新型高性能粉末高温合金的研究与发展

粉末高温合金由于在高温下表现出一系列优越的性能而成为制造高推重比航空发动机涡轮盘等部件的首选材料,本研究总结和分析了国外第三代新型高性能粉末高温合金的研究成果,重点描述了这些合金的制备工艺和力学性能,并提出研制高性能粉末高温合金的重点发展方向。

双性能粉末高温合金涡轮盘的研究进展

粉末高温合金由于在高温条件下表现出一系列优越的性能而成为制造高推重比航空发动机涡轮盘等热端部件的首选材料,特别是近年来对具有双晶粒组织的双性能涡轮盘不断深入的研究,使粉末高温合金应用前景更加乐观。本文论述国内外双性能粉末高温合金涡轮盘的研究进展,重点分析在制备中面临的问题,并对国内研制双性能涡轮盘提出建议。

镍基高温合金快速凝固粉末颗粒中MC型碳化物相的研究

对等离子旋转电极雾化(PREP)法制备的FGH95镍基高温合金粉末中碳化物的形态、结构、成分及其稳定性进行了实验研究,分析了粉末颗粒凝固过程中的热学参数和非平衡溶质分配对碳化物形成过程的影响.结果表明:快速凝固FGH95合金粉末中亚稳MC型碳化物形态的几何完整度随粉末颗粒尺寸减小由规则形态向复杂形态变化,不同尺寸粉末颗粒中碳化物的形态和数量决定于凝固过程中热学参数的变化和非平衡溶质分配系数的不同.亚稳MC型碳化物在加热作用下发生分解及合金元素再分配,其形态由复杂形状为主转变为规则形态的稳定MC型碳化物.

FGH95高温合金的静态再结晶机制

对热等静压FGH95合金高温挤压形变后的试样进行静态再结晶处理,讨论了其再结晶形核机制及γ′相对再结晶过程的影响。结果表明:合金在γ′相几乎完全溶解温度以上再结晶时,形核以应变诱发晶界迁移机制进行,而在γ′相大量存在的温度范围内则是以亚晶粗化形核机制进行;γ′相的分解速率对再结晶速率有重要影响,随再结晶温度的升高,γ′相分解速率加快,再结晶激活能减小,再结晶速率加快,γ′相分解后以同步或不同步方式重新析出。

涡轮盘用高性能粉末高温合金的优化设计探讨

从成分和组织两个方面分析近年来国内外涡轮盘用粉末高温合金的优化设计过程,总结新的合金化途径对合金力学性能的影响规律,探讨合适的热处理工艺对获取最佳显微组织的重要性,并为国内开展新型高性能粉末高温合金优化设计提出建议。

热处理工艺对热挤压变形粉末高温合金FGH95组织与性能的影响

对比研究了FGH95合金在不同热加工工艺和热处理制度下合金的组织及γ′的分布,用光学显微镜、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察了不同热处理制度处理后合金的组织及时效后γ′的中心暗场相,测试了室温(20℃)和高温(650℃)材料的拉伸性能,并对高温瞬时断裂区断口进行了对比分析.结果表明:相同热处理工艺,HIP温度越高,时效析出的γ′相尺寸越大;不同热处理制度均能够改变γ′的分布;盐浴冷却明显增大中等尺寸γ′相数量,显著提高合金高温塑性.

预热处理对FGH95高温合金粉末中碳化物的影响

对等离子旋转电极雾化(PREP)FGH95高温合金粉末颗粒在不同温度下进行预热处理,并对热处理粉末中碳化物的变化规律进行分析,结果表明:经预热处理,粉末颗粒中的MC’型亚稳碳化物发生分解和转变,析出稳定的MC,M_(23)C_6及M_6C型碳化物,明显改变碳化物的稳定性和分布状态。

等离子旋转电极雾化FGH95高温合金原始粉末颗粒中碳化物的研究

利用扫描电镜 (SEM)和透射电镜 (TEM)对等离子旋转电极雾化 (PREP) FGH95高温合金原始粉末颗粒中的碳化物进行研究 ,并分析了 PREP FGH95合金原始粉末颗粒中碳化物在凝固过程中的形成机理 ,结果表明 :粉末颗粒内部中存在 MC′型碳化物及微量 L aves相和 M3B2 相 ,MC′型碳化物形态有块状、条状、花朵状 ,草书状 ,粉末颗粒的冷却速率以及已凝固基体在枝晶间所产生的内应力 ,是导致粉末颗粒中 MC′型碳化物形态多样。

镍基高温合金粉末颗粒的凝固组织研究

本文按粒度分级研究了PGH95镍基高温合金粉末颗粒的显微组织和析出相。随着粉末颗粒尺寸减小,冷却速度增加,颗粒的凝固组织从树枝晶为主的方式逐渐转变为胞状晶为主方式。主要析出相为MC型碳化物,其形态随颗粒尺寸不同而呈多样性。还发现少量硼化物,Laves相和一次γ′相,它们往往与MC碳化物伴生存在,粉末颗粒中相析出特征与其成分,凝固条件、显微组织密切相关。

N/Al比值对A508-3钢的组织和性能的影响

研究了核电站压力容器用Ａ５０８－３钢的酸溶氮与酸溶铝的不同比值（Ｎ／Ａｌ）对其组织和性能的影响。结果表明，Ｎ／Ａｌ比值增大，钢的塑性提高，但强度变化不大。韧脆转变温度（ＦＡＴＴ）和无塑性转变温度（ＮＤＴＴ）降低。当Ｎ／Ａｌ比值为０．３３～０．５４时，ＦＡＴＴ和ＮＤＴＴ明显降低；当Ｎ／Ａｌ比值为０．５４～０．８１时，ＦＡＴＴ和ＮＤＴＴ基本不变。显微组织分析结果表明，随Ｎ／Ａｌ比值的增大，晶粒细化；贝氏体铁素体板条束尺寸和碳化物颗粒直径减小，碳化物弥散度增大。

(C+N)复合强化的Fe-Cr-Mn(W,V)钢高温性能的研究

研究了用于核反应堆低放射性结构材料 Fe- Cr- Mn( W,V)奥氏体钢。通过 ( C+ N)复合强化有效地提高 Fe- 1 2 % Cr- 1 5% Mn( W,V)钢高温强度和蠕变断裂寿命 ,并改善高温塑性。在温度 673K以下 ,该合金比 SUS31 6钢和 JPCAS钢强度和塑性优良。合金强度和塑性与形变温度的相互关系是和合金形变组织变化密切相关。对 673K以上塑性降低的原因进行断口和显微组织分析 ,控制晶界碳化物粗化是进一步提高高温塑性的主要途径。

核电站压力容器用SA508-3钢厚截面锻件热处理冷却速度

研究了不同截面厚度的ＳＡ５０８－３钢热处理冷却速度与力学性能的关系。实验结果表明，当平均冷速≤１８℃／ｍｉｎ时，钢的强度和韧性较低，达不到标准要求。当冷却速度为５８～１６８℃／ｍｉｎ时，其淬火组织为下贝氏体，经６５０℃回火后组织变成回火贝氏体和均匀分布的合金碳化物，使ＳＡ５０８－３钢具有良好的强度和低温韧性。

氧化物弥散强化铁素体钢(ODS)再结晶行为的研究

系统研究了铁素体型ＯＤＳ钢的再结晶行为，实验结果表明：用化学浸润法加入Ｙ２Ｏ３的ＯＤＳ钢，可以获得两种尺寸范围的弥散相。在大形变量下大颗粒尺寸的Ｙ２Ｏ３有利于非自发形核，促进再结晶，再结晶温度约为７６０～８２０℃。实验还发现ＯＤＳ钢大量形变后再结晶晶粒长大存在一稳定尺寸，晶粒形状接近等轴状。

双束(He^+/e^-)辐照下氦对12Cr-ODS铁素体钢组织损伤影响研究

利用氦离子(He+)束和电子(e-)束双束同时辐照化学溶胶法制备的新型12Cr-ODS铁素体钢。实验结果表明,辐照初期,随着辐照剂量增加,点缺陷团(黑斑)在基体内形成,密度不断增大,尺寸长大缓慢,辐照剂量为0.8 dpa时形成间隙型位错环。不同试验温度下,辐照均产生小尺寸高密度的空洞,随着辐照剂量增加,空洞尺寸长大缓慢,空洞密度降低也缓慢,辐照剂量达15 dpa时,空洞肿胀均小于0.05%,表明12Cr-ODS铁素体钢具有良好抗辐照损伤性。

12Cr-ODS钢中氧化物强化相(Y_2O_3)辐照损伤行为研究

本文采用电子束(e-)-氦离子(He+)、氢离子(H+)束同时复合辐照方式研究12Cr-ODS铁素体钢中氧化物弥散强化相(Y2O3)辐照损伤行为,对不同辐照方式下辐照区内的氧化物形貌变化进行原位观察。研究结果表明,15dpa辐照后,氧化物周围出现微小高密度空洞,相界面变得不规则,氧化物在此特定条件下发生体积收缩或长大,尺寸有少量变化,但无明显溶解现象,对钢的性能不会产生影响。

双束(H^+/e^-)辐照下氢对12Cr-ODS铁素体钢组织损伤影响研究

利用氢离子(H+)束和电子(e-)束双束(H+/e-)同时辐照用化学浸润法制备的新型12Cr-ODS铁素体钢,研究其辐照损伤效应及组织变化。实验结果表明:由于氧化物的钉扎,基体内保持低密度位错网络;辐照初期随辐照剂量的增加,缺陷团在位错线上及其周围形成,尺寸增加,密度不断增大,并形成间隙型位错环;不同温度下辐照均产生小尺寸高密度的空洞,随辐照剂量的增大,空洞长大速度降低,空洞密度缓慢减小;不同温度下,辐照剂量达15 dpa时,空洞肿胀均小于0.15%。对辐照产生的点缺陷与氢相互作用进行理论分析,12Cr-ODS铁素体钢在623~823 K经双束辐照后,表现出良好的抗辐照损伤性。

镍基粉末高温合金FGH95涡轮盘材料研究

讨论了ＦＧＨ９５氩气雾化粉末高温合金中缺陷、粉末颗粒凝固组织及其相组成、粉末经过热等静压后显微组织与相组成、热等静压坯再经包套模锻后合金的组织与低周疲劳性能、以及热等静压坯再经挤压后合金组织的改善和热处理制度的改进。

分离FGH95合金粉末中陶瓷夹杂物的水淘析法有效性分析

通过对水淘析法的原理分析 ,运用流体力学中的摩擦数群法确定了以陶瓷夹杂物在水中的沉降速度来确定水流速度 ,及在确定的水流速度下 ,所能淘析出的FGH95合金粉末的最大尺寸 ;并以比较淘析出的FGH95合金粉末的实际最大尺寸与理论最大尺寸 。

粉末高温合金中亚稳碳化物稳定化处理

在热等静压之前对Rene95合金粉末采用高温预热处理。试验结果表明,预热处理既可使粉末颗粒微观组织更加均匀化,又可使亚稳碳化物MC′发生分解和转变,重新析出二次MC+?和生成M_(23)C_6碳化物。明显改变碳化物的稳定性和分布状态,有效地抑制PPB的形成。

氦对Fe-Cr-Ni合金和Fe-Cr-Mn合金辐照损伤的影响

利用超高压电镜与高能离子加速器连接装置 ,研究了氦 (He)对Fe Cr Ni和Fe Cr Mn两类奥氏体型合金辐照损伤行为的影响。观察了辐照过程中二次点缺陷的演变、空洞的形成以及辐照诱导晶界处溶质元素浓度的变化。实验结果表明 :He能促进两类合金空洞核心的增加 ,但空洞尺寸和密度不同 ;He能有效抑制辐照诱起晶界元素偏析 ,但对不同原子尺寸的溶质原子抑制效果不同。