变形高温合金在液体火箭发动机中的应用进展及展望

变形高温合金以其良好的耐高温、抗氧化、抗热腐蚀性能和较好的冷、热加工性,在液体火箭发动机推力室身部、涡轮壳体、涡轮转子等热端部件中得到了广泛的应用。通过查阅文献,综述了国内外变形高温合金及热加工技术发展现状、液体火箭发动机热端构件对高温合金性能需求、变形高温合金在国内外著名液体火箭发动机中的应用情况。结合液体火箭发动机可回收、高性能、轻量化、低成本的发展趋势,总结了变形高温合金在液体火箭发动机领域的主要发展趋势,包括研发针对液体火箭发动机服役工况的高温合金材料、改进热加工工艺,从而提升高温合金性能、降低高温合金构件制造成本;研发和推广耐高温轻质金属间化合物、降低热端构件质量。

变形高温合金的超塑性研究进展

近年来,对变形高温合金超塑性的研究取得了显著进展。超塑性成形技术为难以变形的材料提供了理想的成形方法。超塑性变形要求材料具有细小、均匀的等轴晶粒,对变形高温合金细晶组织的制备方法进行了概述。为了最大限度地发挥超塑性的优势,掌握其微观变形的原理是非常关键的,对超塑性微观调节机制典型模型进行了总结,并对变形高温合金超塑性变形机制的研究进行了探讨。最后,列举了高温合金超塑性技术的成功应用案例并对未来的相关研究方向进行了展望。

预测典型变形高温合金均匀化动力学的新模型

提出一种基于扩散距离概念的变形高温合金均匀化动力学新预测模型。通过定量电子探针(EPMA)分析,系统研究典型镍基变形高温合金(GH4141)的微观偏析和均匀化动力学。研究发现,基于残余偏析指数模型预测的均匀化动力学与实际测量结果之间存在一定差异。实验和理论分析均表明,考虑了过去通常被忽略的扩散方向因子的一维扩散距离模型可以合理地预测均化动力学。新模型在只需知道原始枝晶臂间距和扩散系数前提下即可完成预测计算,这为变形高温合金均匀化动力学预测提供了一种新的选择。

700℃以上服役涡轮盘用难变形镍基高温合金热加工研究进展

航空发动机推重比的不断提高对涡轮盘材料的高温服役性能提出了更严苛的要求。服役温度超过700℃的涡轮盘用镍基变形高温合金的合金化程度和γ′相含量极高,使其变形抗力大幅提高、热塑性明显下降、热加工窗口变窄,在热变形过程中很容易发生开裂和组织失稳,给其涡轮盘的制备带来了极大的困难。介绍了这类难变形镍基高温合金的热加工工艺流程、摩擦和绝热温升修正及本构模型和热加工图的构建方法,综述了典型难变形镍基高温合金Rene65、U720Li、ЭК151、ЭЛ975、TMW的热变形行为研究进展。展望了这类变形高温合金的研究方向,为其热加工工艺优化提供一定的参考。

变形高温合金氧化行为研究的现状

变形高温合金是制造航空发动机涡轮盘的关键材料。随着发动机推重比的提高,变形高温合金的合金化程度和使用温度越来越高,导致其在使用和均匀化处理过程中的氧化愈发严重。评述了对变形高温合金氧化行为研究的现状,包括研究氧化行为的方法、氧化动力学、氧化产物、氧化膜形成过程以及提高变形高温合金抗氧化性能的主要措施。此外,探讨了现有研究的不足之处和展望了今后的研究方向,如变形高温合金不同氧化阶段的氧化特征及合金元素对变形高温合金氧化行为的影响机制等。

GH4065A高合金化变形高温合金未完全再结晶组织及其对疲劳性能影响

对GH4065A高合金化变形高温合金未完全再结晶组织进行了表征分析,并通过标准棒状样疲劳测试和平板样疲劳测试,对比研究了合金均匀细晶组织试样和含有未完全再结晶组织的非均匀组织试样的疲劳性能差异,分析了未完全再结晶组织对疲劳性能的影响机理。结果表明,高合金化合金中无法完全消除的残留偏析导致未完全再结晶组织在枝晶间对应位置处产生。密集析出的小尺寸一次γ′相颗粒使得未完全再结晶组织有较高的强度和对疲劳滑移变形较高的抗力,从而未完全再结晶组织对其内部的氮化物诱发裂纹的扩展和滑移带诱发的开裂都有很好的限制作用,疲劳变形主要仍由周围完全再结晶组织承担。合金锻件中适量的未完全再结晶组织对疲劳性能无明显影响。

中国变形高温合金研制进展

概述了近10年来我国变形高温合金的研制情况。介绍了航空发动机用涡轮盘材料718Plus,GH4720Li,GH4065合金的特点,燃烧室用GH3230合金以及燃气轮机用GH4706合金的研制进展。并对变形高温合金热加工新技术进行了总结,包括针对易偏析材料开发的ERS-CDS新工艺,改善变形高温合金棒材组织的反复镦拔工艺,提升高性能难变形高温合金热塑性的缓冷处理和热机械循环处理技术。最后,展望了我国变形高温合金产业的未来。

GH761变形高温合金的热变形行为

镍基GH761合金热模拟压缩实验表明,当变形温度T_d一定时,随应变速率(?)的降低,变形峰值应力σ_p和稳态流动开始应力σ_s及与它们对应的应变ε_p和ε_s均降低;当应变速率一定时,随T_d的升高,σ_p和σ_s以及ε_s均降低,但ε_p基本不变.细化原始晶粒可提高再结晶形核率,在此基础上降低变形温度和提高变形速率是细化最终晶粒的重要途径.当应变达到完全再结晶时,合金具有最均匀且细小的组织;超过这一应变值,晶粒开始长大.GH761合金的热变形本构方程为:(?)=6.5×10~6σ_P^(4.86)exp(-461×10~3/RT).

微量元素磷在铁镍基变形高温合金中的作用

综述了磷对铁镍基变形合金的影响及机理。简述了磷的性质 ,来源及冶炼控制。介绍了磷的凝固偏析及对合金凝固过程的影响与机理。以微量元素对晶界能、晶界扩散和晶界结合力的影响机理为基础 ,比较并分析了磷对合金组织结构和力学性能的各种影响机制。

800℃以上服役涡轮盘用难变形镍基高温合金研究进展

大推重比航空发动机涡轮盘需在更高温度下服役,为满足更高温度服役航空发动机涡轮盘材料的需求,在新合金的发展过程中合金化程度和γ′相含量逐渐提高。其中GH4151、GH4175和GH4975合金是800℃以上服役变形高温合金的典型代表。对难变形高温合金国内外的发展趋势、3种典型合金的特征和发展过程进行了概述,并对难变形高温合金制备过程中开坯工艺和超塑性等问题进行了探讨。为充分发挥800℃以上服役高相含量难变形高温合金的优势和作用,需对合金成分设计特点、组织特性、热变形和超塑性变形过程中相的作用机制等方面开展相应的理论研究工作。

人工神经网络在建立变形高温合金本构关系中的应用

探讨应用人工神经网络建立变形高温合金本构关系的方法和效果。研究结果表明，应用人工神经网络建立变形高温合金本构关系能客观地反映材料在塑性加工过程中的动态行为，是一种具有广泛应用前景的建立工程材料本构关系的方法。

应用模糊数学预测变形高温合金锻件晶粒度

在等温恒应变速率压缩试验的基础上，首次应用模糊数学方法建立表征变形高温合金锻件晶粒度的隶属程度与锻造热力参数之间的定量关系，即所谓隶属函数。将隶属函数与有限元变形－传热耦合分析方法相结合，建立了预测变形高温合金锻件晶粒度的新方法。应用该方法进行预测的结果与试验数据，和ＧＨ４１６９合金涡轮盘锻件的实测晶粒度一致。该方法对优化难变形材料锻造工艺和控制锻件质量具有指导作用。

难变形高温合金GH4720Li的超塑性变形行为

利用等温热压缩模拟试验机,对难变形高温合金GH4720Li初始均匀细晶合金不同温度及应变速率下的变形行为研究,计算了判定合金超塑性变形范围的应变速率敏感因子m及对相应变形组织进行分析。结果表明,均匀细晶合金在1040-1130℃、0.0001-0.005 s^-1变形区间内,m值随变形温度升高和变形量增加而降低;1040-1100℃、0.0001-0.005 s^-1条件下,该细晶合金具有超塑变形的能力,而1130℃时,无论应变速率如何,该合金已经不具备超塑性变形的能力;均匀细晶合金在较高变形温度下最佳超塑性变形所对应的应变速率较高,低温变形时最佳超塑性变形发生需要更低的应变速率。

复合包套轧制工艺对难变形高温合金GH720Li组织的影响

研究了复合包套轧制工艺对难变形高温合金GH720Li组织的影响.结果表明:采用复合包套变形可以有效控制合金的轧制温度,减少轧辊与钢锭的摩擦力,改善难变形合金的表面质量及变形组织均匀性,防止轧制过程开裂.随着轧制变形量的增大,铸态GH720Li合金粗大的柱状树枝晶组织充分破碎,热变形后合金轧态晶粒度为ASTM5级,一次γ′相尺寸约为0.46μm,同时消除了低倍粗晶现象.经过热处理后GH720Li合金晶粒度为ASTM4级,改善了强化相γ′相的大小、数量及其分布状态,获得了良好的力学性能.

氮气雾化喷射沉积变形镍基高温合金

利用氮气雾化喷射沉积技术成功地获得了宇航用变形镍基高温合金柱形坯。沉积坯整体致密、含气量低、成分均匀、组织细化。研究了温度和应变速率对沉积材料的高温变形抗力、工艺塑性的影响以及热加工和经５ 种不同热处理后材料的显微组织特征。

一种新的变形高温合金强化方法——磷硼微合金复合强化

阐述了磷、硼的微合金强化作用。磷、硼微合金强化可成倍提高变形合金的持久寿命 ,降低蠕变速率一个数量级以上。利用磷、硼微合金化技术可发展长寿命高温合金 ,提高IN718合金的使用温度 ,发展可在70 0℃长期使用并具有优良性能的涡轮盘合金。

人工神经网络预测变形高温合金的持久强度

基于对变形镍基高温合金在不同温度和时间条件下合金成分及其持久强度数据归一化处理后的反向传播神经网络模拟,得到了可以比较准确表达持久强度与合金成分、温度和时间之间复杂非线性关系的权值矩阵,由此可以对镍基合金在不同温度和时间条件下的持久强度进行预测.结果表明,用神经网络预测的持久强度与实验结果吻合良好,从而证实了该网络模型的准确性和适用性.

应用神经网络表征变形高温合金的本构关系

本构关系是联系塑性加工过程中材料的动态响应与热力参数之间的媒介，因此，本构关系是用有限元对金属塑性加工过程进行数值模拟的前提条件。由于变形高温合金本构关系的高度非线性，在试验数据基础上，按Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ型方程用数理统计方法建立的本构关系，结构十分复杂，不便工程应用。本文探讨用人工神经网络这种新一代信息处理工具表征变形高温合金本构关系的方法和效果。研究结果表明，应用人工神经网络表征的本构关系比用数理统计方法建立的能较宏观地反映材料在塑性加工过程中的动态行为，是一种有广泛应用前景的表征工程材料本构关系的方法。

一种新型变形高温合金的组织与性能分析

采用热力学相计算、光学显微镜、扫描电镜、透射电镜及化学相分析等手段研究了一种新型变形高温合金标准热处理状态的基本组织,并通过与Waspaloy合金组织的对比,揭示了这种合金既具有较高的高温蠕变强度,又具有良好的加工性能的内在原因.结果表明,标准热处理状态的实验合金由大小不均匀的等轴晶组成,平均晶粒尺寸约为80μm.合金中除基体γ外,晶界和晶内还分布着颗粒状的Cr_(23)C_6和少量(Ti,Mo)C相;γ′强化相弥散分布于基体中,其平均尺寸约为25 nm,质量分数为16.9%.适当增大固溶强化元素Mo的含量,减少γ′形成元素Al或Ti的含量,可得到既具有较高蠕变强度又具有良好加工性能的镍基变形高温合金.

Ni基变形高温合金小孔攻丝扭矩的试验研究

采用修正齿丝锥和标准丝锥对Ni基变形高温合金GH4 1 6 9难加工材料进行了小孔螺纹攻丝对比试验。试验结果表明 ,与标准丝锥相比 ,采用修正齿丝锥可显著减小攻丝扭矩 。