应力对第3代单晶高温合金超高温蠕变断裂机制的影响

对第3代单晶高温合金DD33进行了1150℃,80~150 MPa的蠕变测试,借助SEM、EBSD、EDS和TEM研究了不同应力下蠕变断口形貌和截面损伤特征,分析了应力对蠕变断裂机制的影响。结果表明,不同应力条件下近断口铸孔普遍发生多面体化且沿端角开裂,与低应力条件相比,150 MPa下可观察到较多蠕变孔及其诱发的裂纹。80 MPa下,由于长时间暴露,样品表面产生较厚的氧化影响区,使有效应力提高了35 MPa;断口附近局部可见TCP相,并在其与γ′相界面产生较多孔洞和裂纹。随着应力进一步增加,深入基体的表层裂纹增多,更多碳化物开裂,但组织中未发现TCP相。因此,不同应力下合金的最终断裂除了与内部孔洞开裂、彼此联结直接相关外,还应考虑氧化影响区、深入基体内部的表层裂纹、TCP/γ′界面裂纹以及开裂碳化物的贡献。

利用引晶技术制备大尺寸镍基单晶涡轮导向叶片

采用引晶技术制备了大尺寸双联镍基单晶涡轮导向叶片。利用高速凝固法(high rate solidification,HRS)进行单晶叶片定向凝固,并对单晶叶片进行宏观腐蚀,揭示叶片单晶完整性。通过扫描电镜、电子背散射衍射(EBSD)技术及高温持久实验,评估单晶叶片实际性能。同时,利用有限元模拟软件ProCAST对单晶叶片的定向凝固过程进行数值模拟及分析。结果表明:采用引晶技术可有效避免杂晶缺陷的形成,并可成功制备单晶完整性良好的大尺寸双联涡轮导向叶片,但在Vane 1叶片主晶与引入晶体之间仍会形成角度分别为1.5°和2.7°小角度晶界(LABs)缺陷;LABs使得单晶叶片的高温持久性能虽稍有降低(寿命损失小于15%、断后伸长率损失小于7%),但仍可满足叶片的服役性能。根据ProCAST软件对大尺寸双联单晶导向叶片凝固过程的模拟结果得知,设置引晶结构后,叶片的原始凝固路径得到了优化,叶片前缘位置的过冷条件得到了改善,杂晶缺陷的形核概率得到了降低,有效避免了杂晶缺陷的形成。

第三代镍基单晶高温合金1000℃氧化行为研究

研究了镍基单晶高温合金DD33在1000℃下的等温氧化行为。通过扫描电子显微镜、能谱、X射线衍射仪和电子探针X射线显微分析仪等,对氧化膜的相组成、形貌及结构特点与元素分布进行表征分析,并绘制了氧化动力学曲线。结果表明:DD33在1000℃下为完全抗氧化级,其氧化动力学遵循幂函数规律。质量增长存在两个阶段,即质量快速增长以及稳态增长阶段。Al元素的选择性氧化对应着质量快速增加阶段,NiO的加厚以及尖晶石层的复杂氧化对应稳态增长阶段。最终的氧化膜分为三层,最外层为NiO,中间层为Cr、Ta、Ni、Co和Al的混合氧化物层,最里层为Al_(2)O_(3)层,在氧化层的下方还有一层贫Al的γ′贫化层。

Fe-Mn-Si的选择性氧化及耐蚀性的改善

一、前言 在0～98wt％的任何浓度的硫酸中,高Si铸铁均表现出了极其优异的耐蚀性,特别是在沸腾的浓H2SO4中,只有Ni3Si和金属Ta能与之相比,但Ni3Si成本较高,Ta更是昂贵,而高Si铸铁的成本则很低廉,因此高Si铸铁在工程上的推广和应用具有重大的经济意义。但是,以DO3结构的有序Fe3Si相为主的结构状态决定了高Si铸铁严重的脆性,以至它只能通过铸造和磨削成形,使用范围受到了极大的限制。因此,克服Fe3Si的脆性成为高Si铸铁推广应用的关键。研究发现,利用Mn与C的合金化,使合金形成以Fe3Si（β1）为基的β1+γ（奥氏体）双相组织,利用面心立方的奥氏体组织可使合金取得一定的塑性。但是,为了形成双相组织,必然使合金中的Si含量无法提高到14.25wt％以上,影响耐蚀性的提高。Mn的选择性氧化为此矛盾的解决提供了可能。本方应用金相-探针法研究了Fe-Mn-Si合金的氧化过程和表面层组织与成分的变化,及其对合金耐蚀性的影响。

空心叶片用陶瓷型芯

高效冷却空心叶片的发展对陶瓷型芯的制备技术与性能提出了更高要求。对陶瓷型芯的基体和辅助材料、陶瓷型芯的制备与性能要求、常用的陶瓷型芯及新开发的纳米复合陶瓷型芯进行了阐述。

Al_2O_3/SiO_2纳米复合陶瓷型芯材料的制备与性能

用粉体分散及热压注方法制备了Al2O3/SiO2纳米复合陶瓷型芯材料,研究了Al2O3/SiO2纳米复合陶芯材料的增强机理. SiO2纳米粉在Al2O3微粉基体中较均匀分布.不含纳米粉材料的断裂方式为典型的沿晶断裂,SiO2含量为3％和5％时,为沿晶/穿晶混合断裂;SiO2含量为7％时,以穿晶断裂为主.加入SiO2纳米粉后,复合材料的孔洞减少,致密度增加,致使烧结温度降低.含7％SiO2纳米粉的陶芯强度比不含纳米粉的提高了约4倍,其原因是纳米晶的析出和材料断裂方式的改变.

铸造工艺对一种铸造高温合金性能及其稳定性的影响

研究了铸造工艺对一种精铸Inconel718C改型合金凝固显微疏松形成倾向性、成分偏析、合金组织及性能稳定性的影响。研究结果表明,随凝固冷却速率的降低,显微疏松形成倾向性降低,合金持久寿命稳定性提高。但随凝固冷却速率降低,晶粒尺寸增大,平均持久寿命降低。与Inconel718 C合金相比,改型合金在更高的温度和应力水平下,表现出良好的拉伸性能和持久性能。

液态金属冷却法制备单晶铸件凝固过程的实验与模拟

利用高温度梯度定向凝固技术——液态金属冷却LMC(liquid metal cooling)技术制备了单晶铸件,采用ProCAST有限元模拟软件包计算了LMC定向凝固工艺下,不同抽拉速度单晶高温合金铸件定向凝固过程的温度场,预测了拉速对单晶生长缺陷的影响。结果表明,模拟结果与实验结果吻合良好,计算的温度曲线在1100℃以上与实测温度曲线相比误差小于5%;随着抽拉速度的增加,凝固界面下凹,曲率增加,铸件缘板处出现杂晶的倾向增大。

强化处理对Al_2O_3/SiO_2陶瓷型芯高温变形的影响

研究了强化处理对Al2 O3 /SiO2 纳米复合陶瓷型芯高温变形的影响规律 ,结果表明 :强化处理对Al2 O3 /SiO2 纳米复合陶瓷型芯高温变形的影响很大 ,15 5 0℃保温 1h的高温挠度由强化前的 7mm降至强化后的 1mm。强化剂的浓度对陶瓷型芯高温变形的影响不明显 ,强化次数对陶瓷型芯高温变形的影响相对较大。强化后的陶瓷型芯中出现了莫来石新生片状晶 ,减少了型芯的高温变形。

热处理工艺对Inconel718C改型合金组织和性能的影响

通过力学性能检测、X射线衍射、光学和扫描电镜观察,研究了热处理工艺对改型Inconel718C镍基高温合金微观组织、拉伸性能、持久性能以及蠕变行为的影响。结果表明,较高温度均匀化热处理可显著改善合金中元素的偏析,可消除合金中的Laves相。均匀化温度较低时残存少量Laves相,对合金强度无影响,但严重降低合金的塑性和700℃/620 MPa时的持久寿命。在中间热处理过程中,晶界δ相的析出显著降低合金的室温和700℃拉伸强度和塑性;δ相的析出增大了合金的稳态蠕变速率,加速了蠕变第三阶段的发生,这主要是由于在蠕变过程中δ相附近微孔聚集长大所致。

重型燃气轮机定向结晶叶片的材料与制造工艺

重型燃气轮机是我国能源发展战略中的关键装备。在高温和热腐蚀环境下工作的透平叶片,是重型燃机的核心热端部件。与航空发动机叶片比较,先进重型燃气轮机透平叶片,在高温热腐蚀环境下长期工作,而且叶片的尺寸较大,因此,对叶片使用的高温合金材料及其制造工艺均提出了特殊的要求。用于燃气轮机叶片的抗热腐蚀高温合金材料,经历了从多晶到定向和单晶的发展历程,其合金在设计中具有高Cr,高Ti,Al比等几个显著区别于航空发动机叶片材料的特征。兼顾高强度、优异抗热腐蚀性能及长期组织和性能稳定性的燃气轮机用铸造高温合金的研发,因此更具挑战。定向凝固是重型燃气轮机用大型定向结晶叶片制造工艺中最为关键的技术之一。介绍了先进定向凝固技术——高温度梯度液态金属冷却定向凝固技术的发展,对比了不同定向凝固工艺对高温合金典型组织及力学性能的影响,并简单介绍了我国近期在大型定向结晶叶片研制方面的进展。

熔体处理对一种Inconel 718C改型高温合金组织与性能的影响

在试验合金中,1600℃熔体处理对凝固后组织和性能产生显著影响。经1600℃熔体处理后,合金样品二次枝晶间距显著降低,元素偏析情况得到有效改善,凝固过程析出的TCP相数量明显减少,热处理后γ″析出相也更加细小均匀。熔体处理对合金室温和700℃拉伸强度影响不大,但却显著提高合金的拉伸塑性和700℃/620MPa持久性能。在1600℃熔体处理10min时,合金的综合力学性能最佳;延长熔体处理时间至15min时,合金力学性能呈下降趋势。

反向凝固高温轧制带坯及冷轧带的界面结合与力学性能

高温轧制带坯的研究了反向凝固高温轧制带坯的界面结合强度及横断面的硬度分布情况，并对反向凝固冷轧带的力学 性能进行了检验．结果表明：界面结合强度约在３８０—４９０ ＭＰａ之间；靠近界面处的凝固层的硬度远高于远离界面处的凝固层的 硬度，靠近界面处的母带的硬度低于远离界面处的母带的硬度；反向凝固带坯冷轧后的屈服强度和抗拉强度均高于母带和凝固层金 属，延伸率在两者之间．复合带的弯曲次数达到８５次，其界面结合非常牢固．

新型陶瓷过滤器过滤净化对K417返回料组织性能的影响

铸造镍基高温合金K417返回料采用新型过滤器进行过滤净化处理,经洁净度实验证明该过滤器与传统单纯泡沫陶瓷过滤网相比,过滤效率有较大提高。对过滤试样与未过滤试样的组织及力学性能检测对比,发现经过滤后的合金疏松明显减少、碳化物形态也由返回料的块状向新料的草书体状转变,合金高温塑性和高温持久性能有较大提升。

NiSO_4和Nacl含量对电镀Ni溶液分散能力和Ni沉积层的影响

通过测量极化和分散能力,对以Watts型电镀Ni溶液为基础的几种溶液进行了研究,考察了NiSO_4和NaCl含量的影响,并采用SEM和XRD方法对Ni沉积层形貌及其结晶择优取向进行了分折.结果表明,综合考虑电导率和极化度的乘积,是显著提升溶液分散能力的重要途径;电沉积Ni镀层表面形貌主要受控于溶液中阴离子种类和数量,其晶粒尺寸和择优取向受控于过电位.

电沉积泡沫镍的DTR控制研究

研究电解液的组成和电沉积过程对电流密度的影响,指出决定厚尺度泡沫镍沉积厚度比(DTR)的决定因素是电流密度的控制,而电解液的电导率及主盐浓度也有重要影响。

熔炼次数对M17返回料合金成分、组织和性能的影响

实验结果表明,M17铸造高温合金(%:0.16C、8.79Cr、5.79A1、4.93Ti、3.29Mo、15.20Co、0.78V、0.015B、0.073Zr、0.002S、0.001P、0.001 1O、0.001 0N)经25 kg真空感应炉返回重熔后,Si含量随重熔次数的增加而略有增加,合金中主要元素和其它杂质元素S、P、H的含量变化不大,而氧、氮略有增加;合金中初生碳化物由新合金中的草书体逐渐向返回合金块状转变,初生碳化物的遗传性堵塞合金凝固时的补缩通道,使返回料合金的疏松倾向增大,高温塑性下降较大。

改型K417L镍基高温合金的热疲劳行为

利用开有V形缺口的平板试样,研究了两种不同成分的改型K417L镍基铸造高温合金在最高温度为1 100℃,最低温度为室温的热循环下的热疲劳行为.通过光学显微镜和扫描电镜观察合金的组织和热疲劳裂纹形貌,研究热疲劳损伤机制.结果表明:晶界及显微组织的差异是造成改型合金热疲劳性能劣于原K417L合金的主要原因;改型合金的热疲劳主裂纹主要从V形缺口处萌生,主裂纹和二次裂纹都沿晶界扩展,裂纹沿着或穿过MC碳化物,高温氧化是影响裂纹生长的主要因素.