GH4169合金磨削表面塑性变形层的微观结构

采用光学显微镜、透射电子显微镜和高分辨透射电子显微镜对航空发动机常用高温合金GH4169磨削表面变质层的微观组织结构进行研究。结果表明,GH4169合金磨削表面及亚表面发生了局部剧烈塑性变形,在表面变质层内形成了剧烈塑性变形层(Severe plastic deformation layer,SPDL)。通过分析选区电子衍射图特征,确定出本试验条件下磨削表面塑性变形层的深度略大于2.2μm。根据组织特点,磨削表面的SPDL进一步可分为表面非晶层、微观剪切带和纳米晶层。表面非晶层最靠近外表面,其内主要为非晶组织和高密度的空位,但仍存在一定量的直径为1~3 nm的有序结构。微型剪切带是位于表面非晶层和纳米晶层之间、平行于磨削表面、宽度约2 nm的一条带状区域,其内组织已经完全非晶化,不存在有序结构。纳米晶层紧邻基体,主要是直径为10~150 nm的纳米晶粒,纳米晶粒内部原子排列基本有序,但仍存在大量的晶格缺陷,主要为非晶化、位错、层错和孪晶。     

粉末冶金FGH96镍基高温合金的蠕变-疲劳交互行为

对国产粉末冶金FGH96镍基高温合金在650℃总应变控制下进行了无保载疲劳试验以及最大拉/压应变保载蠕变-疲劳试验,研究了其失效寿命及失效模式,并与铸造GH4169镍基高温合金的失效寿命进行了对比。结果表明:保载的引入降低了FGH96高温合金的失效寿命,与最大拉应变保载相比,最大压应变保载时产生的蠕变损伤更大,失效寿命更短;FGH96高温合金的疲劳失效寿命基本上高于GH4169高温合金的,但是较高应变幅下(大于1.4%)的蠕变-疲劳失效寿命低于GH4169高温合金的,在较低应变幅下(小于1.4%)则相反;FGH96高温合金的疲劳断口和蠕变-疲劳断口均呈现出表面或近表面多裂纹源失效特征。     

GH4169高温合金裂纹萌生数值模拟

为研究金属材料微观组织特征对其疲劳寿命的影响,基于Tanaka-Mura裂纹萌生寿命预测模型对高温合金GH4169的疲劳裂纹萌生过程进行数值模拟.利用Voronoi图法生成具有代表性的微观组织模型,并考虑晶粒内相互平行的多滑移特性建立微裂纹萌生模型,模拟GH4169在循环载荷作用下的裂纹萌生过程.将裂纹萌生寿命的模拟结果与GH4169疲劳试验数据相比较,说明了Tanaka-Mura裂纹萌生寿命预测模型的有效性.     

GH4169镍基高温合金的高温低周疲劳损伤机理

对经过固溶+双时效热处理后的GH4169镍基高温合金进行650℃高温低周疲劳试验,研究了不同应力幅(550,600,650 MPa)下的循环响应特性,并观察了疲劳断口和二次裂纹形貌,分析了不同应力幅下的损伤机理。结果表明:不同应力幅下试验合金均表现出循环软化特性,且随着应力幅的增加,循环软化程度增强;当应力幅为550 MPa时,裂纹的扩展模式为穿晶扩展,二次裂纹主要在夹杂物和滑移带处萌生;当应力幅为650MPa时,裂纹的扩展模式为穿晶-沿晶混合扩展,二次裂纹主要萌生于晶界和滑移带处;试验合金的变形机制由低应力幅时的平面滑移向高应力幅的交滑移转变。     

强流脉冲电子束作用下镍基高温合金GH4169的微观结构及腐蚀性能

利用强流脉冲电子束(High current pulsed electron beam,HCPEB)技术对镍基高温合金GH4169进行表面处理,利用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)和透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)对HCPEB诱发的微观结构进行详细的表征,并考察HCPEB辐照处理后样品表面的腐蚀性能。试验结果表明,HCPEB辐照后GH4169合金表面发生熔化并形成熔坑,熔坑密度随辐照次数的增加而降低,尺寸较大的第二相颗粒等可随着熔坑的喷发而清除,进而实现表面净化。HCPEB辐照后GH4169合金表面形成3~5μm厚的重熔层,重熔层内部以尺寸在100 nm左右的纳米晶为主,HCPEB辐照还可在表层诱发强烈的塑性变形,形成高密度的位错及变形孪晶等变形结构。HCPEB辐照显著地改善了GH4169合金的耐蚀性能,腐蚀性能的改善主要归因于表面净化效应以及表层纳米重熔层和高密度的晶体缺陷的形成,这些微观结构促进了表层钝化膜的形成,起到保护基体的作用。     

热处理前后镍基高温合金激光熔覆层的组织和力学性能

在GH4169高温合金板表面制备了GH4169合金激光熔覆层,然后对其进行了完全热处理、980STA热处理和双时效热处理,对热处理前后熔覆层的显微组织和力学性能进行了研究。结果表明:热处理前,熔覆层的顶部为等轴晶,中部和底部为树枝晶和等轴晶的混合形态;热处理后,熔覆层中粗大的树枝晶组织有不同程度的细化,熔覆层的显微硬度和抗拉强度显著提高;完全热处理后,熔覆层的断裂形式主要为韧性断裂,980STA热处理和双时效热处理后,断裂形式为韧性断裂和脆性断裂共存的混合型断裂。     

GH4169镍基高温合金的高温低周疲劳性能

对国产GH4169镍基高温合金进行了总应变控制的高温低周疲劳试验,研究了其疲劳性能,分析了断口形貌。结果表明:试验合金具有较好的高温低周疲劳性能,与进口Inconel 718镍基合金的相近,但在较低的总应变范围下比Inconel 718合金的疲劳寿命要低;该合金在不同总应变范围下都表现出明显的循环软化行为;合金试样的疲劳断口呈多裂纹源性,疲劳源数量随总应变范围的降低和疲劳寿命的延长而减少;疲劳裂纹都萌生于表面,穿晶扩展到一定径向深度时,会出现沿晶扩展特征。     

基于镍基合金车削粗糙度与金属切除量研究

高温合金GH4169具有良好的力学性能,由于材料的硬度等特性,在加工制造过程中难以保证零件的表面粗糙度。文中采用正交实验法对材料切削过程中的表面粗糙度、金属切除量进行实验研究,由切削速度、背吃刀量及进给量的分析可知：随着切削速度增加,零件表面粗糙度降低;随着背吃刀量与进给量的增加,零件的表面粗糙度增大;金属切除量随着切削三要素的增加而增加。通过车削实验对高温合金GH4169表面粗糙度与金属切除量参数分析,建立其最优预测模型,为以后加工高温合金GH4169奠定了理论基础。     

GH4169镍基高温合金表面加工硬化研究

基于高速铣削GH4169镍基高温合金正交试验,借助截面法对每组加工参数下得到的材料表面进行硬度测量,记录并分析所得硬度值。通过分析可知,GH4169镍基高温合金加工性能差,加工硬化程度在110.5%-127.5%之间。通过对正交试验数据的极差分析,得到对其表面加工硬化影响的主次因素依次是铣削速度、切削深度、每齿进给量。并且随着铣削速度的增加,GH4169镍基高温合金的表面加工硬化程度逐渐降低;随着切削深度的增加,高温合金的表面加工硬化程度逐渐升高;每齿进给量对高温合金的表面加工硬化的影响很小。     

基于响应曲面法的GH4169镍基高温合金干车削参数优化试验

GH4169镍基高温合金具有优异的高温强度、塑性、耐腐蚀性和抗疲劳性能,广泛应用于制造航空发动机、燃气轮机的涡轮叶片等高温部件,而其热导率低、导热性差、加工硬化倾向大,是典型的难加工材料。采用正交试验法和响应曲面法,研究了涂层硬质合金刀具干式车削GH4169镍基高温合金的切削力和已加工表面粗糙度。通过正交实验研究了加工参数对切削力和已加工表面粗糙度的影响;通过回归分析建立了加工参数与切削力、已加工表面粗糙度的回归方程,并揭示了切削力、表面粗糙度与切削参数的响应关系;基于正交试验数据,通过多目标规划,优化得到了涂层刀具车削加工GH4169镍基高温合金的切削参数。     

铝基复合材料─不锈钢摩擦焊焊接接头显微组织的电镜研究

利用电子显微镜技术系统地观察了铝基复合材料（ＭＭＣ）与奥氏体不锈钢之间摩擦焊焊接接头中的显微组织变化规律。发现强度较高的奥氏体不锈钢在焊接过程中发生了明显的塑性变形，焊接界面附近不同部位变形机制和特征不同，变形方式主要是形成形变孪晶、滑移带和位错亚结构。首次在透射电镜（ＴＥＭ）下观察到了一个由微晶氧化物组成的过渡层组织。     

镍基高温合金珩磨表面粗糙度研究

为探索镍基高温合金的珩磨加工性,进而实现镍基高温合金精密孔的高效加工,进行了GH4169定量进给珩磨试验,并对珩磨加工表面粗糙度进行了分析。结果表明：油石平均粒径及每往复进给量是影响珩磨表面粗糙度的显著因素（置信水平分别为99.5%及95%）,切向珩磨速度、轴向往复速度对珩磨表面粗糙度的影响不显著;减小油石平均粒径与每往复进给量后,单颗磨粒的平均切厚、珩磨表面粗糙度和工件表面的划痕沟槽宽度减小。     

GH4169合金不同热变形条件下的流变应力研究

在Gleeble－3500型热加工模拟试验机上进行了GH4169镍基合金的高温压缩试验,变形温度为980℃～1100℃、应变速率为0,01s^-1、0,1s^-1、1s^-1、10s^-1,变形程度为50％。通过绘制真应力一真应变曲线,研究了GH4169镍基高温合金高温下的流变应力行为。结果表明：GH4169是应变速率和变形温度敏感型材料,变形温度升高和应变速率减小使流变应力显著减小;在变形的初始阶段,流变应力迅速增加,在到达峰值后,随着应变的增加,流变应力逐渐下降,并趋于一稳定值。采用简化后的双曲正弦模型Arrhenius方程,建立了GH4169高温条件下的本构方程,运用该方程计算出的峰值应力与试验测量值相比,拟合度达到了95.95％。     

高温比例与非比例加载下多轴疲劳寿命预测

针对拉扭多轴疲劳加载情况,分析最大剪切平面上的应变特性。利用临界损伤平面原理确定不同加载参数下的临界损伤平面,在此基础上提出一种基于单轴疲劳材料常数和高温蠕变特性的高温多轴疲劳寿命预测模型。利用高温合金材料GH4169薄壁管疲劳试样在控制应变拉扭循环加载下的试验数据,对所提出的寿命模型进行验证。结果表明,在高温低周拉扭循环加载下,所提出的高温疲劳寿命预测模型可以较好地预测高温疲劳寿命。     

Creep-fatigue crack growth behavior in GH4169 superalloy

This study aims to examine the crack growth behavior of turbine disc GH4169 superalloy under creep-fatigue loading. Crack growth experiments were performed on compact tension specimens using trapezoidal waveform with dwell time at the maximum load at 650 °C. The crack growth rate of GH4169 superalloy significantly increased with dwell time. The grain boundaries oxidize during the dwell process, thereby inducing an intergranular creep-fatigue fracture mode. In addition, testing data under the same dwell time showed scattering at the crack growth rate. Consequently, a modified model based on the Saxena equation was proposed by introducing a distribution factor for the crack growth rate. Microstructural observation confirmed that the small grain size and high volume fraction of the d phase led to a fast creep-fatigue crack growth rate at 650 °C, thus indicating that two factors, namely, fine grain and presence of the d phase at the grain boundary, increased the amount of weakened interface at high temperature, in which intergranular cracks may form and propagate.     

机器人砂带磨削GH4169镍基高温合金表面完整性研究

采用机器人夹持GH4169镍基高温合金来进行砂带磨削试验。对试验装置进行了设计和分析,以确保砂带磨削过程中的磨削压力稳定;采用正交试验获得砂带磨削GH4169时的磨削深度;采用单因素试验确定砂带线速度和磨削压力对GH4169表面完整性的影响规律。试验结果表明：采用粒度为80号的陶瓷磨粒砂带加工GH4169时,其表面粗糙度在0.6~0.7 μm范围内,且随着砂带线速度的增大而减小,随着磨削压力的增大而增大,表面硬度在430~485HV范围内,表面残余应力均为残余压应力,其值在-410~ -60 MPa范围内。     

高温合金锻造后的组织缺陷分析

通过对低倍检查有缺陷的GH4169高温合金零件的髁剖,用光学显微镜和电子扫描电镜从组织和成份上对表面缺陷进行了详细的分析,查清了缺陷的性质以及和其它类似缺陷的区别,为确定缺陷的性质提供了检查方法。     

SUPERPLASTIC FORMING AND AP-PLICATION OF GH4169 SUPERALLOY

The superplastic forming and application of GH4169 superalloy are studied. It is shown that for the typical superplastic forming strain rates of 10- 3 s 1 to 10- 4 s -1, the available engineering strains of the fine-grain GH4169 superalloy are always higher than 250% within wide temperature scopes (920 -980℃), and the maximum elongation to failure obtained is 513%. Dynamic grain growth is presented during superplastic deforming for the alloy, and the grain becomes larger with the increase of the strain. A GH4169 fuel manifold of an aerocraft is superplastically formed, and the superplastically formed GH4169 mainfold is tested by 30 MPa hydraulic pressure for 10 min. So some GH4169 alloy complex components can be superplastically formed in the aerospace industry to decrease the costs of fabricating these components.     

GH4169高温合金钢加热温度与组织性能研究

本文针对饼重4169合金在不同的热处理温度条件下得到的组织和性能进行研究。通过对GH4169合金金相组织的对比分析和对该合金在不同、的温度下进行高温拉伸实验后的力学性能分析,结果表明金相组织为均匀分布的等轴晶;随藉谥度的升高,合金的抗拉强度越低,塑性越好,舍金的硬度也随温度升高而降低。     

Grain wear of brazed polycrystalline CBN abrasive tools during constant-force grinding Ti�C6Al�C4V alloy

Constant-force grinding experiments of titanium alloy Ti?C6Al?C4V were carried out with brazed polycrystalline cubic boron nitride (PCBN) abrasive wheel heads. Stock removal and tool wear of PCBN abrasive tools were evaluated by comparison with that of monocrystalline CBN counterparts. Grain wear of the brazed PCBN abrasive tools were examined using optical microscopy and scanning electron microscopy. Fracture mechanism of the PCBN abrasive grains was discussed. The results show that the brazed abrasive tools with PCBN grains give larger stock removal by 25% and the longer service life by 30% than the tools with CBN grains. PCBN abrasive grains have the capability to maintain sharp cutting edges by means of the fracture behavior of microcrystalline CBN particles. In case of strong fixing of the PCBN grains in the Ag?CCu?CTi filler layer, the crack of PCBN abrasive grains are mainly dominated in the intergranular mode dependent upon the joining effects of AlN binder material among the adjacent microcrystalline CBN particles.