基于过渡层的TiAl/GH3030异质高温合金激光焊接头组织与性能研究

以0.26 mm V+0.2 mm Cu复合薄片作为过渡层,采用激光焊方法连接TiAl/GH3030异质高温合金,对接头的宏观和微观组织的形貌、物相、力学性能及断口进行分析。结果表明:添加过渡层可实现TiAl/GH3030异质高温合金的良好连接,焊缝成形后外观良好。焊缝区主要形成了白色(V,Cr)固溶体相、灰色等轴片层状AlNi 2Ti/(V,Cr)共晶组织、黄色晶间块状相Ni基固溶体(Ni,Cu)、浅黄色晶间相Cu基固溶体(Cu,Ni)。GH3030合金侧界面区未形成金属间化合物层,而TiAl合金侧形成了由AlCuTi和AlCu 2Ti构成的金属间化合物层,且界面层存在微裂纹缺陷。接头的平均抗拉强度为202 MPa,接头断裂于TiAl合金侧,AlCuTi和AlCu_(2)Ti金属间化合物相是导致接头脆化、力学性能降低的主要原因。

GH3030高温合金壁厚渐变锥形回转件强力旋压成形仿真及机理分析

为了有效控制壁厚渐变锥形旋压件的变形,实现该类钣金机匣零件的精确成形,通过实验方法建立了GH3030高温合金常温下真应力-真应变曲线方程。在此基础上,建立了GH3030高温合金壁厚渐变锥形回转件强力旋压有限元模型,采用有限元模拟和实验相结合的研究方法,对其强力旋压成形进行仿真,详细分析成形中的等效应力场、应变场的分布特征,获得其分布规律,阐明了GH3030高温合金壁厚渐变锥形回转件强力旋压成形机理;并通过锥筒凸缘平面度实验测试对仿真结果进行了验证。研究结果为控制壁厚渐变锥形回转件成形质量提供理论依据。

GH3030合金NiCrAlYSi涂层的高温防护性能

采用等离子喷涂法制备的航空发动机涡轮部件不能满足抗高温和热腐蚀需求。采用真空电弧离子镀技术(AIP)在GH3030镍基高温合金上制备170～180μm厚的NiCrAlYSi涂层,研究了该涂层700℃下的高温氧化行为和760℃下的燃气热腐蚀行为。结果表明:经过长时间的氧化,NiCrAlYSi涂层表面形成了以Al2O3,Cr2O3为主的氧化膜,提高了其抗高温氧化性能;经过760℃,100h燃气腐蚀试验后,NiCrAlYSi涂层主要由Ni3Al和α-Cr相组成,NiCrAlYSi涂层明显改善了GH3030合金的抗低温热腐蚀性能。

不同应变比下GH3030合金的高温低周疲劳行为

对镍基高温合金GH3030在600℃进行了总应变控制的低周疲劳(LCF)试验,对不同应变比(-1和0.1)下的应力-应变滞后回线、循环应力响应、应变寿命关系及低周疲劳断口形貌进行了研究。结果表明:在高应变水平时,试验合金表现为明显的循环硬化现象,在低应变水平下,则表现先软化后硬化的现象;在不同的应变比下,应力-应变滞后回线的形状比较接近,同一应变水平下疲劳寿命差别不明显,疲劳断口裂纹扩展区均可见轮胎花样特征。

GH3030高温合金焊接工艺性分析及评定

通过对GH3030高温合金的焊接性分析,结合大量的试验,最终选用合适的焊接方法、焊接材料、检测手段及焊接过程的控制,制定适宜的焊接工艺,确保了产品焊接接头各项性能指标符合GB50236-98焊接工艺评定标准。

循环深冷-热处理对镍基高温合金GH3030力学性能和组织的影响

将循环深冷-热处理工艺引入到GH3030高温合金中,研究了深冷处理次数对GH3030力学性能的影响。研究发现,通过多次深冷-热循环处理工艺处理与经过单次深冷处理相比,GH3030的硬度值随着深冷-热处理循环次数的增加而逐步变大并最终趋于稳定,该硬度值比单次深冷处理的稳定硬度提高30.06%,比原材料的硬度提高14.59%,而对材料的抗拉强度几乎没有影响。

深冷处理对镍基高温合金GH3030力学性能和组织的影响

研究了深冷处理对GH3030硬度、强度和显微组织的影响。研究发现,10 h的深冷处理使该材料的显微硬度提高20.54%。继续延长深冷处理时间,材料的显微硬度下降,到100 h时,材料的显微硬度下降13.51%。深冷处理对材料的抗拉强度变化影响不明显。

GH3030合金在不同应变比下的疲劳行为及计算机辅助分析

研究了GH3030合金在0.1和-1.0应变比下的高温低周疲劳行为。结果表明,应变高时会有循环硬化出现,应变低时会先软化后硬化。两种应变比下有比较接近的应变滞后回线,并且高温低周疲劳寿命差别也不明显。不论应变比是多少,都有轮胎花样出现。

Ni_3Al基合金IC6与变形合金GH3030间真空钎焊接头的组织与力学性能

将两种Ni基钎料ВПР24和GHL-6-2用于IC6合金与变形高温合金GH3030之间的真空钎焊,分析接头钎缝和近缝区母材的微观组织,测试接头的900℃高温持久寿命,并对断口纵剖面微观组织进行分析。结果表明:ВПР24对近缝区母材组织没有明显的影响;GHL-6-2中降熔元素B含量较高,导致钎缝两侧近缝区母材析出大量针状硼化物相,严重影响了接头组织及性能,其900℃、22 MPa持久寿命仅73 h;而使用ВПР24的接头的900℃、22 MPa持久寿命为361 h,并最终断于母材GH3030,可见,使用ВПР24的接头钎缝处的持久性能比GH3030基体合金的更好。

GH3030合金高温应变疲劳行为分析

对GH3030合金在600、700和800℃,应变比R=-1时的应变疲劳行为进行研究。分析了GH3030合金循环应力-应变响应关系,运用Manson-Coffin模型和含有疲劳极限的应变疲劳公式拟合了其应变-寿命关系曲线,并通过残差分析对两式的拟合效果做出比较评价。结果表明,合金在800℃时疲劳寿命相对于其他两个温度明显降低。

微量元素Al及热处理工艺对GH3030高温合金性能的影响

研究了微量合金元素Al、固溶温度和固溶时间对GH3030高温合金室温综合力学性能的影响,结果表明,微量Al的添加极大地提高了合金的室温拉伸性能,但其添加量必须适中;当Al含量为0.15%时,合金可获得较好的综合性能。合金的综合力学性能对固溶温度和固溶时间较为敏感,最佳的固溶温度和固溶时间相应为1010℃和10min。

强烈淬火-深冷联合处理对GH3030力学性能的影响

将GH3030加热到800℃,然后直接置于液氮中,并在液氮中保持5h,形成强烈淬火-深冷联合处理新工艺,单步实现大温度梯度急速淬火和深冷作用的双重效果。结果表明,强烈淬火-深冷联合处理工艺,不仅避免了普通强烈淬火容易诱发表面裂纹的缺陷,而且使得GH3030在5小时内获得显微硬度高达224HV,而经过普通深冷处理工艺处理的该材料显微硬度为202 HV,同时,材料的抗拉强度也从原始的766.05MPa提高到了790.48MPa。

脉冲电流处理对冷轧态GH3030合金低ΣCSL晶界演变及耐腐蚀性能的影响

采用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了脉冲电流处理(EPT)对GH3030合金低ΣCSL晶界的影响,分析了合金低ΣCSL晶界在脉冲电流处理下的生长机制,采用电化学腐蚀实验研究了脉冲电流处理对GH3030合金耐腐蚀性能的影响,分析了低ΣCSL晶界与合金耐腐蚀性的内在联系。同时与经常规退火处理的合金作对比。结果表明:经不同工艺的脉冲电流处理后,合金中Σ3^(n)(n=1,2,3)晶界比例总体上随热处理温度的升高及热处理时间的增加而提高,合金的耐晶间腐蚀性能也随之增强。与常规退火处理相比,脉冲电流处理可以在较短时间内显著提高合金中Σ3^(n)(n=1,2,3)晶界的比例。经850℃脉冲电流处理30 min后冷轧态GH3030合金的Σ3^(n)(n=1,2,3)晶界比例最高,耐腐蚀性能最好。

GH3030合金电渣重熔Al、Ti成分控制分析

对GH3030合金电渣重熔成(?)55 0mm钢锭,第1批试制生产电渣锭烧Ti增Al的主要原因进行了分析讨论,得出：在电渣重熔初期,渣中TiO_2含量很低,而Al_2O_3含量很高,为保持平衡常数KT为一定值,化学反应：3 [Ti]+2(Al_2O_3)□4[Al]+3(TiO_2)向右进行,在钢锭下部[Ti]把渣中(Al_2O_3)的(Al^(3+))还原成[Al]而进入钢中,使钢锭大头端Al成分不合格,为此采取向渣中加入一定量的TiO_2粉,能使钢锭Al、Ti成分得到有效控制。

真空感应炉冶炼GH3030氧、氮含量控制工艺

试验研究了80kg真空感应炉冶炼GH3030氧、氮含量控制工艺。本文设计了三种不同的冶炼方案,研究了精炼参数、脱氧剂碳、返回料的种类及其添加比例等因素对GH3030液中氧、氮含量的影响。结果表明,将0.08%(质量分数)脱氧剂碳和3kg返回料随原料加入炉内,熔化后在精炼真空度为30Pa、精炼温度为1510℃下精炼15分钟,GH3030液中氧可控制到16ppm,氮可控制到7ppm;锯屑对GH3030液中氧、氮含量的不利影响要大于刨屑及冒口。

GH3030钎焊管接头裂纹分析

在试验过程中有2个构件钎焊管在焊接接头处发生泄漏,试验温度约400℃,钎焊管在正常工况下受交变应力。通过外观观察、裂纹宏微观观察、断口观察、能谱分析、金相检查、硬度检测等方法,对构件的失效原因进行综合分析。结果表明:构件钎焊管由于焊接过热导致沿晶裂纹的产生与2个焊接位置相距较近有关,焊接时存在互相影响,且存在焊接温度控制不当的情况。建议严格控制焊接过程,并对构件的焊接结构进行改进。

1Cr18Ni9Ti与GH3030的高温钎焊研究

分析了BNi-2钎料及其与ICr18Ni9Ti和GH3030钎焊的金相组织、性能,研究了钎焊参数及间隙对钎焊质量的影响,成功地解决了材料ICr18Ni9Ti和GH3030薄壁管形零件(壁厚为0.15mm)钎焊的钎透率与熔蚀性问题。

GH3030高温合金

GH3030合金是早期发展的80Ni-20Cr固溶强化型高温合金,化学成份简单,电弧炉熔炼或电弧炉熔炼加电渣重熔或真空电弧重熔,非真空感应炉加电渣熔或真空电弧炉重熔或真空双联工艺。在800℃以下具有满意的热强性和高的塑性,并具有良好的抗氧化、热疲劳、冷冲压和焊接工艺性能。合金经固溶处理后为单相奥氏体,使用过程中组织稳定。