MGH956合金发动机层板冷却结构的TLP扩散焊接

文中针对MGH956合金的发动机层板结构开展TLP扩散焊接制备研究,为高可靠航空发动机高温部件的制造提供技术支持。文中采用自研的KNiCr-3中间层在1240℃保温8 h的工艺条件下TLP扩散焊接制备了MGH956层板冷却结构,测试了层板结构焊接质量和接头力学性能。室温和高温拉伸测试结果表明,MGH956合金层板结构TLP扩散焊接头断裂发生在层板方柱(扰流柱)结构上,焊缝未发生断裂,室温和高温抗拉强度达到了基体材料的90%。超声检测结果表明,层板扰流柱与冲击板之间焊缝质量优异,未发现任何缺陷,焊缝形成了均匀的固溶体组织。微观组织与成分分析表明,焊缝附近区域各元素分布比较均匀,未出现成分和组织结构突变的区域,优质焊缝保证了结构能够与MGH956基体相当的热、力学性能。

MGH956合金表面氧化膜形态与性能研究

MGH956合金具有高熔点、低密度、优异的高温强度等优点,高温氧化后在表面生成一层致密的氧化膜,可以有效保护合金基体。本研究以MGH956合金为研究对象,通过高温氧化工艺在合金表面制备氧化膜,利用扫描电子显微镜(SEM)、纳米力学探针、微米划痕仪等表征高温氧化时间对MGH956合金表面氧化膜形貌与性能的影响。结果表明,随着氧化时间延长,氧化膜厚度由7.2μm增至15.7μm;氧化膜的弹性模量呈先降低后略升高的趋势,当氧化时间为25 h时,弹性模量最高(342.3 GPa);氧化膜与基体之间的界面结合强度不断增加,当氧化时间为100 h和150 h时,界面结合强度最大;在1250℃下,当氧化时间为50 h和100 h时,氧化膜表面质量较好,氧化膜与基体之间的界面结合强度最大,氧化膜硬度及耐磨损性能均保持较高水平。因此,建议采用50 h或100 h高温氧化工艺制备氧化膜。

MGH956合金板材电子束焊和氩弧焊的接头组织与性能研究

对MGH956合金板材的电子束焊和氩弧焊接头组织及其室温～1100℃的拉伸性能进行了研究。采用光学显微镜和扫描电镜对接头组织和拉伸断口的检验结果表明:电子束焊和氩弧焊使母材中原有超细的氧化物弥散强化相明显粗化,接头组织中有更粗大、且取向与母材原始晶粒取向相垂直的晶粒生成,以及不可避免地留有孔洞。组织上的改变导致接头不仅800℃以上的高温强度明显降低,而且低温脆性倾向明显加剧。MGH956合金板材电子束焊和氩弧焊的接头组织和拉伸性能表明,电子束焊具有明显的优势,具备工程应用的潜力。

微量CO_2对MGH956合金超声电弧TIG焊的影响

对MGH956合金进行超声电弧TIG焊接,在纯氩气保护中添加一定比例的CO2,通过对比在保护气体中添加0.5%的CO2前后焊缝组织和接头性能的变化,分析了在超声电弧的基础上微量CO2对焊缝组织及接头性能的作用机制及影响规律.结果表明,施加超声电弧后,焊缝晶粒变小,气孔变少,焊缝的抗拉强度有所提高;在施加超声电弧的基础上,在纯氩气中加入0.5%的CO2,焊缝中心晶粒呈细小等轴晶,且分布均匀,接头的抗拉强度明显提高,并实现了接头断裂方式由脆性断裂转化为韧性断裂.此外在纯氩气中加入0.5%的CO2后,焊缝的硬度增加,接头的综合性能得到了提高.

超声电弧激励电流对MGH956合金TIG焊缝气孔和拉伸性能的影响

通过高频调制TIG焊电弧激发超声电弧,对MGH956合金进行TIG焊接,对比了在不同激励电流作用下焊缝的气孔数量和性能的变化,分析了超声电弧的作用机制.结果表明,与未施加超声电弧相比,在激励电流为5 A或10 A时,焊缝气孔明显长大,但数量并没有减少,在激励电流提高到20 A或30 A后,气孔数量急剧减少;超声电弧的引入,使焊接接头的抗拉强度得到提高,且在激励电流为20 A时,焊缝的抗拉强度达到最大为550 MPa,达到母材的76%,同时接头由完全的脆性断裂变成脆性-韧性混合断裂形式.

氧化物弥散强化MGH956合金板材的拉伸和持久性能

研究了具有粗、细两种不同晶粒组织状态的MGH956合金板材室温～1200℃拉伸及1100℃持久性能。采用扫描电镜和金相显微镜对拉伸和持久试样的断口形貌及纵剖面组织进行了检验,对比分析了两种板材不同温度下的强化因素、及变形和断裂模式。结果表明:正是由于强化因素、及变形和断裂模式上的不同,使得细晶板材的拉伸强度在低温高于粗晶板材,在高温则低于粗晶板材,以及细晶板材的持久强度大大低于粗晶板材;但两种板材从室温～1200℃的拉伸伸长率并无明显差异。

Y_2O_3对MGH956合金的TIG焊接头组织和性能的影响

采用TIG焊对1.3mm厚的MGH956合金进行原位合金化焊接,对比研究了未添加,添加质量分数为2%,4%和6%的Y2O3对焊缝显微组织及力学性能的影响。结果表明:添加Y2O3后的焊缝组织以等轴晶为主,焊缝晶粒细小均匀,没有明显的金属氧化物聚集现象,并且有新的增强相颗粒析出。Y2O3的添加不仅细化了晶粒,还提高了接头的显微硬度和抗拉强度,从而改善了焊接接头的力学性能。Y2O3添加量为4%时接头抗拉强度最高,平均抗拉强度为605MPa,达到母材的84%。

氧化物弥散强化MGH956合金薄板的加工工艺和组织控制

针对氧化物弥散强化MGH956合金板材加工的热等静压、热锻、热轧、温轧、到最终再结晶退火的整个工艺过程和组织控制进行了研究。明确了对于不同厚度的成品板材，在最后一轮次退火后的温轧过程中，必须选用不同的工艺参数，通过控制温轧工艺参数，成功轧制出厚4．0～0．5mm板材，该板材在随后相应的高温退火条件下，均可实现充分的再结晶，生成希望得到的盘状粗晶组织。

MGH956合金超声电弧TIG焊电弧形态及焊缝形貌的研究

利用高速摄像机对超声电弧TIG焊接的电弧形态进行观察测量,并以MGH956合金为材料研究600W超声电弧TIG焊接下,超声电弧对焊缝尺寸变化及对气孔量的影响。实验结果表明,在超声频率为20、50和60kHz时的电弧出现了明显的收缩,而超声频率为30kHz时,电弧出现了扩展,超声频率对电弧形态具有非线性的影响,这主要与电弧等离子体收缩和电弧的声磁共振现象有关;焊缝宽度和熔化面积的变化与电弧尺寸的变化规律保持一致;600 W超声电弧在一定程度上可以去除焊缝中的气孔,但因超声功率较小,除气效果有限。

激励电流对MGH956合金超声电弧TIG焊接头性能的影响

通过外加激励源方式对TIG焊电弧进行高频调制从而激发出超声电弧,以自制的焊料作为填充材料,在不同激励电流下对MGH956合金进行超声电弧TIG焊,研究了超声电弧对焊缝气孔分布、微观组织和接头性能的影响.结果表明:随着激励电流的增大,焊缝中的气孔尺寸发生了明显变化,气孔数量也较为减少;超声电弧能够打断或者细化熔合线附近粗大的柱状晶的生长;超声电弧对焊缝区晶粒有细化的作用,在一定的范围内,随着激励电流增大,晶粒变得更加细小,但激励电流增大到30 A时,过大的热输入量反而使得晶粒过分粗化.比较拉伸试验结果表明:在施加激励电流为23 A的超声电弧时,接头抗拉强度最大,为623 MPa,达到了母材强度的86.5%.

激励电流对MGH956合金原位合金化TIG焊接头性能的影响

通过高频调制TIG焊电弧激发超声,以自制焊料作为填充材料,在不同激励电流下对MGH956合金进行超声电弧原位合金化TIG焊接,研究了超声电弧对焊缝气孔分布、微观组织和接头性能的影响。结果表明:在激励电流为10A时,焊缝气孔尺寸明显变大,但数量减少,焊缝晶粒粗大;当激励电流提高到20A时,气孔数量急剧减少,焊缝晶粒细小均匀,颗粒状增强相弥散分布;激励电流增大到30A时,气孔进一步减少,但晶粒粗化。比较拉伸实验结果表明,激励电流为20A时,接头抗拉强度最高,为626MPa,达到了母材强度的87%,同时接头由沿晶脆性断裂变成韧-脆混合断裂形式。

电弧超声激励频率对MGH956合金TIG焊接头的影响

为减少MGH956合金熔焊焊缝内的气孔量,利用高频调制TIG电弧激发超声电弧作用于MGH956合金的焊接,通过对比不同激励频率对焊缝气孔及性能的影响,分析了电弧超声激励频率对焊缝气孔及性能的作用机制及影响规律.运用理论计算的方法对焊缝中气孔的运动进行数学分析,理论计算结果与试验结果相一致.控制激励电流在15 A的条件下,激励频率为30 kHz时,焊缝的气孔量最少,且焊接接头强度达到最高,为521 MPa,达到母材的72%.实现了焊接接头断裂方式由脆性断裂转化为韧-脆混合断裂方式.

MGH956合金TIG焊原位合金化对其组织性能的影响

采用TIG焊对氧化物弥散强化(ODS)高温合金MGH956进行原位合金化焊接.在相同的焊接条件下,填加两种不同的填充材料:与母材化学成分相似的基体填充材料,以及在基体填充材料基础上加入了合金元素Al和Fe2O3的Al-Fe2O3填充材料.通过对比分析两组试样在焊接过程中发生的原位合金化反应机理,及其对焊缝微观组织和力学性能的影响,研究原位合金化反应对ODS合金TIG焊接头组织与性能的影响.结果表明:在填充材料中加入Al和Fe2O3合金元素时,焊缝处的气孔数量明显减少,气孔尺寸也较为减小;焊缝中原位生成了新的增强相颗粒Al2O3、TiC以及YAlO3,同时,基体中的纳米级增强相Al-Y复合氧化物团聚倾向降低.力学性能试验结果表明,填加Al-Fe2O3填充材料时焊缝显微硬度值明显提高,接头抗拉强度达到了578 MPa,为母材强度的80.3%.

La_2O_3对MGH956合金TIG焊焊缝组织和性能的影响

为了研究La2O3对焊缝组织和性能的影响,分别以未填加、填加2%和4%La2O3的填充材料对MGH956合金进行TIG焊接,应用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对焊缝的微观组织和拉伸断口进行观察,同时测试焊缝的抗拉强度.结果表明,适当提高La2O3含量,可以使焊缝晶粒得到细化,填加2%La2O3的焊缝晶粒最细小均匀,焊缝中的颗粒相增多且分布均匀,强化机制是由细晶强化和Orowan强化共同作用,但当La2O3加入量达到4%时,发现颗粒相有团聚现象,强化主要由位错塞积引起.填加2%La2O3的焊缝抗拉强度最大,为628 MPa,拉伸断口为韧—脆混合断裂.

镍基合金中间层TLP连接MGH956合金接头组织分析

分析了采用KNi9镍基合金中间层TLP连接MGH956合金时焊接接头组织、成分、相组成与连接工艺的关系;概述了焊接缺陷形成机理,并优化了工艺参数。研究结果表明:在连接温度T为1240℃,保温时间t为480min条件下能够形成连续的焊接接头。

细化晶粒对改善MGH956合金板材低温脆性的影响

通过对比粗、细两种晶粒组织状态的MGH956合金板材,在光滑和缺口拉伸条件下的韧脆转变温度(Ductile-BrittleTransition Temperature,DBTT),及高温持久性能,研究了细化晶粒对改善MGH956合金板材低温脆性的作用,及高温持久强度的影响。结果表明:细化晶粒有效地改善了MGH956合金板材的低温脆性,明显降低其DBTT,在应力集中程度极高的缺口拉伸条件下,细晶板材的DBTT仍可保持在-15℃以下,同时具有较高的高温持久强度。

氧化物弥散强化MGH956合金冷轧板材的再结晶

对氧化物弥散强化MGH956冷轧板材再结晶退火后可形成较为均匀细小和极其粗大两种完全不同晶粒组织状态的再结晶行为进行了研究。采用光学显微镜对冷轧板材在700～1350℃,1～120min等温退火后的组织检验结果显示：这两种晶粒组织状态的再结晶在起始和完成温度、起始形核位置、及长大速率等方面均存在显著差异,表明MGH956冷轧板材的再结晶并非仅以一种,至少可以两种不同的机制形成,并且,这两种机制还可共同发生在同一板材,导致MGH956板材再结晶组织形貌呈多样性,晶粒尺寸出现极为明显的差异。

V对MGH956合金TIG原位合金化焊接接头组织与性能的影响

为改善MGH956合金TIG焊焊缝的组织与性能,采用原位合金化方法对该合金进行TIG焊接。对比不同含量V的填充材料对焊缝组织与性能的影响,并讨论了V的作用机理。OM和SEM结果表明:填充材料中添加不同含量的V后,组织出现了不同程度的细化及均匀化,当wV=1.5%时,晶粒最细、尺寸均匀,同时焊缝中的气孔量有所减少;对焊缝中的颗粒进行物相鉴定可知,除了有YAlO3,TiC和TiN颗粒生成外还有(Ti,V)C复合颗粒生成。由TEM观察显示wV=1.5%时,焊缝内的碳化物颗粒与焊缝基体结合良好,且wV=1.5%时,接头强度最高,并实现了接头断裂方式由完全脆性断裂转变为韧性断裂。

MGH956合金冷轧薄板粗大再结晶晶粒形成机理

探讨MGH956合金冷轧薄板中粗大再结晶晶粒的形成原因,以及合金中的弥散颗粒对再结晶过程的作用和影响。结果表明MGH956合金中存在的细小弥散Y2O3颗粒,抑制了再结晶的形核过程,使合金中仅形成少量形核核心,在1300℃左右高温退火中,少量形核核心迅速长大,因此形成了粗大的再结晶晶粒组织。

MGH956合金TIG焊接接头组织和性能

分别以自制的高镍焊丝和MGH956合金基体为填充材料,对1.3 mm厚的MGH956合金进行TIG焊接,对比分析两种情况下接头的微观组织及其力学性能.以高镍焊丝作为填充材料进行焊接时,与填加基体相比,焊缝晶粒得到细化,孔洞减少,焊缝中生成了TiC等增强相,保证了焊缝较好的力学性能;同时,基体中的纳米级增强相Al-Y-O复合氧化物团聚倾向降低.力学性能试验表明:填加基体材料的焊缝抗拉强度仅为母材的57%,焊缝出现软化;填加高镍焊丝的焊缝出现硬化,抗拉强度为581 MPa,达到母材强度的80.7%;两种情况下,热影响区硬度与母材相当,接头都表现为脆性断裂.