热暴露对表面预形变单晶合金组织和性能的影响

针对[001]取向的DD11单晶合金,在垂直于[001]方向进行2种强度的铸钢弹丸喷丸强化以引入表面预形变,采用电子背散射衍射(EBSD)、扫描电镜和硬度测试等方法研究了预形变后表层组织;后续不同温度热暴露完成后,采用扫描电镜和硬度计,研究了热暴露温度和预形变程度对表层组织和硬度梯度的共同影响;并且表征了喷丸+热暴露后单晶合金的高温疲劳性能。结果表明,单晶合金喷丸预形变后表面出现[110]和[111]取向的亚晶,同时出现表面应变硬化效果;随着形变程度的增大,亚晶取向角、旋转亚晶层深度和硬化效果也随之增大。随着热暴露温度升高,预形变表面形变组织呈现球化-零星不连续胞状组织-连续胞状组织-再结晶的动态回复过程,硬化效果也随之松弛;形变程度越大,开始出现动态回复过程的温度越低,但喷丸+1060℃/2 h热暴露并未观察到再结晶。相比磨削状态,喷丸+热暴露后,1060℃轴向疲劳寿命有所提高。1060℃/350 MPa/R=–1/轴向疲劳源呈现内部萌生为主源,表面为次源的状态。     

夹杂物对FGH96合金低周疲劳寿命的影响及寿命预测

本文通过人工植入Al2O3 和SiO2夹杂物的方法,制备含不同尺寸夹杂物的FGH96合金低周疲劳试样,在650℃下进行不同应变幅的低周疲劳试验,对试样断口进行观察、统计分析,定量分析了夹杂物的尺寸、位置、种类和外加载荷应变幅对低周疲劳寿命的影响,建立了夹杂物特性与低周疲劳寿命的关系。结果表明,应变幅为0.8%,疲劳源区以内部夹杂物为主;当应变幅为0.9%时,疲劳源区为表面夹杂物和不含夹杂物的试样表面的占比增大;当应变幅为1.0%和1.2%时,疲劳源区全部为不含夹杂物试样表面;随应变幅自0.8%增至1.2%,源区位置逐渐由内部夹杂物向表面夹杂物、不含夹杂物的试样表面转移。在应变幅为0.8%时,建立了内部和表面夹杂物面积与低周疲劳寿命的定量关系式,研究了夹杂物种类对低周疲劳寿命的影响,在一定夹杂物尺寸范围内,SiO2夹杂物比Al2O3夹杂物对低周疲劳寿命危害更大,其原因在于SiO2夹杂物周围由于γ’相贫化区的存在而产生的粗大晶粒降低了合金的低周疲劳寿命,同时,研究了夹杂物距试样表面距离与低周疲劳寿命的关系。     

镍基单晶高温合金力学性能各向异性的研究进展

镍基单晶高温合金凭借优良的高温力学性能和组织稳定性而成为目前制造先进航空发动机和燃气轮机叶片的主要材料,其力学性能各向异性对涡轮叶片的服役性能和安全可靠性至关重要,受到叶片设计师和制造专家的高度重视。为了满足更严苛的使用要求,国内外都在不断研发新型的镍基单晶高温合金来提升叶片承温能力,但是对新型合金力学性能各向异性的研究还不是很全面,对新添加元素的作用机理也有待进一步的研究。近些年来,国内外相关研究表明,镍基单晶高温合金力学性能各向异性与温度、应力等因素有关,不同的单晶合金表现出不同的规律。镍基单晶高温合金的拉伸性能具有明显的各向异性,随着温度的升高,其原子扩散能力增强,开动滑移系的数量增多,拉伸性能的各向异性减弱。随着合金成分中难熔元素含量的增加,滑移系的位错交截概率或变形协调性发生变化,合金表现出不同的拉伸性能各向异性。在中温高应力条件下,合金蠕变性能存在显著的各向异性。随着应力的升高,[001]取向的蠕变性能显著降低,[111]取向变化较小,这与应力变化对滑移系数量的影响有关。随着难熔元素含量的增加,合金不同取向滑移系的开动和层错的形成更容易,从而影响蠕变性能的各向异性。在高温低...     

变形高温合金纯净熔炼设备及工艺研究进展

本文试图对国内外近年来变形高温合金纯净设备及其熔炼技术的发展情况进行综述.文章总结了变形高温合金中夹杂物的分类方法,调研了国内外变形高温合金熔炼设备生产厂家,分析了真空感应熔炼炉、电渣炉、真空自耗炉的设备特点与技术,归纳了国内外变形高温合金真空感应熔炼、真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔、真空感应熔炼+真空自耗重熔、真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔+真空自耗重熔四类工艺的研究进展.最后提出了提升我国变形高温合金冶金质量与性能的一些建议.     

FGH91粉末高温合金与K418B铸造叶环热等静压扩散连接研究

采用热等静压工艺进行了FGH91粉末高温合金和K418B铸造叶环扩散连接试验,研究了FGH91-K418B双合金的界面成分扩散和连接接头的组织和力学性能。结果表明,在连接界面足够清洁的条件下,选择1190 ℃+170 MPa的热等静压工艺,可以实现FGH91和K418B两种合金良好的冶金连接。进一步观察和分析发现,扩散连接接头致密完整,无夹杂物和连续的第二相析出物,扩散区宽度80～120 μm。FGH91-K418B双合金的拉伸性能、持久性能和显微组织具有良好的一致性,试样断裂均未发生在界面结合处。     

GH6159合金成分−组织−性能关联研究

目的 研究不同成分GH6159合金冷拉态和热处理态显微组织的变化情况,分析不同成分对合金室温和高温拉伸性能的影响规律,为GH6159合金成分优化与性能提升提供理论指导。方法 基于MP159合金成分,设计熔炼了4种不同成分的GH6159合金,经锻造开坯和热轧,进行了拉伸率为48%的冷拉变形和663 ℃/4 h的时效热处理,分别制成冷拉态和热处理态GH6159棒材,采用MTS 8810拉伸实验机进行室温和595 ℃的高温拉伸测试,获得了不同成分合金冷拉态和热处理态的室温和595 ℃高温拉伸性能,结合OLYMPUS−PM3光学显微镜和Tescan Mira 3 XMU扫描电子显微镜观察了显微组织的变化情况。结果 GH6159冷拉态棒材内存在大量的变形孪晶,热处理态组织内析出了弥散分布的强化相,合金拉伸性能主要受到基体元素和强化相元素的影响。结论 较高含量的Co、Cr、Ni基体元素有利于提高冷拉态GH6159合金的室温和高温拉伸强度,而Al、Ti、Nb强化相元素会提高热处理态GH6159合金的室温拉伸强度,但过高的Ti元素会降低合金强度,一定含量的Al、Ti、Nb元素有利于提高冷拉态和热处理态合金的高温塑性。     

航空发动机用单晶叶片薄壁效应研究

通过制备不同截面尺寸的二代含RE单晶高温合金精铸试样,研究了不同测试条件下截面尺寸对单晶高温合金持久性能的影响。结果表明,1 100℃/130 MPa条件下,由于剧烈氧化作用,来源于相同的单铸大试棒的1 mm板状试样和准5 mm标准大试样的持久性能存在显著尺寸效应,而在980℃/250 MPa条件下不存在显著尺寸效应。无论在1 100℃/130 MPa,还是980℃/250 MPa条件下,叶身取1 mm厚板状试样和单铸大试棒取1 mm厚板状试样持久性能相当,冶金组织效应不显著。     

基于不同原始组织预设变形第四代单晶高温合金的再结晶行为

第四代单晶高温合金标准热处理试样和铸态试样压痕后分别在1100,1150,1200,1250,1300℃和1340℃退火处理,采用光学显微镜、扫描电镜、电子背散射仪研究不同条件的再结晶组织。结果表明:1100,1150,1200℃退火处理后,标准热处理试样和铸态试样都出现胞状再结晶。1250℃退火处理后,标准热处理试样和铸态试样都为混合再结晶。1300℃退火处理后,标准热处理试样再结晶组织全部为等轴再结晶,而铸态试样仍为混合再结晶。1340℃退火处理后,标准热处理试样和铸态试样都形成了等轴再结晶。随着退火温度升高,标准热处理试样和铸态试样的再结晶层深度明显增加,标准热处理试样再结晶深度明显大于铸态试样,相同条件下标准热处理试样的再结晶晶粒更容易长大。再结晶与基体的界面为小角度晶界、大角度晶界,而再结晶晶粒之间为小角度晶界、大角度晶界和孪晶界。孪晶在单晶高温合金再结晶的过程中发挥了重要作用。     

再结晶对DD6单晶高温合金轴向高周疲劳性能的影响

为了研究再结晶对二代单晶高温合金DD6高周疲劳性能的影响,对标准热处理的DD6合金进行表面吹砂处理,然后分别在1120℃和1315℃保温4h,以获得不同类型的再结晶组织。在疲劳试验机上分别测试了光滑和含再结晶的DD6合金试样在1070℃的轴向高周疲劳寿命。采用SEM观察DD6合金再结晶组织及疲劳断口。结果表明:胞状再结晶和等轴再结晶降低了DD6合金的轴向高周疲劳性能,胞状再结晶作用小于等轴再结晶;含再结晶的DD6合金试样的轴向高周疲劳断裂机制为类解理断裂和枝晶间的局部韧窝断裂共存的混合断裂;再结晶使DD6合金试样变为多源疲劳断裂。高温条件下,再结晶晶界的存在加快合金试样的氧化损伤,显著缩短早期疲劳裂纹的萌生和扩展时间,降低合金的轴向高周疲劳性能。     

工业燃气轮机涡轮叶片用铸造高温合金研究及应用进展

工业燃气轮机具有热效率高、污染低等突出优点,成为未来发电机组与大型水面舰船动力的首选设备。铸造高温合金是工业燃气轮机涡轮叶片等热端部件的关键材料,其性能和制备水平在一定程度上决定了先进燃气轮机的功率、效率、寿命等性能。本文重点综述了工业燃气轮机及其涡轮叶片用铸造高温合金材料的研究及应用现状,并对工业燃气轮机涡轮叶片用铸造高温合金及涡轮叶片制造技术的发展趋势进行了展望。未来,先进定向凝固,“材料基因工程”等技术将逐渐应用到工业燃气轮机涡轮叶片用铸造高温合金的研制中;此外,先进工业燃气轮机上定向/单晶高温合金的应用将越来越广泛。