表面再结晶对DZ406定向凝固镍基高温合金力学性能的影响

研究了喷砂后DZ406高温合金在热处理过程中的组织变化及其对力学性能的影响。结果表明,喷砂后合金在热处理过程中产生了表面再结晶。经固溶处理后,合金试样表面再结晶深度达到5μm,时效处理后,再结晶深度进一步加深至20μm。表面再结晶导致DZ406高温合金在870℃的高温拉伸性能明显下降;再结晶厚度在持久过程中进一步增加,导致DZ406高温合金在980℃/275MPa条件下的持久性能大幅降低。

喷砂处理对定向凝固镍基高温合金DZ406组织及持久性能的影响

对定向凝固镍基高温合金DZ406分别进行强度为0.3MPa、0.5MPa的1min表面喷砂,研究喷砂对合金组织及980℃/275MPa持久性能的影响。结果表明,不同强度喷砂处理后的合金表面均存在变形层。喷砂明显降低DZ406合金980℃/275MPa的持久性能,且随喷砂强度的增加而进一步下降。喷砂后的合金在随后的热处理及持久过程中产生了再结晶层,再结晶晶粒均为等轴状,且厚度随喷砂强度的增大而增加。喷砂导致合金产生的再结晶横向晶界在持久过程中成为裂纹萌生区,是造成DZ406合金持久性能降低的主要原因。

DZ125定向凝固高温合金的研究

研究了可用作先进航空发动机定向薄壁空心叶片的 DZ1 2 5合金 ,该合金具有高的综合性能 ,其力学性能水平高于国内外广泛应用的同类商用典型定向合金 ,同时具有良好的定向铸造工艺性能和高的薄壁力学性能。合金已用于铸造某航空发动机的具有复杂内腔的薄壁定向叶片 ,并已通过台架试车 ,投入小批量生产。

DZ125高温合金定向凝固微观组织的CA法模拟

采用伪二元相图法对DZ125多元合金进行了简化,并用二维Cellular Automaton(CA)法模拟了合金定向凝固微观组织.通过采用不均匀连续形核模型,在考虑到枝晶生长动力学的基础上,模拟了不同抽拉速度下合金定向凝固组织形貌、枝晶界面形态以及一次枝晶间距的变化,说明树枝晶竞争生长中存在"分枝"与"淹没"的机制;并且随凝固速率的增加,合金凝固组织从分枝较少的胞状树枝晶向分枝发达的树枝晶转变.模拟的一次枝晶间距从凝固速率为50μm/s时的132μm减少到凝固速率为500μm/s时的69μm.模拟结果与实验结果吻合较好.

DZ125高温合金熔体超温处理定向凝固组织的演化规律

在保持凝固界面温度梯度恒定的条件下,研究了DZ125高温合金熔体超温处理定向凝固组织的演化规律。实验结果表明,熔体超温处理对DZ125合金的定向凝固组织有着显著的影响。一次枝晶间距和二次枝晶间距均随着熔体超温处理温度的升高,呈现出先减小后增大的变化规律,并在超温处理温度为1 650℃处出现最小值。合适的熔体超温处理可以起到与提高凝固速率相同的作用,有效细化合金凝固组织,从而有利于降低合金元素偏析程度,减少甚至消除凝固缺陷,缩短热处理均匀化时间,提高合金的力学性能。

定向凝固钴基高温合金DZ40M的热处理研究

研究了热处理对新研制的定向凝固钴基高温合金DZ40M组织和性能的影响。结果表明 :12 80℃ / 4h固溶处理可完全溶解DZ40M合金中初生碳化物M7C3 和MC ,合金成为单相固溶体。95 0℃和 10 5 0℃时效处理可使DZ40M合金发生硬化 ,以 95 0℃时效硬化效果更为明显 ,相应的峰时效制度为 95 0℃ / 12h和 10 5 0℃ / 2 4h。时效处理引起M2 3 C6沉淀析出。 95 0℃ / 12h时效显著提高DZ40M合金室温强度和高温持久寿命 ,同时也减少了合金塑性 ,但合金仍保持一定的塑性。 10 5 0℃ / 2 4h虽然能增加室温拉伸性能 。

DZ4定向凝固合金的抗高温氧化行为研究

为了满足航空发动机热端关键零部件的高温使用性能,依据GB/T13303-91和HB5258-2000标准,对DZ4定向凝固合金进行了1 100℃、300 h高温氧化性能试验,对试验数据进行了分析,绘制了氧化动力学曲线.用MX2600FE型扫描电镜及能谱仪对其表面形貌、截面组织形态、相组成等进行了观察与测量.实验结果表明:DZ4定向高温合金在1 100℃、300 h氧化过程中,氧化膜组成主要为NiO、α-Al2O3Ni(Cr,Al)2O4,氧化膜是连续完整和致密的,在氧化的后期,氧化膜表层有轻微的剥落,且未观察到氧化膜内侧发生内氧化.其氧化动力学曲线符合抛物线规律,其氧化速率K<0.1,氧化性能评定属于完全抗氧化.

DZ22B高温合金定向叶片粘砂形成机制与抑制措施

采用SEM、EDS等分析手段研究DZ22B合金定向叶片粘砂层的微观形貌与化学组成。结果表明:合金熔体渗入型壳面层孔隙中,包覆部分陶瓷颗粒形成金属-陶瓷状粘砂缺陷;粘砂层主要成分为Al2O3,并含有Cr2O3和HfO2这两种合金熔体与电熔刚玉陶瓷型壳的高温界面反应产物;DZ22B合金定向叶片表面粘砂缺陷的形成机制是以热机械渗透粘砂机制为主;向型壳面层浆料中加入一定量的粘砂抑制剂,可显著改善电熔刚玉型壳面层抗合金熔体渗透性能,经浇注验证,叶片表面光洁无粘砂,呈现出明显的金属光泽。

DZ125高温合金定向凝固中的枝晶竞争生长及溶质分布模拟

采用元胞自动机法与有限差分(CA-FD)耦合计算,模拟了恒温度梯度定向凝固下DZ125高温合金枝晶竞争生长过程以及溶质分布。结果表明,模型能够动态演示DZ125高温合金微观组织演化的细节。在抽拉速度为10μm/s时,糊状区枝晶干中心从枝晶底部到尖端存在1%/mm的溶质梯度,其界面前沿液相溶质浓度从44.16%衰减为合金原始溶质浓度38.68%;而在抽拉速度为100μm/s时,糊状区枝晶干中心从枝晶底部到尖端溶质梯度很小,其界面处的液相溶质浓度为51.54%,比10μm/s时的值大。在抽拉速度为100μm/s时定向凝固枝晶间液相溶质浓度从底部到顶部逐渐减小,减小的幅度为20%/mm,其值与理论计算结果基本符合。

长期时效对定向凝固高温合金DZ8组织与性能的影响

研究了定向凝固高温合金DZ8长期时效后的显微组织和力学性能的变化规律。研究结果表明,合金经900℃长期时效,时效至500h,γ′相由立方形开始向圆形转变;时效至1000h,γ′相则基本上呈圆形,γ′相尺寸稍有长大;随着时效时间的延长,γ′相尺寸逐渐变大,时效至3000h,γ′相大小接近1μm;合金经3000h长期时效后没有出现脆性的TCP相,该合金具有良好的组织稳定性。随着时效时间的增加,室温σb和σ0.2均呈下降趋势,拉伸塑性变化则相反;760℃和980℃持久寿命,时效100h时达到峰值,时效100h后,随着时效时间的延长呈下降趋势。

第二代定向高温合金DZ6热处理研究

为了获得平衡的横纵向性能,二代定向合金DZ6的热处理工艺包括预处理、固溶和三级时效。1120℃的高温时效处理提高了DZ6合金的纵、横向持久寿命;同时,1120℃时效后的缓冷处理,使横向870℃/448MPa持久寿命由未经缓冷处理的36h增加至244h,延伸率由0.6%提高至4.5%;中温870℃/16h时效处理使合金纵向760℃/780MPa持久寿命比900℃/4h时效处理时提高一倍。热处理后γ′呈规则立方状,合金的晶界由γ′和析出的块状MC组成。以高温时效结合缓冷处理为特点的热处理制度,不但使DZ6合金的纵向持久寿命比铸态时提高一倍,而且还获得了良好的横向性能。

一种性能优异的低成本定向凝固镍基高温合金DZ417G

一种新的定向凝固镍基高温合金DZ417G已被研制成功,它不含有稀缺昂贵的金属元素W,Nb,Ta,Hf等元素,具有密度小、成本低的特点.简要地介绍这一合金的研究结果,包括化学成分的确定,定向凝固工艺和热处理制度的选定,所测试的各种力学性能;涉及不同温度的瞬时拉伸性能,冲击韧性,持久、蠕变性能及其机理,高、低周疲劳和冷热疲劳性能,疲劳裂纹扩展速率,长期时效后组织和力学性能的变化以及抗氧化性能和物理性能.结果表明,DZ417G合金是一种综合性能优异的定向凝固镍基高温合金,很多性能指标优于DZ4合金,与DZ22和DS CM247LC合金相当。可用作先进航空发动机低压涡轮叶片等零件.

型壳温度对DZ22B合金叶片枝晶组织的影响

以DZ22B镍基高温合金叶片为研究对象,采用ProCAST数值模拟及试验相结合的方法对不同型壳保温温度下铸造叶片定向凝固过程中的温度场、热裂倾向及组织进行研究。结果表明:随着型壳保温温度的增加,等温线整体呈下凹趋势,处于1 540℃温度下的糊状区下凹程度明显大于其他温度,且叶片HTI结果有所增加,容易产生热裂的区域集中在叶身上部,排气边位置容易产生热裂的区域比进气边更大;相同高度位置下的叶片排气边枝晶间距均小于进气边枝晶间距;随型壳保温温度升高,一次枝晶间距和二次枝晶间距均降低,对比模拟结果与试验统计得出的一次枝晶间距和二次枝晶间距,得出一致结论,模拟与试验吻合较好。

抽拉速率对定向凝固高温合金DZ445微观组织和力学性能的影响

研究不同抽拉速率(4,5,7,9,10 mm/min)对定向凝固DZ445高温合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:随着抽拉速率由4 mm/min增加到10 mm/min,一次枝晶臂间距λ1和二次枝晶臂间距λ2逐渐减小,枝晶组织逐渐细化;枝晶干和枝晶间γ′相尺寸也逐渐减小,枝晶间γ′相的尺寸比枝晶干γ′相的大,这种差别随着凝固速率的增加而减小;合金元素的偏析随凝固速率的增大越来越严重;除抽拉速率为4 mm/min外,抽拉速率对DZ445合金室温拉伸性能影响不大;当抽拉速率太高或者太低时,合金650℃拉伸伸长率均明显降低;抽拉速率对合金的持久性能影响明显;当抽拉速率为7 mm/min时,合金的拉伸性能、持久性能和微观组织达到综合平衡,为最佳抽拉速率;DZ445定向柱晶合金比同成分K445等轴晶合金具有更好的室温和高温拉伸性能及持久性能。

抽拉速率对连续定向凝固DZ22高温合金组织和性能的影响

采用下引式连续定向凝固装置研究了抽拉速率对DZ22高温合金连续定向凝固组织和性能的影响。结果表明:随着抽拉速率从3 mm/min增加到9 mm/min,一次枝晶间距从199μm减小到141μm,二次枝晶间距从43μm减小到32μm;合金中主要元素的微观偏析程度均减轻;碳化物呈颗粒状弥散分布,其面积分数从1.2%降低到0.8%;枝晶干处γ′析出相平均尺寸从387 nm减小到199 nm,枝晶间处γ′析出相的平均尺寸从367 nm减小到302 nm;枝晶干硬度从418 HV0.5升高至428 HV0.5,枝晶间硬度从426 HV0.5升高至451 HV0.5。

定向凝固镍基DZ792及DZ792G合金的高温热腐蚀行为

采用涂盐法研究了DZ792与DZ792G合金涂覆75％Na2SO4＋25％NaCl混合盐后在900℃下的热腐蚀行为与机理．结果表明，900℃涂盐腐蚀条件下DZ792与DZ792G合金的热腐蚀机制为“酸／碱盐溶一内硫化氧化”．DZ792G合金在热腐蚀70～150h，腐蚀机制由碱性盐溶机制转化为酸性盐溶机制，最终导致灾难性腐蚀．DZ792G合金因具有较高的Ti含量，合金表面氧化膜的外侧形成富Ti氧化物层，TiO2与熔盐反应消耗其中的O。，促进热腐蚀由碱性向酸性盐溶机制转变．而DZ792合金Ti含量较低，TiO2层在氧化膜内侧形成，外侧少量Ti氧化物形成稳定的NiTiO3尖晶石层．DZ792合金氧化膜外侧的富Cr2O3层与熔盐直接反应，抑制了热腐蚀反应，因而具有优异的抗热腐蚀能力．

低塑性加工对定向凝固镍基合金DZ125高温氧化性能的影响

本工作在常温下对定向凝固镍基高温合金DZ125进行表面低塑性加工(熨压),并研究其高温抗氧化性能。通过微观组织分析发现,DZ125经过低塑性加工后,表面层微观组织由原始柱状晶转变为纳米晶,平均晶粒尺寸约10 nm。研究DZ125在950℃时的恒温氧化性能发现,低塑性加工样品表面氧化物主要为氧化铝(Al2O3)。高温下Al2O3稳定性优于氧化铬(Cr2O3),对材料的高温抗氧化性能产生正面效应,获得的氧化膜相对致密且均匀,氧化动力学曲线呈现抛物线规律。通过EDS分析试样横截面,固溶态及低塑性加工态的DZ125出现了不同程度的内氧化,低塑性加工状态下,氧化层较厚且明显。

DZ22B高温合金定向凝固叶片铸造缺陷的形成机理研究

采用SEM、EDS等分析手段研究了DZ22B镍基高温合金定向凝固涡轮叶片不同区域铸造缺陷的特点及其形成原因。结果表明,裂纹缺陷主要分布在叶身的中上部位,其形成机理主要归因于叶片在凝固过程中的共晶组织过多;而疏松缺陷分布在叶身和缘板部位,产生在枝晶间共晶组织附近。枝晶间距小补缩不足和反应生成的CO气体未及时排除是疏松形成的两大原因。

高强度定向凝固高温合金DZ22的研究和应用

DZ22合金具有较高的中、高温性能,与国外著名的定向合金PWA 1422相当。它的成分以PWA 1422为基础,通过试验确定了更合适的Hf、C和Zr含量范围。现行的母合金熔炼工艺和铸件定向工艺是可靠的、稳定的。经过专门处理的返回料可以应用。在定向凝固过程中的铸型移动速度对零件的结晶取向和组织有较大影响。提高固溶热处理温度对高温纵向持久寿命和中温横向持久寿命有相反的作用。批生产实践证明:DZ22合金不仅具有较高的力学性能,而且具有良好的铸造、焊接和磨削加工性能,是制造先进航空发动机和地面燃气涡轮用的带有复杂薄壁内冷通道的涡轮叶片的理想材料。

循环热处理对定向凝固DZ417G高温合金组织和力学性能的影响

研究了镍基定向凝固高温合金DZ417G经多次循环热处理后的微观组织、力学性能和断裂方式的变化规律.随着循环热处理次数的增加,基体上较大的γ'强化相的数量降低,弥散的γ'相间距减小,合金室温硬度随之提高,900℃抗拉强度略微增大,拉伸塑性在3次循环热处理后有所下降.合金在980℃、216 MPa条件下的持久寿命随循环热处理次数的增加而延长,但循环热处理超过4次后,合金的持久寿命迅速下降.