镍基高温合金Inconel718微铣削毛刺试验研究

基于微小型机床的微铣削(Micro-milling)技术是加工镍基高温合金微小结构/零件的可行技术手段。文章通过镍基高温合金微铣削加工实验,利用扫描电子显微镜和能谱分析仪对刀具的磨、破损形态及局部化学成分和槽的表面形貌进行了研究分析,发现镍基高温合金微铣削毛刺形貌及成因与镍基高温合金传统切削或其他材料微铣削具有很大不同:首先,毛刺长度过长;其次,刀具磨损对鳞刺的产生有很大影响;鳞刺只出现在槽的一侧边界。在实验研究基础上,分析了毛刺的成因,为后续镍基高温合金微铣削毛刺的有效抑制研究提供参考。

镍基高温合金Inconel718微铣削加工硬化研究

为了研究解决微细铣削镍基高温合金微小零件加工硬化问题,文章进行了镍基高温合金微铣削加工过程的ABAQUS有限元仿真研究,输出了Inconel718的微铣削槽表面的等效塑性应变;发现了每齿进给量与塑性变形的关系,在有限元仿真输出应变的基础上,得到了镍基高温合金微铣削加工表面的硬度。实现了以切削参数为模型输入,以维氏硬度为输出的预测模型。最后,进行了镍基高温合金Inconel718微铣削加工实验,证明了预测模型的准确性。所做工作为镍基高温合金切削参数的选择提供参考,还可为借助ABAQUS有限元仿真预测硬度提供研究思路。

基于机器学习的镍基单晶高温合金蠕变寿命预测模型研究

构建合适的镍基单晶合金蠕变寿命预测模型,对于我国航空发动机叶片设计、强度分析和寿命预测具有重要意义。采用多项式回归、最近邻回归、支持向量机回归、决策树回归四种机器学习算法,建立镍基单晶高温合金蠕变寿命与合金成分、微观组织和蠕变工艺参数的关系模型,为镍基单晶高温合金的蠕变性能调控提供了新方法。基于蠕变寿命预测模型,系统地比较了四种算法和特征选择对模型性能的影响。结果表明,支持向量机回归模型的预测结果最优,相关性较高的四个特征依次为γ′固溶温度、Ta、W、Re。研究结果可为获得更有效的镍基单晶高温合金蠕变性能预测方法提供参考。

IN718镍基高温合金熔体脱氮和TiN析出热力学研究

低氮含量可控制TiN夹杂物生成,从而提高镍基高温合金冶金质量和综合性能。通过比较镍基和铁基金属液中标准吉布斯自由能和合金元素对N、Ti活度相互作用系数的差别,指出镍基和铁基中两套不同的热力学数据,二者不能混用。以目前已有的镍基高温合金的热力学参数建立了IN718合金脱氮热力学模型,得出在满足其他冶炼条件的前提下,适当降低温度和提高真空度以降低氮气分压是降低合金液中氮含量的直接手段,以及不同合金元素加入对脱氮的不同影响。同时,建立TiN析出的热力学模型以及偏析模型,计算结果得出,在IN718的生产温度1450℃条件下,控制合金液中的w[N]在43.69×10^(-6)以下,凝固过程中溶质元素N、Ti在液相中富集TiN析出,计算析出温度为1468 K,此时固相分率fs为0.829。若要控制固相分率fs分别在90%或95%以上才会析出TiN夹杂物,w[N]需分别控制在25.00×10^(-6)和15.00×10^(-6)以下。

Inconel 601镍基高温合金真空感应熔炼脱氧工艺研究

研究了采用国产大型真空感应炉熔炼Inconel 601镍基高温合金的脱氧工艺。从热力学上计算了合金熔液中碳氧反应平衡值。通过调整熔炼工艺参数,确定了影响氧含量及合金轧制质量的工艺参数最佳范围。结果表明:熔化时间为365~370 min、真空度为1.0~1.2 Pa及C初始加入量为0.050%时,合金氧含量可降至10×10^(-6)以内,脱氧率可达90%以上。采用6 t国产大型真空感应炉可生产出高纯净度的镍基高温合金产品。

Inconel718镍基高温合金的切削性能仿真

在考察Inconel718镍基高温合金的化学成分和有关性能的基础上,通过Deform-3D软件对其进行车削仿真,分析影响Inconel718镍基高温合金切削性能的主要因素,给出其最佳的切削速度、进给量和背吃刀量的组合。研究了不同换热系数和刀-屑摩擦因数对Inconel718镍基高温合金切削性能的影响,找到了恰当的冷却润滑方式。

镍基高温合金GH4065A与IN718惯性摩擦焊接研究进展

随着高性能发动机制造材料与连接技术的不断革新,镍基高温合金GH4065A与IN718逐渐受到广泛关注并成功应用。目前,以惯性摩擦焊为主导的高温合金连接技术具有较高的可靠性,是国际公认的发动机制造核心技术之一。本文综述了GH4065A与IN718这2种典型高温合金的惯性摩擦焊技术,结合时效处理方式,对比分析了同质/异质接头的宏观形貌、微观组织、室温/高温力学性能等,重点关注了摩擦热输入对惯性摩擦焊接头各区域在宏微观尺度下的影响规律,总结了同质/异质接头中晶粒尺寸及分布情况,分析了接头各区域所经历的回复与再结晶过程,明确了晶粒长大的诱导机制。基于宏观形貌与微观组织的变化规律,研究了高温合金GH4065A与IN718内部强化相的分布情况,结合室温/高温力学性能变化趋势,阐明了强化相对接头力学性能的影响规律,通过分析拉伸测试后的断口形貌,揭示了接头形成机理与断裂机制,评价了接头连接质量与实际应用可行性,优化了发动机的智能制造过程,进一步推动了GH4065A与IN718镍基高温合金在高端装备制造领域的可靠应用。

磨料对Inconel718镍基高温合金磁力研磨效果的影响

选择粒度均为W7(即直径5~7μm)的Al_2O_3和SiC两种球形复合磁性磨粒分别对Inconel718镍基高温合金进行磁力光整加工,工艺条件为:以46#机械油作为研磨液,主轴转速1 000 r/min,进给速率10 mm/min,加工间隙2 mm,磨料填充量2.5 g。从工件表面粗糙度和微观形貌两方面对比分析了两种磨粒对Inconel718合金研磨效果的影响。结果表明,在Al_2O_3磨粒的研磨下,工件表面粗糙度从0.560μm降至0.049μm,表面微观形貌得以改善,达到镜面效果;而在SiC磨粒的研磨下,工件的表面粗糙度由原始的0.493μm降至0.124μm,表面微观形貌变化不大。Al_2O_3磨粒对Inconel718的研磨效果优于SiC磨粒。

Inconel 718镍基高温合金车削切削力和切削温度分析

为探究切削参数对难加工材料Inconel 718镍基高温合金切削力和切削温度的影响规律,基于田口法对Inconel 718材料进行正交切削仿真试验,采用单因素分析方法、灰关联度分析方法对比分析切削三要素对切削力、切削温度的影响,研究结果为Inconel 718镍基高温合金高效切削加工提供理论支撑。

镍基高温合金Inconel 718在不同冷却润滑条件下的切削仿真研究

为探究冷却润滑条件对难加工材料镍基高温合金Inconel 718切削加工质量影响规律,基于Advantedge有限元软件,采用三种不同的冷却润滑方式,对Inconel 718材料进行干式切削、浇注式切削、低温冷风微量润滑切削仿真,对比分析不同冷却及润滑条件对切削力、切削温度、切屑形态、残余应力变化的影响规律。

基于ABAQUS和Python的镍基高温合金Inconel 718的车削仿真

为了准确地对镍基高温合金Inconel 718的车削过程进行仿真,并找出影响车削力的主要可控变量,应用ABAQUS有限元软件较精确地对镍基高温合金Inconel 718的车削加工过程进行仿真,模拟车削加工过程中背吃刀量、切削线速度、进给量等可控因素对刀具主切削力、进给抗力、切深抗力的影响。调用Python中的Pandas库读取正交试验表中的数据并算出各因素对刀具受力的相关系数矩阵,通过对比相关系数得出各主要因素对刀具受力影响程度的大小,验证了该材料车削仿真的准确性。

Inconel 617镍基高温合金在模拟煤灰/烟气中的抗腐蚀性研究

研究了Inconel 617镍基高温合金材料在模拟燃煤环境中的高温腐蚀行为,以寻求该合金是否可以作为700℃超超临界机组锅炉关键技术的备选材料。材料分别在750和780℃下进行500 h的高温腐蚀实验。然后利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等手段对试样的表面/截面形貌、腐蚀产物、腐蚀厚度及化学元素进行分析。结果表明:在不同温度下,Inconel 617合金在腐蚀试验进行500 h后,表面都生成了起保护作用的Cr_(2)O_(3)氧化层,使得该合金具有一定的耐高温腐蚀性能。

镍基高温合金的热机械疲劳寿命预测模型研究

针对发动机热端部件常用材料镍基高温合金GH4169进行了200~450℃及400~650℃条件下的同相位热机械疲劳(TMF)试验,考虑TMF条件下多晶材料在弹性阶段产生的微观损伤应变能,提出一种适用于多晶材料的TMF寿命预测模型,并结合试验数据确定模型参数;采用GH4169、IN718、DD8三种高温合金对该模型的TMF寿命预测能力进行评估,结果表明,提出的寿命模型预测精度高于TMF寿命预测常用的Manson-Coffin模型和Ostergren模型。

基于DEFORM-3D和SPSS的镍基高温合金Inconel 718车削力模型分析

为找到影响镍基高温合金Inconel718车削的主要可控因素,选择CNC编程中常用的切削用量设计正交试验,并模拟车削时三个方向的车削力对其进行极差与方差分析,建立了车削力模型预测的回归方程。对影响车削力的主要因素进行了F统计,分析出各因素的显著性影响因子与极差和方差的分析基本一致,证实了车削力模型的真实性。

镍基单晶高温合金近服役环境性能研究进展

航空发动机与燃气轮机作为国之重器,对保障国防安全和能源安全具有重要意义。随着发动机效率的不断提升,涡轮进气口温度不断提高。先进叶片往往采用高代次单晶高温合金材料制备,具有薄壁、多孔复杂冷却结构,且表面涂覆先进涂层,因而先进单晶叶片结构越来越精细复杂,服役过程中叶片不同部位温度场、应力场分布变化更大,其损伤机制无法通过传统棒状试样的变形损伤机制完全体现。基于先进单晶叶片的结构特点及服役环境特点,综述了叶片结构(薄壁、气膜孔)、二次枝晶取向(二次取向)及先进涂层等单一因素及多因素耦合作用对单晶合金拉伸、蠕变及疲劳等典型性能的影响规律及损伤机理研究,并对镍基单晶高温合金近服役环境性能研究的发展方向进行展望。

浇注温度与型壳温度对K4648镍基高温合金组织和性能的影响

针对某型号燃气涡轮导向器用K4648镍基高温合金室温冲击韧性无法达到标准要求(冲击韧性大于20 J·cm^(-2))的问题,在不同的浇注温度与型壳温度(1 490℃/1 050℃,1 490℃/950℃,1 460℃/1 050℃)下制备了K4648镍基高温合金,并进行了固溶+标准热处理,研究了浇注温度与型壳温度对合金显微组织和冲击性能的影响,获得了优化的工艺参数。结果表明:当型壳温度或浇注温度较低时,K4648镍基高温合金的晶粒尺寸和二次枝晶间距较小,块状初生α-Cr相含量较少、尺寸较小,合金的冲击韧性较大,冲击断口处次生裂纹数量较少;优化工艺参数为型壳温度950℃、浇注温度1 490℃,此工艺参数下制备的K4648镍基高温合金的冲击韧性最大,为21.4 J·cm^(-2),满足标准要求。

高流速离子源辉光放电质谱校正灵敏度因子法定量分析镍基高温合金中痕量稀土及贵金属元素

该文通过全面优化高流速辉光放电离子源分析高温合金痕量元素的仪器条件,系统研究高温合金复杂基体元素造成的质谱干扰,选取稀土元素和贵金属元素分析同位素与合适的质谱分辨率,确立了基于基体匹配的变形高温合金标准物质系列的校正灵敏度因子(RSF)定量方案,使测定结果的相对误差由4.0%~80%优化至7.7%~20%,并为痕量分析结果提供了可靠的计量溯源依据。基于此所建立的辉光放电质谱(GDMS)测定镍基高温合金中稀土元素和贵金属元素的方法检出限为0.0010~0.015μg/g,定量下限为0.0030~0.045μg/g。应用于变形高温合金和铸造高温合金实际样品中稀土元素和贵金属元素的分析,测定结果与湿法分析的参考值吻合较好,较好地验证了辉光放电固体样品快捷分析的优势,体现了高分辨质谱检出限低、线性范围宽、可分析元素多的特点,在高温合金材料质控中有着巨大的应用前景。

混合钎料对镍基单晶高温合金大间隙钎焊接头组织和性能的影响

【目的】采用一种新型镍基钎料和母材成分一致的高熔点合金粉混合的方法制备出混合钎料,研究了添加的高熔点合金粉的粒径和配比对钎缝微观组织和力学性能的影响。【方法】采用扫描电子显微镜对钎焊接头的析出相、元素分布、微观组织进行了分析,并对钎焊接头的硬度及持久性能进行了测试。【结果】研究表明,接头主要由钎料合金区(FAZ)、界面连接区(IBZ)和扩散影响区(DAZ)三部分组成。钎料合金区主要由M3B2和M8B型硼化物及γ/γ′相组成。界面连接区由γ和γ′沉淀强化相组成。当合金粉粒径为44μm和75μm时,均可得到无缺陷的焊接接头;但当合金粉粒径尺寸达177μm时,钎缝内会形成孔洞缺陷。【结论】随着合金粉比例的提高,接头连接区的显微硬度有所上升。当合金配比由30%到50%,接头的持久寿命由15 h增加至34 h;但进一步提升比例至60%时,接头的持久寿命下降至0.6 h。该文的结果可为实现高温热端零部件的连接和修复工程应用提供理论依据和参考价值。

Ti预处理的SiC_(f)/SiC与镍基高温合金复合铸件的界面组织与强度

由SiC_(f)/SiC复合材料与K403镍基高温合金熔体制备的一体化铸件,冷却到室温时会出现自行断裂。通过采用Ti粉埋覆包渗工艺在1100℃下对SiC_(f)/SiC表面进行预处理,并在适当工艺下与K403镍基高温合金熔体进行陶瓷型精密铸造,成功实现SiC_(f)/SiC与K403镍基高温合金的一体化成形和界面的牢固结合。结果表明:Ti预处理层平均厚度为17μm左右,Ti向SiC_(f)/SiC渗透、扩散和反应,形成含TiC,Ti3SiC2,Ti5Si3Cx,SiC相的显微组织;经过与高温镍基金属液复合铸造后,预处理层演变成厚约120μm的界面反应层,其典型界面组织为Ni2Si+C+Al4C3+MC(M主要含Ti及少量的Cr,Mo,W)。预处理层的存在减轻Ni与SiC的有害石墨化反应,缓解高温金属液对SiC_(f)/SiC的热冲击,形成的界面反应层降低热膨胀系数失配造成的热应力,使得SiC_(f)/SiC与K403一体化铸件结合界面的室温剪切强度达到63.5 MPa。

镍基高温合金GH4169端铣加工表面形貌研究

研究镍基高温合金GH4169端铣加工表面形貌影响因素,对控制GH4169的加工表面粗糙度和提高GH4169加工质量有着重要意义。基于单因素端铣试验,探明了铣削速度、铣削深度、每齿进给量及铣削宽度对表面粗糙度和三维表面形貌的影响机理及规律。研究表明,对表面粗糙度的影响程度由大到小依次为每齿进给量、铣削宽度、铣削速度、铣削深度;加工表面呈现出纵横相间的纹理,且对表面纹理深度的影响程度由大到小依次为铣削速度、铣削深度、每齿进给量、铣削宽度;结合加工表面粗糙度与三维表面形貌选取最佳加工参数:铣削速度V=100 m/min,铣削深度t=0.1 mm,每齿进给量f_(z)=0.025 mm/z,铣削宽度a_(w)=5 mm。