IN718高温合金的新型热控凝固工艺优化

针对高温合金复杂薄壁铸件易出现欠铸、晶粒粗大和疏松等问题,开发了一种以“低温浇注、高温充型、顺序凝固”为特征的新型热控凝固工艺,研究了在1 380℃浇注温度下模壳温度(1 260~1 350℃)和抽拉速度(6~48 mm·min^(-1))等工艺参数对IN718高温合金圆柱试样组织的影响,并在优化工艺下进行了复杂薄壁特征结构件的成形试验。结果表明:随着模壳温度升高,试样的晶粒尺寸从2.33 mm增加到7.46 mm,且组织均匀性变差,断面等轴晶比例由98%降低到41%,疏松数量减少,尺寸减小。随着抽拉速度增大,晶粒尺寸从3.66 mm减小到2.69 mm,疏松数量增加,尺寸增大;当抽拉速度不小于24 mm·min^(-1)时,组织均匀性较好。最优工艺为模壳温度1 290℃、抽拉速度24 mm·min^(-1),采用该工艺可制备得到晶粒尺寸为0.81 mm、疏松面积分数仅为0.2%、最小壁厚为1.8 mm的IN718高温合金大面积薄壁特征结构件。

Cu/V复合中间层对TC4/IN718激光焊接接头组织及性能的影响

为了实现TC4钬合金与GH4169镍基高温合金的有效连接.采用Cu/V复合中间层对TC4和IN718合金进行连续激光焊接,并分析添加中间层对接头裂纹、组织及力学性能的影响机制.结果表明,常规激光焊接时,TC4/IN718接头焊缝区产生大量Ti-Ni脆性金属间化合物,导致接头形成大量纵向裂纹,焊缝组织为Ti(s,s)+Ti_(2)Ni+Ti-Cr+NiTi+Ni_(3)Ti+Cr(s,s).当采用Cu/V复合中间层后,实现了TC4与IN718合金的有效连接,接头抗拉强度达到271MPa,焊缝组织转变为Ti(s,s)+V(s,s)+NiV_(3)+Cr(s,s)+Cu(s,s)+未熔铜。

球形弹丸高速冲击IN718合金板的变形与破坏模式

为研究IN718镍基高温合金在高速冲击作用下的抗侵彻能力,采用直径为5 mm的304不锈钢球形弹丸,利用二级轻气炮试验装置对IN718靶板进行了一系列弹道冲击试验。通过高速摄像机进行拍摄,弹丸的入射速度范围为548.2~1067.0 m/s。对弹丸的剩余速度进行了测量和分析,并对弹道极限速度进行了验证,观察了靶板的变形和破坏模式以及弹孔直径。结果表明:在试验冲击范围之内,随着冲击速度的升高,靶板的变形模式由撕裂破坏到剪切破坏转变,靶板的穿甲破坏模式与冲击速度密切相关;靶板能量吸收效率随弹丸初始动能的增加而降低,且趋于常值0.7;靶板变形挠度随着冲击速度的升高呈减小趋势,且最大变形挠度出现在弹道极限附近;靶板正面和背面所形成的弹孔直径均随着冲击速度的升高而增大,且背面所形成的弹孔直径大于前面所形成的弹孔直径。

钛铝含量对IN718合金激光增材试样组织性能的影响

为提升激光增材IN718合金部件的力学性能和服役温度,按梯度增加Ti+Al含量制备了五种改进型IN718激光增材样品,采用万能实验机、SEM、XRD和JMatpro软件等研究了样品的常温和高温力学性能及组织结构。结果表明,随着Ti+Al含量的增加,γ′相占比逐渐上升,样品室温强度增大而延伸率明显下降。当Ti+Al含量增加到7.6%时,样品中的γ′析出相占比是γ相的5倍,硬度为55.6 HRC,因脆性相的大量析出导致裂纹萌生;经1 100℃×1 h+850℃×8 h热处理后的样品在850℃时的强度随Ti+Al含量的增加先升高后降低,Ti+Al含量为5.6%时其高温屈服强度和延伸率达到最大值,分别为553 MPa和12%,且各向同性,此时γ′析出相和γ相占比接近,分别为41.5%和39.9%。在后续研究中,可将标准IN718合金中的Ti+Al含量提高到5.6%,恰当利用γ′强化获得优良的高温力学性能和激光增材工艺相容性。

IN718激光熔覆Co-WC/Cu复合涂层组织与摩擦学性能研究

为提高IN718高温合金运动部件在极端环境中的服役寿命,采用激光熔覆在其表面制备了Co (S1)、Co-5%WC-5%Cu (S2)和Co-5%WC-15%Cu (S3)(质量分数)这3种耐磨减摩复合涂层,系统分析了复合涂层的显微硬度以及室温(RT)和600℃环境中的摩擦学性能.结果表明:溶解的WC重新凝固析出碳化物,起到第二相强化的作用,未溶解的WC边缘析出针状物与Co基基体稳固结合.在室温下Cu可以充当固体润滑剂(Cu膜),在600℃下由CuO氧化膜以及Cu膜起减摩作用. 3种涂层的显微硬度均是基体(268.89HV0.5)的1.7倍以上,分别是478.69HV0.5、481.73HV0.5和458.51HV0.5.摩擦学性能明显优于基体,其中S2涂层在室温和600℃环境下均拥有优异的耐磨性,分别提高84.4%和64.9%,减摩效果最好的是S2涂层(RT)和S3涂层(600℃),分别提高26.9%和26.7%.室温下3种复合涂层的磨损行为由氧化和疲劳磨损主导,600℃时由氧化和黏着磨损主导.

IN718合金多道熔覆热循环特性模拟及实验验证

为了揭示激光熔覆过程的热量累积特性及规律,利用ANSYS软件对IN718高温合金多道熔覆涂层制备过程热循环进行模拟。通过构建“T”型高斯复合热源并开发ANSYS APDL程序再现激光熔覆过程,获得涂层温度分布及热循环特性。结果表明:熔覆涂层高温区域以半椭球形快速扩散,跟随“弓”字型路径产生热累积;在扫描方向上,各节点最高温度(2309.26℃→2417.15℃→2454.58℃)呈非线性缓慢升高的趋势;以“弓”型路径熔覆会在搭接折弯处显著储能,对已熔涂层造成了重复加热或重熔;在结合界面上,中间道次熔覆时涂层热源生热与热传导具有对称性,使介面温度高于金属粉末材料熔点。采用红外热像测温法对熔覆过程进行监测,监测结果与模拟结果基本吻合,为熔覆工艺优化与涂层微观组织调控提供了理论依据。

IN718Plus合金晶粒长大行为及模型研究

研究IN718Plus合金在960~1140℃保温0.5~3 h的晶粒长大行为,分析加热温度对晶粒尺寸的影响规律,推导并拟合IN718Plus合金晶粒长大动力学模型。结果表明,当加热温度低于1060℃时,晶粒长大较缓,晶粒尺寸变化不大;当加热温度高于1060℃时,晶粒尺寸长大明显。通过线性拟合得到IN718Plus合金两段式晶粒长大动力学模型,计算值与实验值吻合性较好。

IN718高温合金表面Si改性铝化物涂层1000℃的氧化行为和微观组织演变

涡轮叶片的使用温度升高将严重降低镍基高温合金IN718的力学性能,高温合金表面需要制备抗氧化涂层来抵抗高温氧化和腐蚀的危害。本文系统研究了简单和Si改性铝化物涂层在1000℃下氧化200 h的微观结构演变。由于尖晶石NiCr_(2)O_(4)相和挥发性Cr_(3)O相的形成,IN718高温合金经氧化后发生严重剥落和失效。对于简单铝化物涂层,稳定的α-Al_(2)O_(3)氧化膜显著提高了抗氧化性,在氧化100~200 h时仅增重0.1 mg/cm^(2)。Si改性铝化物涂层由于外部涂层中存在Cr_(9.1)Si_(0.9)相并具有最大晶粒尺寸,表面快速形成了稳定的SiO_(2)氧化膜,产生较好的保护作用,内部形成的Al_(2)O_(3)氧化物与涂层形成钉扎效应,有效地防止氧化膜分层。Ni_(3)Si相的形成和生长产生了微裂纹,导致在氧化100~200 h时其增重率超过简单铝化物涂层,表明有效调节硅含量对于延长涡轮叶片的使用寿命至关重要。

热处理工艺对140 ksi等级In718合金组织与性能的影响

研究了热处理工艺对140 ksi等级In718合金组织与性能的影响。固溶温度采用1023、1030、1050℃三个温度,时效温度采用760、780、800℃三个温度,交叉试验共9组试验数据。然后对经不同热处理工艺后的合金试样进行室温拉伸、-60℃夏比V型冲击、硬度、晶粒组织等指标进行测试,并对断口组织和析出相进行分析。研究表明,随着固溶温度升高,In718合金强度降低、塑韧性升高,晶粒尺寸增大、δ相量减小;相同固溶温度下,随时效温度升高,In718合金强度降低、塑韧性升高,时效温度对晶粒尺寸无影响,γ″相的形貌由颗粒状、球状逐渐粗化为针状,γ″相数量也呈现减小趋势。其中,在1023℃固溶处理和760℃时效处理后合金的综合性能最佳,抗拉强度、屈服强度、塑性、冲击韧性等指标匹配达到最好水平。

IN718高温合金热腐蚀行为及其对力学性能的影响

研究了IN718高温合金在650℃下的熔盐(75%Na2SO4+25%NaCl)热腐蚀行为及其对合金力学性能的影响。研究表明,IN718合金热腐蚀层分为两层,外层由Fe3O4,FeCr2O4和Cr2O3等氧化物组成,内层由Ni和Ni的硫化物组成。热腐蚀过程中S沿晶界快速扩散并在晶界形成硫化物。IN718合金在650℃,100h浸盐热腐蚀预处理后,室温拉伸性能和650℃拉伸强度变化不大,合金在650℃拉伸塑性略微降低,但650℃,700MPa持久性能显著降低,其主要原因是S降低晶界强度,同时外加应力提高腐蚀速率。

变能量激光选区熔化IN718镍基超合金的成形工艺及高温机械性能

开展了基于激光选区熔化技术对IN718镍基超合金直接激光熔化成形的研究。将零件分为心部与轮廓区,通过改变激光线输入量进行选区熔化研究。首先,建立熔池内烧结的数值模型,改变激光线输入量,获得了激光线输入量对零件致密度的影响规律并观察了成形体中的组织生长。然后,增加轮廓部位扫描,改变激光线输入量与扫描顺序,获得其对零件表面质量的影响规律。最后,通过优化热处理工艺提高零件高温拉伸强度和高温持久性能。试验结果表明,在激光线输入量为300J/m时,成形体致密度最高,为98.9%,成形体沿层间方向组织为树枝晶加等轴晶,在层内方向组织为等轴晶。采用心部+后轮廓扫描的方式,轮廓激光线输入量为100J/m时表面质量最优,粗糙度为3.1μm。对成形体采用1 065℃固溶+双时效的热处理可以获得最佳高温性能组合,高温拉伸强度为1 356MPa,高温持久时间为34h。结果显示,通过激光选区熔化制作IN718镍基超合金可以满足航空结构件对致密度、表面质量和高温性能要求。

磷含量对IN718合金持久和蠕变性能的影响

研究了不同含量的磷在IN718合金中的作用。结果表明 ,磷对持久和蠕变性能有显著的影响 ,可提高IN718合金晶界抗蠕变开裂的能力。将磷含量由 0 .0 0 3%提高至 0 .0 3% ,持久寿命先是增加而后降低 ,并在含磷0 .0 2 5 %处达到持久寿命峰值。磷对应力指数影响不大 ,但对表观蠕变激活能影响显著。磷的有益作用主要来自于抑制晶界扩散和改善晶界δ相。

Al对IN718合金拉伸性能及稳定性的影响

Al对IN718合金拉伸性能及其稳定性影响的研究结果表明,在标准热处理状态下,Al增加合金中γ″和γ′相析出总量,提高合金室温和680℃的抗拉伸强度,但Al抑制晶界δ相析出,促进Laves相、M7C3相和σ相等在晶界析出,恶化合金的拉伸塑性。经680℃长期时效以后,γ″和γ′相粒子长大,其中高Al合金中析出的γ″/γ′"包覆组织"的长大速率比常规合金中的γ″相小,但两者拉伸强度下降的速度基本相同;合金晶界状态恶化,使室温拉伸塑性明显降低;强化相粒子长大,合金基体的高温强度降低,使680℃拉伸塑性升高。

α-Cr相在IN718合金中的析出及其热力学计算

通过热力学计算，建立了Ｃｒ，Ｍｏ及 Ｎｂ与ＩＮ７１８合金的赝二元相图以及Ｃｒ－Ｆｅ－ＩＮ７１８赝三元等温截面图．研究了ＩＮ７１８合金中α－Ｃｒ相析出条件和化学成分对α—Ｃｒ相析出温度及析出量的影响．确定了α－Ｃｒ相析出的临界成分和不同成分条件下α－Ｃｒ相开始析出温度及析出量，同时得出了Ｃｒ，Ｍｏ和 Ｎｂ含量与α－Ｃｒ相开始析出温度和析出量的关系式．利用Ｘ射线衍射对萃取相的分析及选择性浸蚀方法，验证并显尔了α—Ｃｒ相在ＩＮ７１８合金中的存在和分布．

镍基IN718合金时效过程中α-Cr相演变行为

通过力学性能试验,扫描电镜观测和化学重量分析,研究了直接时效与标准热处理工艺处理的IN718合金盘材经593℃～677℃高温长期时效至2 000 h后力学性能和微观组织行为.结果表明,直接时效的DA718合金在未经长期时效前已含有约0.006 w/%的α-Cr相,于650℃和677℃时效2 000 h后α-Cr相均达0.6 w/%左右,而在相同时效条件下,标准IN718合金α-Cr相比DA718要少.合金强度的变化规律与冲击韧性明显不同,2种合金微观组织演变行为也有明显区别,特别是α-Cr和δ相的变化行为.因此,合金微观组织行为对综合力学性能的影响需要进行综合考虑.

等温锻造对IN718合金组织和性能的影响

对IN718合金在1020℃下以应变速率0.01进行变形量为40%的等温锻造,并对锻造过程进行数值模拟,预测了涡轮盘件锻造载荷的情况。试验结果表明:经等温锻造后IN718合金具有细晶组织,晶粒度为ASTM10级,其力学性能高于指标要求。通过数值模拟等温锻过程并与试验结果对比可以看出:数值模拟等温锻造过程中变形量与成形件几何尺寸。

磷对IN718合金蠕变性能的影响

研究了磷对ＩＮ７１８ 合金蠕变性能的影响． 结果表明， 磷显著提高蠕变抗力．磷对应力指数没有明显的影响，掺杂０．０２％ 磷使表观蠕变激活能由６７８ ．５ｋＪ／ｍｏｌ 提高至７４６．１ｋＪ／ｍｏｌ．磷的有益作用可能是通过抑制晶界扩散实现的．

硼、硫和铝对磷在IN718合金中作用的影响

分析了硼、硫和铝对磷在ＩＮ７１８合金中作用的影响．结果表明，磷改善晶界δ相， 显著提高 持久性能．磷提高持久寿命的相对幅度不受铝含量的明显影响，但随着硼含量的增加而加强、硫含量的增 加而减弱．硼、硫和铝对磷的作用的影响取决于其各自的晶界行为．

掺杂硫对IN718合金性能的影响

研究了掺杂硫对ＩＮ７１８合金的影响结果表明，硫使蠕变抗力和持久寿命降低．硫对 ＩＮ７１８合金的有害作用具有明显的表面效应。

In718合金高温锻造数值模拟与试验研究

利用MSC．SuperForm有限元分析软件对In718合金镦粗过程进行三维数值模拟和试验研究．分析了不同温度、摩擦和变形速率条件下等效应力-应变分布和载荷曲线。通过热模拟试验研究了In718合金不同条件下的真应力-应变曲线和微观组织。结果表明：镦粗变形分为三个变形区域，摩擦增加了变形的不均匀性和塑性变形抗力：高温锻造过程中，In718合金在基体边界上发生了动态再结晶，再结晶晶粒细小，动态再结晶进行程度随着工艺条件的不同而不同；In718合金比较合适的锻造温度为1010-1040℃之间，变形速率为0．05～0．5s^-1之间,最大变形程度可以达到70％以上。