镍基高温合金的中温低塑性问题研究

对GH33镍基高温合金进行大气、氩气和真空环境的750℃拉伸试验表明,合金的中温塑性因氧分压的降低而有显著的变化。环境中的氧促使试样沿晶断裂,导致了中温低塑性。本文进一步对氧导致GH33合金中温沿晶断裂的机制进行了研究,认为在中温拉伸变形过程中,试样的氧化表面首先发生沿晶裂纹,氧沿着裂纹尖端前沿的晶界优先渗入,在应力的促进下与晶界上呈链状分布的Cr_(23)C_6碳化物反应,产生CO气泡,形成裂纹前沿晶界上的空洞,使晶界裂纹迅速扩展而造成沿晶的脆性断裂。本文还对GH37等其他镍基合金的试验结果作了分析,认为上述机制也是适用的。     

GH132合金电子束焊接裂纹的研究

本文研究GH132合金电子束焊接裂纹的产生原因,以及与热影响区裂纹有关的高温晶界相     

高温合金中微量元素的控制及其作用荣获1987年国家科技进步三等奖

我院付杰副教授等与钢铁研究总院、抚顺钢厂、长域钢厂等合作,研究了GH220等18种高温合金和Mg、Zr、Ca、B等16个元素,对于Mg在变形高温合金中的作用及含量控制进行了系统和深入的研究。研究结果表明,高温合金中添加适量的有益微量元素及控制有害元素的极限含量,可以明显改善合金的综合性能,主要表现在提高持久寿命和塑性,消除某些合金的持久缺口敏感性及中温低塑性,改善合金的蠕变性能及长期时     

一种铁基高温合金的周期蠕变

对GH132合金的周期蠕变研究指出,该合金在周期蠕变条件下其变形规律是复杂的,除了弹性应变,塑性应变外,还有滞弹性应变。这种变形规律的特征随周期应力卸载条件下最小应力的大小而变化。在高的最小应力条件下,可以表现为合金以不同的应变速率分别在高、低应力下交替地进行。     

高温均质化退火对NiPtB合金组织及溅射成膜性能的影响

利用真空熔炼技术制备NiPtB合金铸锭,分别采用直接中温轧制和高温均质化退火+中温轧制对该合金铸锭进行处理,分析对比两种处理手段对NiPtB合金铸锭组织与性能的影响。结果表明：合金铸态组织的不均匀性难以通过直接中温轧制消除;高温均质化退火可使NiPtB合金组织更加均匀;退火后的NiPtB合金经轧制后,组织均匀性提升,轧面晶粒主要为{100}和{111}取向;相比于直接轧制态,退火+轧制态样品具有更高的硬度和更好的溅射成膜性能。     

GH132合金疲劳蠕变交互作用下裂纹扩展速率研究

通过对650℃、不同应力条件下GH132合金的裂纹扩展速率的测定结果表明: (1)由于GH132合金的蠕变与疲劳裂纹的扩展机构不同,使得前者有更大的环境敏感性。 (2)在疲劳蠕变交互作用条件下,裂纹的扩展过程受K_(max)及ΔK共同控制(K_(eq)=K+(max)+αΔK)。通常的ΔK描述法已不能全面解释裂纹扩展速率与寿命之间的对应关系。     

高温合金中微量元素的控制及其作用的研究

冶金工业部于1979年下达了“高温合金中微量元素的控制及其作用”课题的研究任务,参加研究工作的各单位经过近七年的共同努力,全面、如期地完成了计划研究内容,取得了显著成果。 研究涉及的合金包括GH220、GH698、GH169、GH99、GH33A、GH37、GH36、GH132、GH135、GH302、GH901及GH761等18种高温合金,涉及的微量元素包括Mg、Zr、Ca、B、Ce、La、Hf、Y、Pb、Te、Sn、As、N、H、C、Si等16个元素,对于Mg在变形高温合金中的作用及含量控制进行了系统和深入的研究。     

二次挤压对Al-Li合金挤压织构和力学性能的影响

作者采用三维取向分布函数(ODF)研究了二次挤压对铸锭冶金(IM)和快速冷凝粉末冶金(RS-PM)Al-Li合金挤压制品的织构及力学性能的影响。结果表明,Al-Li合金一次挤压材中存在强的〈111〉织构和弱的〈100〉织构。合金经二次挤压后,〈111〉织构减弱,综合力学性能特别是塑性提高,这种效果在IM挤压制品中显得更显著,文中讨论了〈111〉 〈100〉织构形成机理与变化的原因,分析了合金综合力学性能改善的微观组织因素。     

NiCoCrAlYTa粘结层与镍基高温合金基体的界面高温互扩散行为

采用真空等离子体喷涂技术(vacuum plasma spraying, VPS)在镍基高温合金GH3128基体表面沉积NiCoCrAlYTa粘结层,并在1 100 ℃进行不同时间的热处理。采用扫描电子显微镜（scanning electron microscopy,SEM）、能谱仪（energy dispersive spectrometer,EDS）等分析NiCoCrAlYTa粘结层与GH3128高温合金界面元素的互扩散行为。结果表明,在热处理过程中,互扩散区(interdiffusion zone,IDZ)和二次反应区(secondary reaction zone,SRZ)的厚度随着热处理时间延长而增大,且在SRZ中明显观察到拓扑密堆(topological close-packed,TCP)相晶粒的生长。Al、Ta、Co元素由NiCoCrAlYTa粘结层向GH3128高温合金扩散,Ni、W、Mo元素由GH3128高温合金向NiCoCrAlYTa粘结层扩散。依据EDS检测的粘结层/基体界面处元素成分,计算出上述元素在界面处的扩散系数,掌握了各元素在高温热处理过程中的扩散速率,揭示了VPS制备的NiCoCrAlYTa粘结层与GH3128高温合金界面处元素在高温下的互扩散规律。     

粉末冶金法合成高强低模超细晶医用钛合金

为探寻有效的高强低模医用钛合金制备方法,采用机械合金化方法制备了不同Fe含量的(Ti69.7Nb23.7Zr4.9Ta1.7)100-xFex非晶/纳米晶合金粉末,随后采用放电等离子烧结-非晶晶化法得到了高强低模的超细晶钛基复合材料.结果表明:(1)机械合金化过程中,Fe含量对合金的非晶形成能力影响显著,文中实验条件下,只有当x增大至10时才能形成全非晶相的非晶粉末;(2)Fe含量也明显影响合成的块体钛合金的力学性能,合成的不同Fe含量合金中,只有(Ti69.7Nb23.7Zr4.9Ta1.7)94Fe6合金具有高强度和显著塑性,其压缩屈服强度为2425MPa,断裂强度为2650MPa,断裂应变为0.0691,平均弹性模量仅为52GPa,接近第三代生物医用钛合金的最低值.将所合成的超细晶钛合金与常用的两种生物钛合金(Ti-6Al-4V和Ti-13Nb-13Zr)进行抗摩擦磨损性能对比,发现所合成的钛合金具有最佳的耐磨性.     

J422/A132对Q235/304焊接接头组织与力学性能的影响

采用J422和A132两种焊条,利用手工电弧焊焊接Q235与304钢,通过金相观察试验、硬度试验和拉伸试验,研究了J422/A132对Q235/304焊接接头组织与力学性能的影响.研究发现:(1)J422焊条试样焊缝区产生了马氏体组织,硬度上升,A132焊条试样焊缝区组织为奥氏体+铁素体双相组织,塑性、韧性较好;(2)本实验中,J422焊条焊接的试样抗拉强度比A132焊条焊接的试样约高252MPa,伸长率约高3.13%;(3)对于J422和A132焊条焊接的试样,熔合区都存在一定的过渡层,A132焊接的试样过渡层范围相对更小;(4)Q235/304异种钢焊接时,J422试样比A132试样碳的迁移现象更加严重.     

Zr-4合金板材耐疖状腐蚀性能不均匀的问题

某些批次工业生产的Zr-4合金板材表面上出现了数毫米宽、数十毫米长的光亮程度不同的明亮条纹.利用静态高压釜腐蚀实验、微区成分分析以及织构测定等方法,研究了出现明亮条纹的原因及其对合金材料耐腐蚀性能的影响.实验结果表明:明亮条纹区中Fe和Cr合金元素的含量略高于其周边区域,并且(0001)织构取向因子(fN)也较大;在500℃过热蒸汽中腐蚀3 h后,明亮条纹区的耐疖状腐蚀性能明显优于其周边区域.分析认为,这种明亮条纹以及耐疖状腐蚀性能不均匀的现象是由于Fe,Cr合金元素分布不均匀以及织构取向因子存在差别引起的,而铸锭成分的不均匀是其产生的根本原因.     

高铌高磷GH4169 C和GH4169合金的组织稳定性

为研究高铌高磷GH4169C高温合金在高温长期时效过程中的组织稳定性,通过场发射扫描电镜和数显布氏硬度计对GH4169和GH4169C两合金分别经600、650、704及720℃时效30~10000 h的显微组织和硬度变化进行对比分析。结果表明：在服役温度(650℃)范围内长期时效,GH4169合金和GH4169C合金均表现优异的稳定性;在服役温度以上长期时效, GH4169合金和GH4169C合金稳定性较差,短时间内,合金组织就出现失稳。对比而言,704℃时GH4169C合金组织稳定性较GH4169合金高,而720℃时GH4169C合金组织稳定性劣于GH4169合金。分析认为,GH4169C合金由于提高Nb含量和P含量使的γ＇相稳定性增加,得以在服役温度以上(704℃)表现比GH4169合金更为优异的组织稳定性,但Nb含量的提高也引起啄相含量的增加,导致组织稳定性下降。在超高温(720℃)下,GH4169C 合金稳定性劣于 GH4169合金。由此推知,相比GH4169合金,改型GH4169C合金在使用温度上有所提高,但提高有限,在超高温下,其稳定性反而降低。     

复合添加Zr,Ti和Cr对Al-Zn-Mg-Cu超强合金组织与性能的影响

采用铸锭冶金法制备Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti和Al-Zn-Mg-Cu-Zr-Ti-Cr合金。通过金相显微镜、扫描电镜和透射电镜观察和硬度、力学、腐蚀性能测试,对比复合添加Zr和Ti的合金及复合添加Zr,Ti和Cr对Al-Zn-Mg-Cu合金组织和性能的影响。研究结果表明:在Al-Zn-Mg-Cu合金中复合添加Zr,Ti和Cr形成的大量10~20 nm共格的固溶部分Zn,Mg和Cu的(Al,Cr)_3(Zr,Ti)弥散相,这些弥散相强烈钉扎位错和亚晶界;与复合添加Zr和Ti相比,复合添加Zr,Ti和Cr能够显著细化Al-Zn-Mg-Cu合金铸锭组织,抑制基体再结晶;在提高合金强度、塑性和断裂韧性的同时,提高合金的应力腐蚀和剥落腐蚀抗力,合金应力腐蚀临界应力强度因子KISCC由5.0 MPa·m~(1/2)提高到12.6 MPa·m~(1/2),剥落腐蚀由EC提高至EB-。     

两种铁基和镍基高温合金在复杂应力条件下的蠕变及断裂

本文研究了一种铁基合金GH_(132)在650℃和一种镍基GH_(33)A合金在750℃的纯蠕变及复杂应力条件下的蠕变及断裂。提出无论是低强度高塑性的GH_(132)合金还是高强度低塑性的GH_(33)A合金在蠕变——疲劳交互作用的复杂应力条件下都将会不同程度地导致材料的弱化而引起过早的断裂。而且这种弱化随应力的升高而加剧。在固定平均应力条件下叠加一个交变应力的动态蠕变与恒定应力的静态蠕变相比较将促使断裂寿命降低。此乃是叠加疲劳促进蠕变断裂的结果。交变应力振幅较小时,对稳态蠕变速率影响不大,控制蠕变第Ⅱ阶段的主要因素是平均应力,但交变应力的振幅较大时将使稳态蠕变速率大大增加。复合交变应力能促进蠕变第Ⅲ阶段的过早来临和试样的过早断裂。     

GH169合金低周疲劳行为的研究

在360℃,550和650℃下,对涡轮盘用GH169镍基高温合金的低周疲劳(LCF)特性进行了研究。结果表明,GH169具有较好的低周疲劳特性,在实验范围内,具有马辛效应,其应力—应变曲线呈软化趋势。低周被劳寿命可由塑性应变能表达。其低周疲劳性能随温度升高而变差。     

ICP-AES标准加入法测定高温合金(GH2132、GH3600、GH4169)中P元素含量

本文研究并建立了ICP-AES高温合金(GH2132、GH3600、GH4169)中P元素含量的检测方法。通过实验确定了样品的溶解方法、优化了仪器条件、用标准加入法绘制工作曲线并测定未知样品浓度。实验开展了方法精密度,与标准样品及其他检测机构比对验证实验。通过实验及验证所建立的ICP-AES法测定高温合金(GH2132、GH3600、GH4169)三个牌号中P元素含量的分析方法简单、快速、准确度高,可满足了航空航天发动机用变形高温合金(GH2132、GH3600、GH4169)对P元素的分析需求。     

添加合金元素对耐热铸铁显微组织和抗拉强度的影响

利用光学显微镜观察五组不同化学成分铸锭的显微组织,并对铸锭试样在不同温度下抗拉强度进行测定,研究碳元素和合金元素对铸铁抗拉强度的影响。结果表明,在碳含量适宜的情况下,添加适量合金元素Ni、Mo能提高铸铁的高温强度;w(C)为3.72%、w(Si)为2.45%、w(Mn)为0.661%、w(Cr)为0.90%、w(Ni)为0.66%、w(Mo)为0.12%、w(Cu)为0.159%的合金蠕墨铸铁在600℃高温下的抗拉强度仍能达到358MPa。     

晶粒大小及Mg对GH169合金持久与缺口周期持久性能的影响

本文研究了晶粒大小和Mg对GH169合金持久与缺口周期持久性能的影响。结果表明,微量Mg及晶粒细化会有效地改善该合金的缺口持久敏感性。存在缺口持久敏感性或低塑性的GH169台金,在蠕变疲劳交互作用下将会严重导致材料的弱化而引起过早的断裂,用Mg微合金化和晶粒细化,即使存在一定数量小晶的混晶组织也会显著提高合金的缺口周期持久寿命。     

Mg-Zn-Al系变形镁合金的显微组织和力学性能

制备了成分基于Mg-(3-5)Zn-(1-3)Al的5种ZA系镁合金,并研究了合金在铸态和热挤压态的显微组织和力学性能.在ZA系列的铸态镁合金中,将zn含量(质量分数)固定在3%,提高Al含量,则第2相由致密的共晶相ε(Mg51Zn20)变成呈典型的离异共晶形貌的T(Mg32(Al,Zn)49)相.在ZA31基础上增加Zn含量没有引起合金显微组织中组成相发生变化,但中间相ε的体积分数增加.在280 ℃温度下的热挤压过程中,合金发生了动态再结晶,组织显著细化,且铸态组织中出现的中间相大部分溶入α-Mg基体.ZA系合金铸锭热挤压后,合金的强度和塑性均得到大幅度改善,其中合金ZA51具有最好的强度和塑性的匹配.结果表明ZA系合金具有良好的热加工性能.