17.3%,硬化层深度约为0.63 mm,表面残余压应力为331.5 MPa。经激光冲击强化后变形层中晶粒未发生明显细化,表明激光诱导冲击波主要引起GH4169高温合金中位错的形成而不是位错的运动。在20 kN峰值载荷下,尽管强化后的断裂机制没有发生明显的变化,但是强化后榫试样的微动疲劳寿命比未处理的试样提高了827%,裂纹从多疲劳源转变为单疲劳源,裂纹萌生位置从表面转移到距表面234 μm的次表面,激光冲击强化显著提升了GH4169的萌生抗力和扩展速率,扩展区域的疲劳条带间距从未处理的0.50 μm增加到了强化后的1.01 μm,这可能与残余应力的突变与松弛有关。结论 在激光冲击强化后获得硬化层和残余应力场共同影响下,GH4169高温合金榫试样的微动疲劳寿命得到了显著提升。     

电磁辅助激光成形修复GH4169合金Laves相分析

利用电磁搅拌辅助激光成形技术修复带有V形槽缺陷的GH4169高温合金,通过改变磁场电流强度比较了修复区Laves相形貌与体积分数,并测量了枝晶间、枝晶干Nb元素含量,研究了磁场电流大小与元素偏析和材料硬度之间的关系。实验研究结果表明：电磁搅拌作用下Laves相的形貌发生了明显改变,由连续网状分布逐渐变为短蠕虫状和颗粒状,Laves相的体积分数有所减小;枝晶干g基体Nb元素的含量随着搅拌磁场的增大而增加,当磁场电流为60A时,Nb元素的平均含量达到3.72 wt.%,较未施加电磁搅拌的试样增加了0.33wt.%。硬度测试显示电磁搅拌作用显著提高了修复试样的显微硬度,这与Nb等合金元素在枝晶干基体g相中固溶度的提高有关。分析认为,电磁搅拌促进了垂直于枝晶生长方向熔池液态金属的流动,促进了溶质元素的均匀分布,使枝晶臂的生长更发达,共晶组织分布更均匀。     

GH4169合金的研究新进展

GH4169合金是沉淀强化型镍铁基高温合金,在航空发动机、石油、核工业等领域已得到广泛应用。以往研究表明,当使用温度超过650℃时,其主要强化相γ"会发生相转变,使强化相的体积分数和强化效应下降,限制了合金在更高温度领域的应用。本研究在总结GH4169合金组织、析出相特征和相关性能的基础上,介绍δ相的析出和分布与合金性能的关系,总结了该合金的成分改性特点,对该合金在700℃甚至更高温度/低应力下长期使用的可能性做出了展望。     

Creep Behaviors of DA Casting and Rolling GH4169 Superalloy

After the billet of Casting and Rolling GH4169 alloy was directly aged (DA) treated at 720 ℃ and 620 ℃, creep behavior and deformed features of the alloy were investigated by means of the measurement of creep curves and microstructure observation. Results show that the DA Casting and Rolling GH4169 Superalloy displays a lower strain rate during creep and longer lifetimes under the condition of the applied stress of 700 MPa at 650 ℃ , the creep lifetimes of the alloy decrease to 127 h as temperature is eleva...     

通过再结晶退火实现剪切-压缩变形态 GH4169 高温合金的显微组织均匀化

GH4169 高温合金在剪切-压缩变形后容易出现区域性微结构特征,这不利于后续的冷轧加工。在1000~1080 ℃温度范围内,保温1~3 h条件下进行再结晶退火处理以研究GH4169高温合金的微观组织演变行为,并通过调节晶粒大小优化其冷成形性能。结果表明,静态再结晶（SRX）在1000 ℃时完全形核,原有的粗大晶粒完全被细小的再结晶晶粒取代。大角度晶界（HAGB）的弓出位置是SRX的首选形核点。经1020~1060 ℃退火后,部分相邻的SRX晶粒之间发生吞并,导致一部分晶粒的尺寸增大,而初始动态再结晶（DRX）晶粒在应变集中区域仍保持微小的尺寸。再结晶晶粒（包括SRX和DRX）经1080 ℃退火后均匀长大,平均晶粒尺寸为87.89 μm,此时显微组织的区域特征完全消失,组织均匀化程度明显提高。由于SRX的生长事故,经1080 ℃退火后出现了阶梯状孪晶,且孪晶界 （Σ3）的长度分数达到35.8%,这有利于提高GH4169高温合金的高温持久性能。剪切-压缩变形态GH4169高温合金的最佳再结晶退火工艺最终被确定为1080 ℃保温1 h,水冷。     

高温合金GH4169(Inconel 718)中磷晶界偏聚特性的实验研究

采用Auger电子能谱仪测量了镍基高温合金GH4169中磷(P)的晶界偏聚量.结果表明,经1020与1200 ℃固溶处理后在720 ℃时效2 h的样品,P的晶界偏聚浓度分别是0.344%与0.412%(原子分数).晶界偏聚浓度随固溶处理温度的升高而升高.基于这一实验结果,确定了P在该合金中的非平衡晶界偏聚特性.     

GH4169高温合金的压缩结合行为及界面组织演变

为了模拟高温合金GH4169的热轧复合工艺,采用MSS-200热模拟机对高温合金GH4169进行热压缩复合模拟,变形温度为900~1100 ℃,应变速率为1~10 s^-1。通过应力应变曲线建立了描述GH4169高温合金压缩变形行为的Arrhenius型本构方程和热加工图,计算相应的热变形活化能Q和应力指数n分别为320.33 kJ·mol^-1和4.1573。此外,采用光学显微镜（OM）和电子背散射衍射（EBSD）技术观察了结合界面。结果表明：结合界面主要受变形工艺参数的影响,在1100 ℃/10 s^-1变形条件时,结合界面几乎看不见。     

激光增材制造高温合金复合材料研究进展

本文对增材制造技术在高温合金复合材料中的研究进行了系统全面地梳理归纳，综述了增材制造高温合金复合材料的粉末混合、冶金过程以及强化机制，并且在增材制造高温合金复合材料显微组织、缺陷及其性能方面进行详细对比分析研究。在此基础上，分析了增材制造高温合金复合材料研究现状及进展，并且对高温合金复合材料新增强相设计、增强相添加方式及其对蠕变疲劳性能的影响机制等的研究进行了展望，本文将有利于对增材制造高温合金复合材料的研究和发展提供参考。