PREP工艺制造的镍基高温合金粉末中夹杂物

夹杂物是影响粉末冶金产品质量的主要因素之一。采用SEM、XRD、EPMA等手段通过对等离子旋转电极制粉工艺(PREP)制取的镍基高温合金粉末中夹杂物的形貌特征、化学组成的研究,将不同工序处理后粉末中的夹杂物进行分类,统计分析其存在形式、尺寸、数量及分布。结果表明:粉末中的夹杂物按产生机制和来源主要分为陶瓷、熔渣、有机物、粉末粘连夹杂物或升华物形成的异常颗粒。经过筛分和静电处理后,残留在成品粉末中的陶瓷占夹杂物总数量的7%,熔渣占53%,有机物占40%。筛分和静电分离去除各类夹杂物的能力主要与成品粉末的粒度和夹杂物的密度、介电常数及其尺寸、形态有关。

不同粒度的镍基高温合金粉末及其对P/M成形件组织性能影响的研究

研究了用PREP法制造的不同粒度范围的FGH95合金粉末的物理特征及其HIP成形件的组织性能。结果表明 ,使用 5 0～ 10 0 μm和 5 0～ 15 0 μm粒度范围的粉末是降低成本、简化工序、保证产品质量的最佳选择。

等离子旋转电极法所制取的镍基高温合金粉末中异常颗粒的研究

归纳了用等离子旋转电极法 (PREP)制造的镍基高温合金粉末成品粉中常见的异常粉末颗粒类型 ;

镍基高温合金粉末筛分工艺的研究

介绍了粉末筛分设备及其主要工艺参数 。

不同HIP温度下镍基高温合金粉末的组织形貌

研究了镍基高温合金粉末在不同热等静压温度下成形的组织形貌,分析讨论了析出相对晶粒度和形成PPB、残留枝晶的影响,以及消除PPB、残留枝晶所采取的措施.

镍基高温合金粉末中非金属夹杂物电选工艺分析

为提高镍基高温合金粉末中非金属夹杂的静电分离效率,得到静电分离去除非金属夹杂物的最优工艺,优选53~150μm粉末以及同粒度的Al_(2)O_(3)颗粒进行正交实验,研究了电晕电压(U)、辊筒转速(n)以及电晕电极距离(S)对非金属夹杂物去除效果的影响,确定了最优参数。结果表明:电晕电压升高,非金属夹杂物去除效果升高;电晕极距离增大,静电去除效果降低;随辊筒转速升高时,非金属夹杂物去除效率先升高后降低,在辊筒转速70 r/min时,电晕电压30 kV时去除效果最佳。

某镍基粉末合金高温疲劳裂纹扩展行为与模型研究

针对涡轮盘用某镍基粉末高温合金材料,开展了高温疲劳裂纹扩展试验,分析了环境温度、载荷比、紧凑拉伸(CT)试件厚度等因素对于疲劳裂纹扩展行为的影响规律,建立和评估了考虑影响因素的裂纹扩展速率模型。结果表明:随着温度的升高和载荷比的增大,疲劳裂纹扩展速率会显著增大,而CT试件厚度对于扩展速率的影响较小;通过观测断口截面发现,在500~700℃内,疲劳裂纹的扩展机制与温度之间没有显著关联,而在700℃下,高载荷比的条件使得裂纹扩展断面更为粗糙;提出了一种温度相关的疲劳裂纹扩展速率模型,可较好地描述不同温度下的疲劳裂纹扩展曲线;对比了Walker模型和Newman裂纹闭合模型的应用效果,发现Walker模型在描述不同载荷比下的裂纹扩展速率方面更为优秀。

新型镍基粉末高温合金连续加热过程中γ′相溶解行为

本文通过SEM、XRD、EDS等实验表征方法,对一种新型镍基粉末高温合金在连续加热过程中γ′相的溶解行为进行系统研究。结果表明:随着温度以5℃/min缓慢升高,三次γ′相在1080℃时最先完全溶解,二次γ′相在1140℃时完全溶解,一次γ′相在升温至1160℃时仍有少量残留;γ′相面积分数从初始态的48.7%减小至1160℃时的0.3%;γ/γ′相错配度由1000℃时的0.264%减小至1120℃时的0.25%,而升温至1140℃时又增大至0.253%,升温至1160℃时再减小至0.248%。阐明了三类γ′析出相的溶解机制:大尺寸不规则一次γ′相通过γ/γ′相界面向内分裂成两个或多个具有平行界面的颗粒溶解;八角形二次γ′相通过分裂为八个细小颗粒溶解;小尺寸球状三次γ′相通过γ/γ′相界面处的元素扩散逐渐溶解。

镍基粉末高温合金中γ′相溶解行为与动力学研究进展

为了满足航空发动机高性能、高热效率的要求,镍基粉末高温合金的合金化程度越来越高,导致合金变形抗力大,热塑性差,热加工窗口窄,从而制约了合金的制备与应用。合金中高体积分数的γ′相在热加工过程中起到组织调控的作用,热加工过程中γ′相的演变影响着合金的热变形行为和热加工性能。了解热加工过程中γ′相的演变规律对调控合金组织和优化热加工工艺具有重要意义。本文以镍基粉末高温合金热加工过程中γ′相的溶解为讨论对象,综述了近年来γ′相的溶解行为及其影响因素、预测模型相关研究工作。目前高体积分数多颗粒体系析出相的溶解机理还不清楚,γ′相溶解过程中是否存在分裂和团聚等行为及其影响机理、热变形过程中位错与γ′相之间的相互作用机理、γ′相溶解动力学等有待进一步研究。

新型镍基粉末高温合金长期时效中组织演变对拉伸性能的影响

研究了新型镍基粉末高温合金在800℃时效100~5000 h后显微组织对拉伸性能的影响。结果表明:随着时效时间的增加,合金的晶粒尺寸未发生明显变化,晶界粗化并呈现为不连续“锯齿状”;二次γ'相发生合并粗化,粗化符合LSW理论;TCP相的析出量随时效时间的增加而增大,1000h后在晶界处呈现细小白条状析出,2000h后在晶内呈现大量长条形针状析出,5000h时TCP相含量达到最大;受二次γ'相粗化的影响,合金的700℃拉伸强度和塑性随时效时间的增加而逐渐降低;拉伸断口具有颈缩和韧窝特征,断裂均为韧窝断裂。

铣削工艺参数对镍基粉末高温合金650℃低周疲劳寿命的影响

研究了不同铣削工艺对疲劳损伤的影响规律。对采用4种工艺加工的试样进行了650℃高温空气环境下的低周疲劳试验。分别采用粗糙度表征方法、背向散射电子衍射技术和纳米压痕测试以获得试样的表面粗糙度、残余应力和加工硬化。测试结果表明,采用电火花线切割方法加工的试样疲劳寿命最高(平均80360循环),有最低的表面粗糙度(0.226)和残余应力;而钝刀具加工的试样疲劳寿命最低(平均43978循环),相较于电火花线切割试样的疲劳寿命下降了45%。扫描电镜表征结果表明,疲劳裂纹主要由粗大的非再结晶晶粒和加工缺陷引发。铣削加工方法和参数对疲劳损伤程度和疲劳寿命有重要影响。

新型镍基粉末高温合金的微观组织和力学性能

以新型镍基粉末高温合金FGH4113A(WZ-A3)为研究对象,采用“真空感应熔炼+氩气雾化制粉+热等静压+热挤压+等温锻造”工艺路线制备全尺寸涡轮盘,系统研究了锻造态FGH4113A合金在不同热处理状态下的微观组织和力学性能。结果表明:FGH4113A合金全尺寸涡轮盘宏观形貌良好,微观晶粒组织细小均匀;经亚固溶热处理后,平均晶粒度ASTM11~13级,室温和550℃的屈服强度分别为1249和1185MPa,抗拉强度分别为1674和1656MPa,断后伸长率分别为23.5%和19.5%,在温度700℃,应变范围0~0.8%,加载频率0.33Hz条件下的疲劳寿命均值为35000周次;经过固溶热处理后,平均晶粒度ASTM6~8级,700和800℃的屈服强度分别为1063和966MPa,抗拉强度分别为1403和1112MPa,断后伸长率分别为17.5%和12.0%,在温度800℃,应力330MPa,蠕变伸长量0.2%条件下的蠕变寿命均值为384h,在温度700℃,应力强度因子范围30MPam5条件下的裂纹扩展速率小于5×10^(-4)mmcycle^(-1)。

一种无机盐铝涂层涂覆镍基粉末高温合金的高温氧化组织分析

使用TWL12+TWL20无机盐铝涂层喷涂于镍基粉末高温合金表面,采用XRD、SEM、EPMA和TEM研究无机盐铝涂层与粉末高温合金经700、750、800℃高温氧化后的组织变化。结果表明:高温氧化后涂层表层结构出现剥落,涂层中的铝与基体合金发生扩散,形成由氧化区、扩散区、互扩散区组成的过渡层,其中氧化区为最外层,该区域主要富集O、Al元素,形成Al_(2)O_(3)层;随之的扩散区主要含有Ni、Al元素,形成NiAl相及在其中弥散分布的α-Cr相;最后是富集Ti、Cr、Co、Ta等元素的互扩散区,存在于扩散区与基体之间,主要由Ni_(2)AlTi相基体及在其中弥散分布的σ相组成;分析表明过渡层厚度随着氧化温度升高而变化,主要表现为互扩散区宽度增加,扩散区中的α-Cr相与互扩散区的σ相尺寸增大,且σ相沿垂直过渡区方向生长的趋势加剧;氧化增重曲线表明,涂层表层结构脱落后,过渡层在750、800℃高温氧化过程中表现出良好的抗氧化性能,说明TWL12+TWL20无机盐铝涂层具有为航空发动机用先进粉末高温合金提供高温氧化涂层保护的潜力。

PREP工艺制取镍基高温合金粉末中的异常颗粒

采用等离子旋转电极制粉工艺(PREP)制取镍基高温合金粉末并对其中的一种异常颗粒进行了观察、分类、统计和分析。结果表明,合金粉末中存在粉末与升华物、熔渣、陶瓷、有机物粘连为一体的异常颗粒。这类异常颗粒的产生与母合金的纯净度、夹杂的性质、雾化制粉工艺参数有密切的关系。筛分和静电处理异常颗粒的能力与所粘连夹杂物的尺寸、形态以及化学组成和密度、介电常数等物理性质有关。与筛分处理相比,静电后1 kg粉末样品中粘连夹杂的颗粒减少了63%;在50~150μm的成品粉中,粘连熔渣的颗粒占残存夹杂物总量的36%,粘连陶瓷颗粒为4%,粘有机物颗粒占11%。

高温氧化对粉末高温合金微观结构和疲劳性能影响研究

为了探究涡轮盘用粉末高温合金表面氧化对其低周疲劳性能的影响,分别针对第三代镍基粉末高温合金的粗晶(Coarse grain,CG)和细晶(Fine grain,FG)材料开展氧化时间对其疲劳性能影响机理的研究。通过在700℃空气环境下开展不同时长的高温预氧化实验和低周疲劳(Low-cycle fatigue,LCF)实验,使用SEM和EDS表征LCF断口、表面氧化层结构成分及其强化相形貌变化,揭示LCF裂纹萌生机理。实验结果表明,氧化层厚度随氧化时间而增加,氧元素以氧化侵入的形式进入基体;相同氧化时间下,CG抗氧化性能优于FG;疲劳裂纹萌生于氧化侵入和亚表面夹杂物等应力集中部位,在实验温度下LCF寿命受氧化作用和夹杂物共同影响;高温氧化作用下氧化层呈现分层结构,外层为NiO,中间层为含有Cr_(2)O_(3),TiO_(2)等复杂氧化物及尖晶石相(NiCr_(2)O_(4))的混合层,内层为Al_(2)O_(3);CG二次γ’相氧化后平均尺寸增加,FG二次γ’相平均尺寸没有明显的变化,但两种组织氧化后在晶界附近均观察到长条状的二次γ’相,表明高温氧化作用下晶界优先遭到破坏。

镍基粉末高温合金冶金工艺的研究与发展

叙述和分析了镍基粉末高温合金冶金工艺三十多年来在制粉及粉末处理工艺、成型工艺、热处理工艺等方面的研究成果和存在的问题 。

FGH95镍基粉末高温合金的研究和展望

粉末高温合金由于自身特有的组织和性能特点成为先进航空发动机涡轮盘和涡轮挡环的优选材料。总结我国20世纪80年代初开始研制的第一代镍基粉末高温合金FGH95在制粉工艺、粉处理工艺、成形工艺和热处理工艺等方面的研究工作。着重介绍FGH95合金生产中所采用的等离子旋转电极制粉工艺(Plasma rotating electrode process,PREP),筛分和静电分离去除夹杂工艺,直接热等静压(Hot isostatic pressing,HIP)和热等静压+包套锻造(HIP+Forging)成形工艺,以及固熔+盐淬热处理工艺。展望氩气雾化制粉(Argon atomizatio,AA)和直接热等静压成形在FGH95合金低成本制造上的发展优势和高固溶缓冷热处理工艺对提高合金抗疲劳裂纹扩展能力的影响,提出下一步的研究方向。

飞机涡轮盘用镍基粉末高温合金研究进展

综述了国内外飞机涡轮盘用镍基粉末高温合金的研究进展,分析了国内在粉末高温合金的研制过程中面临的问题及其解决途径。

镍基粉末高温合金中夹杂物导致裂纹萌生和扩展行为的研究

采用扫描电镜原位拉伸和原位疲劳的方法,跟踪观察了人工植入Al2O3夹杂物的镍基粉末高温合金P/MRene95中夹杂物导致裂纹萌生、扩展乃至断裂的过程,结果表明,无论是在单轴拉伸还是低周疲劳实验中,裂纹均首先萌生于脆性非金属夹杂物Al2O3处,大于一定尺寸的夹杂物,还会使该裂纹扩展成为导致合金断裂的主裂纹,从而大大降低合金的屈服强度、断裂强度及低周疲劳寿命。