Effect of Cooling Rates on Solidification Microstructures and Tensile Property of a Novel Wrought Superalloy

The effects of cooling rates on solidification behaviors,segregation characteristics and tensile property of GH4151 alloy were investigated using microstructure characterization and tensile test.Firstly,a relationship between the secondary dendrite arm spacing and cooling rate was determined and it was confirmed to be valid.Secondly,it can be found from microstructure observations that the morphology of(Nb,Ti)C carbides transits from blocky and script type to fine script type and spotty type,and the refinedγ'phase was observed due to decrease of segregation with increasing cooling rates.Thirdly,the solidification microstructures of the industrial-scale samples were analyzed.The morphology ofηphase changes from indistinguishable shape,fine needle-like shape to large block-like shape with increasing ingot diameter.As a result,the mechanical properties of alloy decrease due to increase of brittle precipitations.The experimental results show that the precipitation behavior of GH4151 is affected by segregation degree of elements,and the segregation degree is determined by solute distribution process and solid back-diffusion process.

DD5与GH3039高温合金钎焊接头的微观组织与力学性能研究

采用Co50NiCrWB钎料在1160℃/15 min条件下进行了熔化润湿试验,并钎焊得到DD5与GH3039异质高温合金接头,分析了接头的显微组织和力学性能。试验结果表明,Co50NiCrWB钎料在DD5和GH3039高温合金表面的润湿性能良好,接头包括钎料反应区与扩散影响区,反应区主要物相为溶有Cr的Ni–Co基固溶体、富Cr硼化物相和富Co、Cr、W、Re的硼化物相。钎焊接头在900℃的拉伸性能平均值达到193 MPa,900℃/40 MPa下的接头持久寿命最高达到221 h。拉伸试样断口观察表明断裂发生在钎料反应区,呈脆性断裂特征。

GH3536蜂窝钎焊界面组织与性能

针对GH3536高温合金开展研究,以提供一种用于小芯格且薄壁的高温合金蜂窝的高强度钎焊工艺。采用芯格内切圆直径为0.8 mm、蜂窝壁厚为0.05 mm的GH3536蜂窝,使用BNi2粘带钎料,优化了钎料用量、分析了不同钎料用量对应钎焊蜂窝界面组织形貌,并测试了GH3536蜂窝元件的拉伸性能、压缩性能及弯曲强度,评价GH3536蜂窝元件的基础力学性能。结果表明,所获得蜂窝结构焊合率达到99.5%;钎焊蜂窝界面晶粒细小、组织均匀、无钎缝溶蚀;GH3536蜂窝元件具有优异强韧性、平面抗拉强度达到50 MPa。

变形高温合金纯净熔炼设备及工艺研究进展

本文试图对国内外近年来变形高温合金纯净设备及其熔炼技术的发展情况进行综述。文章总结了变形高温合金中夹杂物的分类方法,调研了国内外变形高温合金熔炼设备生产厂家,分析了真空感应熔炼炉、电渣炉、真空自耗炉的设备特点与技术,归纳了国内外变形高温合金真空感应熔炼、真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔、真空感应熔炼+真空自耗重熔、真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔+真空自耗重熔四类工艺的研究进展。最后提出了提升我国变形高温合金冶金质量与性能的一些建议。

三联熔炼GH4169合金大规格铸锭与棒材元素偏析行为

采用真空感应熔炼+保护气氛电渣重熔+真空自耗重熔三联熔炼方法制备大规格GH4169合金铸锭,利用SEM、TEM、EPMA和EDS分析了大规格GH4169高温合金自耗锭(直径508 mm)与棒材(直径240 mm)不同部位的典型元素含量和析出相特征。结果表明:大规格铸锭中Al元素偏析程度较轻,而Nb、Ti和Mo元素偏析较重,枝晶间凝固时析出较多的MC相、Laves相和δ相等。经过两阶段高温均匀化处理和开坯锻造后,GH4169棒材内无"黑斑"、"白斑"等宏观偏析,元素微观偏析也被基本消除。结合计算仿真,进一步对比分析了三联熔炼GH4169与Inconel 718合金棒材的化学成分均匀性,发现国产GH4169存在元素的区域偏析,其棒材的典型元素样本方差值(能够体现区域元素偏析程度)与Inconel 718棒材相比存在差距。这种区域元素偏析对国产三联熔炼GH4169棒材的力学性能(如硬度等)波动性造成一定程度的影响。通过精细控制熔炼过程参数,优化均匀化热处理和锻造工艺,有助于进一步降低GH4169合金大规格棒材的区域元素偏析。

850℃涡轮盘用新型变形高温合金GH4975挤压棒材热变形规律研究

采用真空感应熔炼+真空自耗重熔工艺制备铸锭,通过挤压开坯方法制备出了GH4975合金细晶棒材。利用Gleeble 1500热模拟试验机研究了GH4975合金在变形温度为1070~1220℃、应变速率为0.001~1 s-1条件下的热变形行为。结果表明,GH4975合金的应力-应变曲线具有典型的动态再结晶特征,存在应变硬化、流变软化和稳态流变3个阶段。基于GH4975合金挤压棒材的应力-应变曲线,建立了热变形参数本构方程,其热变形激活能(Q)为664587 J/mol;根据动态材料模型,构建了合金挤压棒材的热加工图,结合微观组织分析,确定了合金合适的热加工工艺范围。GH4975合金在1100~1130℃温度条件下易发生动态再结晶,其再结晶机制为应变诱导晶界形核。

厚度和晶粒尺寸对高温合金带材起皱性能的影响

起皱失稳是金属薄板塑性成形过程中影响零件成形质量和尺寸精度的主要缺陷之一,而薄板厚度和微观组织对起皱行为的影响规律尚不明确。以不同厚度(0.2~0.25 mm)与晶粒尺寸(7.12~88.39μm)的GH4169合金带材为研究对象,开展方板对角拉伸试验,通过对比试验和模拟的载荷位移曲线验证了数值模拟的有效性。基于能量法和数值模拟相结合的方法建立了GH4169带材的起皱极限曲线。结果表明,随着带材厚度方向上晶粒数的减少,GH4169带材起皱极限曲线斜率绝对值下降,更易发生起皱现象。高温合金带材起皱的尺度依赖性是由于厚度方向晶粒数减少,不同晶粒间各向异性增强,材料变形协调能力变弱,抗皱能力变差。

新型第三代粉末高温合金FGH100L的显微组织与力学性能

采用喷射成形(SF)+热等静压(HIP)+等温锻造(IF)+热处理(HT)工艺制备第三代粉末高温合金FGH100L。研究固溶热处理温度和制备工艺对FGH100L合金的显微组织与力学性能的影响。结果表明,SF+HIP+IF态FGH100L合金显微组织对固溶温度的变化非常敏感,随固溶温度的升高(1110~1170℃),合金的晶粒尺寸长大,γ’强化相的尺寸先增加后减小,其硬度、室温/高温拉伸强度和塑性均呈先增大后减小的趋势。在固溶温度为1130℃时,FGH100L合金中3种尺寸的γ’相的数量平衡匹配较为合理,合金的显微组织特征最佳,合金的硬度和室温/高温拉伸性能均最高。且该温度下,FGH100L合金经SF、SF+HIP+HT和SF+HIP+IF+HT不同工艺处理后,晶粒尺寸先增大后减小;晶粒形貌发生了近球形-多边形-近球形的转变;SF+HIP+HT态合金晶粒尺寸增大,晶界弯曲程度较低。由于SF+HIP+IF+HT工艺使FGH100L合金发生再结晶,细化了晶粒,出现链状组织,形成弯曲晶界,合金具有更高的屈服强度;在SF+HIP+HT和SF+HIP+IF+HT工艺下合金的室温拉伸断口从沿晶脆性断裂转变为穿晶-沿晶混合断裂,高温拉伸断口为沿晶断裂。

高温合金超薄带材屈服轨迹的晶粒尺度依赖性研究

为了研究高温合金超薄带材屈服轨迹的晶粒尺度依赖性,通过单向拉伸试验和不同加载比例的双向拉伸试验获得了不同厚度和晶粒尺寸的高温合金超薄带材的实验屈服轨迹。结果表明,随着高温合金带材晶粒尺寸的增大,屈服轨迹整体向内收缩,且形状由椭圆形向方形转变,证明了高温合金带材屈服轨迹存在晶粒尺度依赖性。同时,评估了4种典型宏观屈服准则Mises、Hill48、Barlat89和Yld2000-2d预测不同厚度与晶粒尺寸高温合金带材屈服轨迹的能力,发现Yld2000-2d屈服准则预测精度最高,可以较为精确地描述不同厚度与晶粒尺寸高温合金超薄带材的屈服行为。