超温处理对热等静压FGH96合金PPB及主要力学性能的影响

研究了超温对热等静压FGH96合金原始颗粒边界(PPB)、拉伸性能及冲击性能的影响,并分析了力学性能试样的宏观和微观断口特征。分析发现,超温后FGH96合金中的PPB会有所增加,且随着超温温度的提高,增加得更为明显;相同超温温度下,超温时间对PPB的影响不明显。超温后热等静压FGH96合金的拉伸强度有所降低,而拉伸塑性和冲击韧性略有提高,拉伸断口和冲击断口沿PPB开裂的特征更加明显。

热等静压温度对FGH96粉末高温合金显微组织的影响

热等静压工艺在飞机发动机粉末盘的研制中是一个关键热工艺,对粉末高温合金盘形件的组织、性能起重要作用。选择4种热等静压温度,对不同热等静压工艺后的组织进行研究。实验结果表明,提高热等静压温度可以促进消除残余枝晶,促进基体再结晶及再结晶晶粒长大,促进一次γ′相溶解和二次γ′相形核和长大。

粉末冶金高温合金FGH96的热加工图及热压缩变形过程的开裂行为

采用Gleeble3180D型热模拟试验机对热挤压态FGH96合金在变形温度1020-1140℃，应变速率O．001-1．0s^-1进行热压缩实验，分析真应力一真应变曲线，绘制热加工图。并针对热挤压态粉末冶金高温合金FGH96在热压缩温度低于1080℃时的开裂现象，利用热模拟压缩实验方法，确定在变形温度为1050℃、应变速率为0．001-1．0s^-1的热压缩变形过程中的开裂临界应变量，观察变形后试样的裂纹形貌和显微组织，并利用有限元分析方法对热压缩变形过程进行模拟。结果表明：试样中部位置受拉应力作用沿着变形方向产生鼓形变形，当达到临界应变量后，产生呈沿晶断裂的宏观裂纹，并且随着应变速率的减小，裂纹产生的临界应变量逐渐减小；在低应变速率条件下，在宏观裂纹产生之前，试样内部晶粒之间出现了微观开裂的现象，并造成应力下降。

热等静压温度对FGH95合金组织和持久性能的影响

通过对FGH95合金进行不同温度的热等静压处理、组织形貌观察及持久性能测试,研究热等静压温度对合金组织结构与持久性能的影响。结果表明:在低于γ′相溶解温度进行热等静压时,粗大γ′相沿颗粒边界区域不连续分布;随热等静压温度的升高,合金中一次粗大γ′相的数量、尺寸逐渐减小,经1 140℃固溶处理后,晶粒尺寸无明显变化;合金经1 180℃热等静压及完全热处理后,粗大γ′相完全溶解及γ′相贫化区消失,晶粒尺寸明显长大,γ′相和细小碳化物沿晶界及晶内弥散析出,因而合金具有较好的持久性能;合金在持久性能测试期间的变形机制是位错在基体中滑移及剪切γ′相。

热等静压温度对FGH95合金组织及点阵常数的影响

通过对FGH95合金进行不同温度的热等静压(HIP)处理、组织形貌观察及XRD谱线分析,研究了热等静压温度对合金组织与平均点阵常数的影响。结果表明,在低于γ'相溶解温度热等静压时,合金中粗大γ'相沿原始颗粒边界区域不连续分布;随热等静压温度提高,合金中粗大γ'相的数量、尺寸逐渐减小;经1180℃HIP后,合金中粗大γ'相完全溶解,晶粒尺寸明显长大。由于γ、γ'两相的平均点阵常数相近,其叠加作用使合金中γ、γ'两相的X射线衍射峰不对称,对不同温度热等静压合金进行XRD谱线测定及分析表明,随热等静压温度提高,合金中γ、γ'两相在室温的平均点阵常数略有增大,而晶格错配度的绝对值略有减小。

FGH4097合金热等静压成形数值模拟

基于连续介质理论,应用Shima模型描述FGH4097合金粉末热等静压的致密化变形规律,采用有限元分析软件MSC.marc对装FGH4097合金粉末圆柱包套的热等静压过程进行了数值模拟和试验验证,分析了包套的变形规律以及温度场对坯料致密化过程的影响。结果表明:在热等静压过程中,Shima模型对描述FGH4097合金粉末的致密化过程具有较高的精度,圆柱包套的数值模拟结果和试验结果的尺寸误差控制在2%以内;包套的厚度以及边角效应对热等静压过程中坯料的收缩变形有着显著的影响;热等静压过程中坯料内温度梯度所导致的应力状态差异使得坯料的收缩偏离各向同性。

退火态FGH96合金的热变形行为及热加工图

通过热模拟试验,系统研究热挤压-退火态FGH96合金在变形温度为1020~1110℃、应变速率为0.001~1 s^-1条件下的热压缩变形行为,建立本构方程并构建热加工图;结合电子背散射衍射(EBSD)分析,优化合金的变形工艺参数。结果表明:合金在热变形过程中发生明显动态再结晶现象。利用摩擦修正后的峰值应力获得的该合金热压缩本构方程材料常数分别为:α=0.0071272、n=2.6417、A=6.6811×10^15、Q=448.05 kJ/mol,较低的变形激活能与热挤压后初始晶粒尺寸的减小以及二次γ′相的粗化有关。利用构建的不同应变量ε下热压缩本构方程材料常数的五次多项式组对合金的流变应力进行了预测,预测数据与实验摩擦修正数据吻合较好。根据热加工图能量耗散效率并结合微观组织分析,对热挤压-退火态FGH96合金提出了建议的热加工参数范围:变形温度约为1075~1080℃、应变速率约为1×10^-3~1×10^-1.5 s^-1的区域。

原始组织对FGH96合金热压缩变形行为和组织的影响

采用Gleeble热力模拟机分别对平均晶粒直径30μm的热等静压态、10μm的挤压态细晶和3μm的挤压态超细晶FGH96合金进行了等温压缩试验,变形温度为1000~1100℃,应变速率为0.001~0.1s-1。结果表明,在相同变形温度和应变速率下,挤压态合金的应力远小于热等静压态的,随着原始晶粒尺寸减小,FGH96合金的应力呈减小趋势,但在1100℃和0.001s-1变形时,挤压态超细晶的应力略高于挤压态细晶的;应变速率为0.001s-1时,热等静压态组织在1100℃呈现稳定流动特征,应力不随应变的增大而增大,而挤压态细晶组织在1050℃和1100℃均呈现稳态流动特征;应变速率为0.001s-1时,挤压态超细晶组织1050℃应力低于1100℃的,且晶粒组织较1100℃细小均匀,1100℃变形容易形成混晶,组织不易控制。

FGH95镍基粉末高温合金热等静压工艺的研究和发展

在借鉴国外相关研究成果的基础上,对FGH95合金的热等静压工艺参数进行了具体的实验研究,分析了FGH95合金热等静压工艺中存在的问题,研究了不同成形工艺对合金力学性能的影响,指出了FGH95合金热等静压工艺研究的发展方向.

原始颗粒边界对粉末热等静压成形FGH97合金性能的影响

目的基于粉末冶金近净成形工艺,研究原始颗粒边界(PPBs)对FGH97合金力学性能的影响,并验证热处理和二次热等静压工艺能否消除PPBs。方法采用等离子旋转电极雾化法制备FGH97合金粉末,分别在1200℃/120 MPa/2 h和1200℃/140 MPa/3 h条件下进行热等静压成形。先后对FGH97合金进行固溶(1200℃/4 h/炉冷)和时效(910℃/3 h/空冷+750℃/8 h/空冷+700℃/17 h/空冷)热处理,并对热处理后的样品进行二次热等静压(制度为1200℃/140 MPa/3 h)。对上述实验前后的FGH97合金显微组织进行表征,使用Photoshop软件计算PPBs的占比,研究热处理和二次热等静压工艺对PPBs的消除作用。结合力学性能测试研究PPBs对合金性能的影响。结果当采用压力更高、保温时间更长的热等静压制度时,制备得到的FGH97合金PPBs占比更少、力学性能更好,其PPBs占比为5.6%,室温抗拉强度为1412 MPa,屈服强度为947 MPa,伸长率为16%。经热处理后,FGH97合金中PPBs的占比下降至3.0%,该合金在650℃下的抗拉强度为1262MPa,屈服强度为956MPa,伸长率为17%;经二次热等静压后,PPBs的占比降低至1.3%。结论PPBs会对FGH97合金的力学性能产生不利影响,热处理和二次热等静压工艺均可消除PPBs。

FGH96合金动态再结晶行为的研究

利用Gleeble-1500热模拟试验机对FGH96合金在不同热变形制度下的动态再结晶行为进行了研究。结果表明:在较高应变速率下(>2×10-3s-1),合金流变曲线呈明显的动态再结晶特征,低应变速率下(5×10-4s-1)呈现明显的动态回复特征;变形温度、应变速率和应变量对获得细晶组织都有重要的影响,但应变速率对动态再结晶晶粒大小影响最为显著,动态再结晶晶粒的平均晶粒尺寸大小-D与Z参数满足如下关系:ln-D=7.617-0.0134lnZ;利用加工硬化率和应变的关系曲线确定了该合金的稳态应变sε,建立了该合金的动态再结晶状态图。

热处理工艺对热挤压变形粉末高温合金FGH95组织与性能的影响

对比研究了FGH95合金在不同热加工工艺和热处理制度下合金的组织及γ′的分布,用光学显微镜、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察了不同热处理制度处理后合金的组织及时效后γ′的中心暗场相,测试了室温(20℃)和高温(650℃)材料的拉伸性能,并对高温瞬时断裂区断口进行了对比分析.结果表明:相同热处理工艺,HIP温度越高,时效析出的γ′相尺寸越大;不同热处理制度均能够改变γ′的分布;盐浴冷却明显增大中等尺寸γ′相数量,显著提高合金高温塑性.

细晶态FGH96热成型时的流动行为研究

通过热模拟试验 ,对细晶态FGH96合金的高温流动特性进行了研究 ,分别从宏观和微观上对影响FGH96流动特性的因素 (变形温度、变形速率和变形程度以及Z因子和动态再结晶晶粒尺寸等 )作了系统分析。结果表明 :变形温度、变形速率和变形程度对流动应力和再结晶晶粒尺寸均有不同程度的影响。在此基础上 ,建立了细晶态FGH96合金热成型时的本构模型 ,该模型充分考虑了变形温度、变形速率和变形程度对流动应力的影响 。

热等静压冷却速度对粉末冶金高温合金组织及性能的影响

设计了热等静压机冷速的模拟实验。采用两种冷速研究了热等静压(HIP)对粉末高温合金γ′相形貌、尺寸及性能的影响。结果表明,由于HIP冷速低,析出的γ′相尺寸大,在冷却过程中γ′相发生了分裂,γ′相形貌发展成八瓣状、八瓣树枝状和树枝状;冷速越低,γ′相形貌趋向长成树枝状。两种冷速HIP处理的试样经热处理后,γ′相尺寸和形貌发生了改变,由于热处理冷速快,γ′相变为较为规则的细小方形,组织基本相同,力学性能几乎无差别。

GH4169合金与FGH96合金惯性摩擦焊接头组织和力学性能

在主轴转速为650r/min、转动惯量为340kgm^2、焊接压力为450MPa焊接参数下,实现GH4169与FGH96异质材料惯性摩擦焊接,并对焊后热处理的接头进行显微组织与力学性能分析.在焊接热力耦合作用下,焊接接头不同区域的金相组织发生变化,晶粒出现不同程度的细化、变形,基体强化相出现不同程度的溶解、变形.焊接接头显微硬度呈“山峰”状分布特征,焊接接头室温抗拉强度平均值为1366MPa,高温抗拉强度平均值为1176.7MPa,在650℃,641MPa条件下的平均持久寿命为215h,焊接接头具有良好的综合力学性能.

夹杂物对粉末冶金FGH97合金显微组织与力学性能的影响

采用夹杂物含量水平不同的两批次粉末,通过相同的热等静压制度制备了FGH97合金,研究了夹杂物对FGH97合金力学性能的影响。对比测试了两组粉末制备FGH97合金的拉伸性能,表征了粉末特征、合金组织、拉伸断口。结果表明,采用真空惰性气体雾化(Vacuum induction melting gas atomization,VIGA)法制备的粉末,细粉收集率高,制备的合金晶粒细小,容易引入夹杂物。富Si的异常颗粒夹杂会使合金中产生贫γ′区,影响粉末间的结合,降低FGH97合金的塑性。热等静压态的FGH97合金室温延伸率为9.5%,650℃的延伸率为1%。FGH97合金经过固溶+时效热处理后,基体中的贫γ′区消失,FGH97合金的塑性得到显著提升,FGH97合金室温延伸率提升至14.25%,650℃的延伸率提升至6%。

FGH95合金中γ′相稳定性研究

利用扫描电镜和透射电镜观察分析了热等静压HIP FGH95高温合金经热处理后,基体中γ′相的形貌、分布和稳定性。结果表明:合金经热处理后基体为再结晶晶粒与原始枝晶的混晶组织。基体中除了晶界上分布的固溶处理未溶的棒状γ′相颗粒外,在再结晶晶粒内部还存在有大、中、小3种尺寸的γ′颗粒,其中大的方形γ′相颗粒尺寸约为0.5～0.8μm,并呈8个一组排列,此8个一组排列的γ′相颗粒是由合金在1160℃固溶冷却过程中所形成的单个高温γ′相分裂而形成。进一步观察发现,分裂后的方形γ′相颗粒在后续热处理过程中又发生了不稳定分解,在其颗粒内部有细小γ′相的重新析出,并且随着新析出γ′相的长大原来的方形γ′相颗粒逐渐消失。

FGH95镍基合金组织结构对持久性能的影响

通过对不同温度热等静压FGH95合金进行完全热处理、组织形貌观察、XRD谱线分析及持久性能测试,研究FGH95合金组织结构对持久性能的影响。结果表明:随着HIP温度升高,分布在原始颗粒边界处的粗大γ′相数量和尺寸逐渐减小,当HIP温度提高至1 180℃,晶粒明显长大。热等静压合金经完全热处理后,粒状碳化物沿晶界和晶内不连续分布,且细小γ′相在基体中弥散析出。经X线衍射分析,随热等静压温度升高,γ和γ′两相晶格常数略有增加,但错配度逐渐减小;在650℃,1 034 MPa条件下,由于1 120℃HIP合金完全热处理后具有较高的晶格错配度,致使合金具有较长持久寿命;合金在蠕变期间的变形特征是位错滑移,位错绕过或剪切γ′相。

热处理制度对粉末高温合金性能的影响

对比研究了FGH95合金在不同热加工工艺和热处理制度下γ′相的分布,观察了不同热处理制度处理后合金的组织及时效后小γ′相的中心暗场像相,测试了室温(20℃)和高温(650℃)下材料的拉伸性能,并对高温(650℃)瞬时断裂区断口进行了对比分析。结果表明:相同热处理工艺,热等静压温度较高时,时效析出的γ′相尺寸大;不同热处理制度能改变γ′相的分布,盐浴冷却明显增大中等尺寸γ′相数量和合金的高温塑性。

制坯工艺及应变速率对FGH95合金等温变形过程的影响

研究了两种不同的热等静压制坯工艺及不同应变速率对ＦＧＨ９５合金等温变形时流动应力的影响，分析了变形态的显微组织。