热等静压技术在镍基单晶高温合金中的应用研究进展

通过总结目前热等静压对镍基单晶高温的应用研究进展,阐释了热等静压对镍基单晶高温合金中的疏松等孔洞类缺陷的消除作用,分析了孔洞的愈合机理,并分别展示了应用热等静压后合金的拉伸、持久、疲劳等力学性能变化情况,同时介绍了热等静压对已服役制件组织力学性能恢复处理的研究进展、计算模拟在指导热等静压工艺研究中的作用,展望了中国热等静压技术的未来发展。     

316L粉末热等静压致密化过程数值模拟

为研究金属粉末热等静压（HIP）的致密化行为,采用Perzyna黏塑性流变模型,用有限元软件（MSC.Marc）实现316L粉末HIP过程的数值模拟.分析了粉末体在不同时刻的流动行为,同时研究不同阶段的致密化机制、压坯最终相对密度的分布及其变形.与试验结果对比表明：压坯的相对密度分布、变形趋势与试验结果符合得较好,尺寸...     

热等静压处理对K17合金元素偏析的影响

本文研究了热等静压(HIP)处理对K17合金主要含金元素偏析的影响.实验结果表明,热等静压处理可以显著减轻K_(17)合金主要合金元素的树枝状偏析和共晶反应偏析,使合金成分趋于均匀,从而抑制了σ相的析出.     

镧对铸造镍基高温合金耐蚀性能的影响

本文研究了La对GBC-12合金在1030℃下抗高温氧化以及抗熔融玻璃腐蚀的影响。结果表明:La改善了氧化膜及腐蚀膜与基体金属的粘结性,促进了Cr的扩散,有利于CrO_3保护膜的形成,从而提高了该合金在1030℃时抗高温氧化和抗熔融玻璃腐蚀的能力。     

高Ru和高Cr对镍基高温合金组织稳定性的影响

在多组元的镍基高温合金中分别和同时加入高Cr和高Ru,经固溶处理后,在800～1100℃下进行10～1300h时效处理,观察组织并分析Ru、Cr以及二者交互作用对合金组织稳定性的影响. 结果表明:在无Cr和Ru的合金中,经过1000℃/1300h时效处理后无TCP相析出;加入高Cr的合金仅20h就在晶界发现了TCP相,50h后在枝晶干出现TCP相;在1000℃时效,TCP相比其他温度更易析出. 在同时加Cr和Ru的合金中,经过1000℃/1000h时效后并未发现TCP相的析出. 这说明高含量的Cr促进了TCP相的形成,而高Ru的添加在高Cr合金中也能有效地抑制TCP相的析出,提高组织稳定性.     

一种铸造镍基高温合金的高温蠕变断裂行为

研究了M963合金在975℃／225MPa条件下蠕变断裂行为。结果表明：M963合金的蠕变曲线表现出明显的蠕变三个阶段；蠕变过程中，γ’相粒子逐渐筏形化，由初始阶段的分布在γ基体中的立方状孤立相转变为蠕变后期的包围γ相的连续相；在枝晶干上有颗粒状M6C碳化物析出；蠕变变形机制从开始阶段的Orowan绕过γ’相粒子转变为蠕变后期的位错切过γ’相粒子。     

镍基高温合金高速铣削加工表面完整性

采用高速铣削加工试验,研究切削速度对2种不同的镍基高温合金FGH95和Inconel718已加工表面完整性的影响规律,并观察高速铣削加工后的切屑形貌。试验结果表明:在较低切削速度范围内(800~2 000 m/min),切削速度对表面粗糙度的影响很小,两者表面粗糙度相差不大,但在较高的切削速度范围内(>2 000 m/min),FGH95的表面粗糙度要大于Inconel718的表面粗糙度。在相同切削条件下,Inconel718的加工硬化率和加工硬化层深度要明显比FGH95的大,并且Inconel718表面白层的厚度大于FGH95表面白层厚度。高速铣削加工FGH95和Inconel718切屑均出现明显的锯齿化现象,并且随着切削速度的提高,锯齿化程度不断加剧以至变为碎屑。     

铬,硅含量对镍基高温合金组织及耐蚀性的影响

设计开发了四种不同成分的镍基合金，通过扫描电镜（ＳＥＭ）、能谱分析（ＥＤＳ）和Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）相结合的综合分析手段，研究了Ｃｒ、Ｓｉ含量对试验材料组织和相组成的影响。结果表明，当Ｃｒ、Ｓｉ含量适宜时，合金可实现碳化物、硼化物和硅化物的复合强化，使合金中长二相数量多、分布均匀、硬度高、耐熔盐腐蚀能力强。在８５０℃以下可替代钴基合金，有广阔的应用前景。     

镍基单晶高温合金蠕变机制研究进展

叶片在服役过程中主要承受〈001〉轴向的离心载荷,由离心应力导致的蠕变损伤是叶片的主要失效机制之一。基于单晶叶片的典型服役条件,总结了国内外关于高温低应力和中温高应力蠕变变形损伤机制的研究现状,指出深入开展含典型缺陷单晶高温合金蠕变行为、氧化和热腐蚀对单晶合金蠕变-疲劳变形损伤机制影响研究十分必要。     

热等静压处理对K17合金持久性能和瞬时性能的影响

本文研究了热等静压(HIP)处理对K17合金的持久性能和瞬时性能的影响。实验结果表明,热等静压处理后,K17合金的瞬时性能比铸态时有所提高,持久寿命比铸态时显著提高。热等静压处理是改善铸造镍基高温合金性能的一项有力措施。     

高温均匀化对Nb-Ti-Si-Cr基超高温合金组织和成分分布的影响

研究了不同均匀化温度对Nb-Ti-Si-Cr基超高温合金组织和元素分布的影响;结果发现随着高温均匀化处理温度的升高,硅化物的组织形貌由共晶首先转变为细长条状,随后长大为长条状,Laves相Cr_2Nb的形貌由针状转变为粗大的不规则形貌,最后溶解。随着高温均匀化温度的升高,Ti在初生相Nbss中的含量呈现升高的趋势,而Cr在初生相Nbss中的含量呈现先升高后降低的趋势。     

人工神经网络在镍基高温合金设计中的应用

在大量镍基高温合金试验数据的基础上，利用人工神经网络来建立数学模型，提出将部分合金成分及其温度、应力和对应的蠕变断裂寿命作为网络输入，其他合金成分作为网络输出，然后用这个模型来按要求的性能设计合金成分的含量，获得了比较满意的结果，为镍基高温合金的设计提供了一种新的手段。     

带中心孔的镍基高温合金GH4049的高温疲劳短裂纹扩展规律

对疲劳试样GH4049镍基高温合金在同一载荷与不同温度下的疲劳短裂纹扩展进行了试验，利用复型技术和光学显微镜观测了裂纹形态演化全过程。发现应力集中条件下的高温疲劳短裂纹扩展主要是单裂系统破坏，随着温度升高，短裂纹逐渐变为多裂系统，并以多裂纹的合并形式进行最终破坏；扩展方式由穿晶到沿晶和穿晶的混合方式进行，温度越高，短裂纹起裂越早，裂纹平均长度越短，短裂纹扩展速率反而越慢。     

轻质化MA/ODS镍基高温合金高温氧化行为

采用机械合金化(MA)和真空烧结工艺制备了Y2O3质量分数为2%～20%的氧化物弥散强化(ODS)镍基高温合金,在1 000℃空气中对合金试样进行100h的静态氧化实验,研究了Y2O3含量对合金高温氧化性能的影响与作用机制.结果表明:适量稀土氧化物Y2O3的加入(质量分数≤5%)可促进完整Cr2O3氧化膜的形成,提高氧化膜与合金基体的附着力,改善氧化膜的抗剥落性,减缓合金在1 000℃的氧化速度,从而有效提高合金的抗高温氧化性能.但过量添加则会使其抗氧化性能迅速下降.     

剪切温度对车削加工GH4169镍基高温合金的影响

通过一系列GH4169镍基高温合金切削实验并制备其切屑金相,分析比较了理论计算及有限元仿真所得剪切温度值,探讨了剪切温度对其切屑形成的影响.结果表明:利用有限元仿真所得剪切温度值更接近实际值;当切削速度为250 m/min时,剪切温度值为880.8℃,此时材料的屈服强度降幅较大,材料内部组织发生变化而形成锯齿形切屑;当切削速度为30,65 m/min时,则没有形成锯齿形切屑.所研究的内容有利于优化GH4169的加工工艺.     

Al元素对一种增材制造镍基高温合金显微组织和拉伸行为的影响

为了明晰Al元素在增材制造镍基高温合金过程中对组织和性能的影响，通过激光金属沉积方法制备了不同Al含量的样品，分析了其显微组织以及拉伸行为的影响.结果表明：随着w(Al)增大(3%～5%),γ/γ′共晶、碳化物等析出相以及组织中裂纹等缺陷逐渐增加并在w(Al)=7%时达到最大，由高熔点碳化物钉扎在晶界和低熔点共晶重熔分别导致的凝固裂纹和液化裂纹大量形成.合金强度随着Al元素的增加先增后降，w(Al)=4%时达到最高，归因于γ′相的尺寸和立方度不断增加，阻碍位错的运动.而w(Al)=5%时性能下降归因于已有热裂纹、碳化物以及共晶含量的增加.     

镍基单晶高温合金γ'颗粒[111]取向加载的粗化趋势

针对镍基单晶高温合金的服役条件和机构特点,对γ'颗粒在[111]取向加载时的定向粗化趋势进行了比较系统的研究.通过实验得到镍基单晶高温合金在[111]取向上受载时,γ'颗粒没有表现出沿任何方向上的定向粗化趋势,只是以毛细驱动方式各向同性长大.经过有限元计算表明,外应力作用使各类基体通道中的应力分布具有强烈的各向异性,而在粗化过程中扩展的通道都是Von Mises应力高的通道,而逐渐减小的通道都是Von Mises应力低的通道,这表明塑性变形及其不均匀分布起关键作用.     

长期时效对燃气轮机叶片用镍基高温合金微观组织的影响

研究了燃气轮机叶片用镍基高温合金在800℃、850℃和900℃下分别长期时效1000h、3000h和5000h后的组织.结果表明,γ’沉淀相生长动力学遵循LSW熟化理论,长期时效过程中一次碳化物MC主要退化为M23C6型碳化物,且未发现有害相TCP相,表明合金具有良好的热稳定性.     

一种新型镍基单晶高温合金拉伸性能研究

研究了一种新型镍基单晶高温合金拉伸性能及断裂模式。采用[001]取向制备拉伸性能试样,以平行于单晶[001]取向作为应力轴方向,采用扫描电镜观察断口形貌。实验结果表明,随着拉伸温度升高,合金的抗拉和屈服强度逐渐升高,并分别在760℃和850℃达到峰值,之后随着温度升高迅速下降。塑性随温度的变化则相反,在760℃塑性指标达到最低值,随后断面收缩率急剧增加,而延伸率在850℃达到峰值后迅速下降。合金的拉伸断裂模式在980℃从准解理断裂转向塑韧性断裂。     

热等静压保温温度对TC4合金组织及拉伸性能的影响

通过热等静压近净成形技术制备的TC4合金具有独特的优势,近年来受到大量关注.研究了热等静压保温温度对TC4合金显微组织及拉伸性能的影响.结果表明:120 MPa、2 h保压条件下,保温温度达到800℃时,合金完全致密化;随着保温温度从800℃升高到920℃,合金的抗拉强度从942 MPa降为920 MPa,拉伸应变从1...