纵向强静磁场对定向凝固DZ417G合金枝晶形态和数目的影响

纵向强静磁场可明显影响高温合金DZ417G的定向凝固组织,为控制定向组织树枝晶数目提供了一种新手段。在抽拉速率为5μm/s时,强磁场影响了该合金组织的定向凝固生长特性,影响程度随磁场强度的加大而增加。当抽拉速率达到40μm/s及其以上时,施加强磁场使得单位面积上的枝晶数目增加,枝晶数目随磁场强度的增大而增大,增大幅度最大达到一倍左右。当温度梯度增大时,强磁场在低抽拉速率(5μm/s)下影响该合金定向凝固的效应加剧,在抽拉速率40μm/s及其以上时增加枝晶数目的效应也加大。从磁抑制对流和热电磁效应方面分析了上述现象,提出了作用机理。

一种性能优异的低成本定向凝固镍基高温合金DZ417G

一种新的定向凝固镍基高温合金DZ417G已被研制成功,它不含有稀缺昂贵的金属元素W,Nb,Ta,Hf等元素,具有密度小、成本低的特点.简要地介绍这一合金的研究结果,包括化学成分的确定,定向凝固工艺和热处理制度的选定,所测试的各种力学性能;涉及不同温度的瞬时拉伸性能,冲击韧性,持久、蠕变性能及其机理,高、低周疲劳和冷热疲劳性能,疲劳裂纹扩展速率,长期时效后组织和力学性能的变化以及抗氧化性能和物理性能.结果表明,DZ417G合金是一种综合性能优异的定向凝固镍基高温合金,很多性能指标优于DZ4合金,与DZ22和DS CM247LC合金相当。可用作先进航空发动机低压涡轮叶片等零件.

循环热处理对定向凝固DZ417G高温合金组织和力学性能的影响

研究了镍基定向凝固高温合金DZ417G经多次循环热处理后的微观组织、力学性能和断裂方式的变化规律.随着循环热处理次数的增加,基体上较大的γ'强化相的数量降低,弥散的γ'相间距减小,合金室温硬度随之提高,900℃抗拉强度略微增大,拉伸塑性在3次循环热处理后有所下降.合金在980℃、216 MPa条件下的持久寿命随循环热处理次数的增加而延长,但循环热处理超过4次后,合金的持久寿命迅速下降.

微量元素对定向凝固IN738合金的影响(DZ38G合金的发展)

一、引言 由于高温合金广泛地应用于燃汽轮机中,它必须具有好的高温强度,好的抗热腐蚀和氧化性能及合适的显微结构稳定性,以便在长期使用后保持较好的性能。早在1970年,中国就生产和研究了普通铸造IN738高温合金。此后,通过在IN738合金中严格控制偏析及合理增加Al+Ti含量研制出一种高温下具有更高强度的普通铸造M38G镍基高温合金。在这些研究工作的基础上,又研制了具有较好综合性能的新型定向凝固镍基高温合金DZ38G。 Zr、P、B在定向凝固IN738合金中对显微结构和持久性能的影响已在前面的文章中揭示和介绍。在严格控制这些微量元素到尽可能低的水平,特别是不含Zr和少于5ppm的P之后,非平衡共晶(γ+γ’)减少,偏析大量降低,因而提高了持久性能。这就意味着严格控制Zr、P、B含量可使显微结构均匀和稳定。

微激光冲击DZ17G合金的表面完整性影响研究

为了在不影响柱状晶组织的前提下改善DZ17G定向凝固合金的力学性能,采用微激光冲击强化方法进行表面处理,通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和显微硬度计,测试分析微激光冲击对DZ17G定向凝固合金表面完整性的影响。试验结果表明:在水下无吸收保护层微激光冲击处理后,合金表面发生了烧蚀、熔融,1次冲击后形成光滑熔融区,但随着冲击次数增加而形成了大量微小烧蚀孔洞和难熔颗粒;表层组织仍由γ和γ′两相组成,柱状晶内形成了高密度位错和位错缠结,但未发生晶粒细化;硬度在深度上呈梯度分布,冲击1次后硬化层深度仅为100μm,表面硬度值达到503HV,提高了22.7%,而且硬度值和硬化层深度都随着冲击次数增加而增大。

定向凝固镍基DZ792及DZ792G合金的高温热腐蚀行为

采用涂盐法研究了DZ792与DZ792G合金涂覆75％Na2SO4＋25％NaCl混合盐后在900℃下的热腐蚀行为与机理．结果表明，900℃涂盐腐蚀条件下DZ792与DZ792G合金的热腐蚀机制为“酸／碱盐溶一内硫化氧化”．DZ792G合金在热腐蚀70～150h，腐蚀机制由碱性盐溶机制转化为酸性盐溶机制，最终导致灾难性腐蚀．DZ792G合金因具有较高的Ti含量，合金表面氧化膜的外侧形成富Ti氧化物层，TiO2与熔盐反应消耗其中的O。，促进热腐蚀由碱性向酸性盐溶机制转变．而DZ792合金Ti含量较低，TiO2层在氧化膜内侧形成，外侧少量Ti氧化物形成稳定的NiTiO3尖晶石层．DZ792合金氧化膜外侧的富Cr2O3层与熔盐直接反应，抑制了热腐蚀反应，因而具有优异的抗热腐蚀能力．

DZ125定向凝固高温合金的研究

研究了可用作先进航空发动机定向薄壁空心叶片的 DZ1 2 5合金 ,该合金具有高的综合性能 ,其力学性能水平高于国内外广泛应用的同类商用典型定向合金 ,同时具有良好的定向铸造工艺性能和高的薄壁力学性能。合金已用于铸造某航空发动机的具有复杂内腔的薄壁定向叶片 ,并已通过台架试车 ,投入小批量生产。

DZ125高温合金定向凝固微观组织的CA法模拟

采用伪二元相图法对DZ125多元合金进行了简化,并用二维Cellular Automaton(CA)法模拟了合金定向凝固微观组织.通过采用不均匀连续形核模型,在考虑到枝晶生长动力学的基础上,模拟了不同抽拉速度下合金定向凝固组织形貌、枝晶界面形态以及一次枝晶间距的变化,说明树枝晶竞争生长中存在"分枝"与"淹没"的机制;并且随凝固速率的增加,合金凝固组织从分枝较少的胞状树枝晶向分枝发达的树枝晶转变.模拟的一次枝晶间距从凝固速率为50μm/s时的132μm减少到凝固速率为500μm/s时的69μm.模拟结果与实验结果吻合较好.

抽拉速率对定向凝固DZ483合金的微观组织及力学性能的影响

研究抽拉速率对DZ483合金微观组织及力学性能的影响。结果表明:随着抽拉速率的提高,合金的一、二次枝晶间距逐渐减小,γ′相尺寸减小,但γ′相的数量增多;共晶组织及枝晶间碳化物的数量增多。碳化物形貌由块状转变成长条状,类型不随抽拉速率的提高而改变。随着抽拉速率的升高,除Cr元素偏析系数在1左右波动外,其余元素的偏析程度都增加,其中W、Mo元素偏析程度明显加重;DZ483合金的持久性能随抽拉速率的提高先升高后降低。不同抽拉速率下,合金断口均呈现出韧性断裂和脆性断裂混合特征,γ′相为合金的主要强化相。随着抽拉速率的提高,一方面,合金中γ′相的数量逐渐增多,尺寸逐渐减小,提高了合金的持久性能;另一方面,由于元素偏析程度加重、碳化物和共晶数量增多及γ′相筏形化规则程度的下降,降低了合金的持久性能。

DZ125高温合金熔体超温处理定向凝固组织的演化规律

在保持凝固界面温度梯度恒定的条件下,研究了DZ125高温合金熔体超温处理定向凝固组织的演化规律。实验结果表明,熔体超温处理对DZ125合金的定向凝固组织有着显著的影响。一次枝晶间距和二次枝晶间距均随着熔体超温处理温度的升高,呈现出先减小后增大的变化规律,并在超温处理温度为1 650℃处出现最小值。合适的熔体超温处理可以起到与提高凝固速率相同的作用,有效细化合金凝固组织,从而有利于降低合金元素偏析程度,减少甚至消除凝固缺陷,缩短热处理均匀化时间,提高合金的力学性能。

定向凝固钴基高温合金DZ40M的热处理研究

研究了热处理对新研制的定向凝固钴基高温合金DZ40M组织和性能的影响。结果表明 :12 80℃ / 4h固溶处理可完全溶解DZ40M合金中初生碳化物M7C3 和MC ,合金成为单相固溶体。95 0℃和 10 5 0℃时效处理可使DZ40M合金发生硬化 ,以 95 0℃时效硬化效果更为明显 ,相应的峰时效制度为 95 0℃ / 12h和 10 5 0℃ / 2 4h。时效处理引起M2 3 C6沉淀析出。 95 0℃ / 12h时效显著提高DZ40M合金室温强度和高温持久寿命 ,同时也减少了合金塑性 ,但合金仍保持一定的塑性。 10 5 0℃ / 2 4h虽然能增加室温拉伸性能 。

DZ4定向凝固合金的抗高温氧化行为研究

为了满足航空发动机热端关键零部件的高温使用性能,依据GB/T13303-91和HB5258-2000标准,对DZ4定向凝固合金进行了1 100℃、300 h高温氧化性能试验,对试验数据进行了分析,绘制了氧化动力学曲线.用MX2600FE型扫描电镜及能谱仪对其表面形貌、截面组织形态、相组成等进行了观察与测量.实验结果表明:DZ4定向高温合金在1 100℃、300 h氧化过程中,氧化膜组成主要为NiO、α-Al2O3Ni(Cr,Al)2O4,氧化膜是连续完整和致密的,在氧化的后期,氧化膜表层有轻微的剥落,且未观察到氧化膜内侧发生内氧化.其氧化动力学曲线符合抛物线规律,其氧化速率K<0.1,氧化性能评定属于完全抗氧化.

DZ125高温合金定向凝固中的枝晶竞争生长及溶质分布模拟

采用元胞自动机法与有限差分(CA-FD)耦合计算,模拟了恒温度梯度定向凝固下DZ125高温合金枝晶竞争生长过程以及溶质分布。结果表明,模型能够动态演示DZ125高温合金微观组织演化的细节。在抽拉速度为10μm/s时,糊状区枝晶干中心从枝晶底部到尖端存在1%/mm的溶质梯度,其界面前沿液相溶质浓度从44.16%衰减为合金原始溶质浓度38.68%;而在抽拉速度为100μm/s时,糊状区枝晶干中心从枝晶底部到尖端溶质梯度很小,其界面处的液相溶质浓度为51.54%,比10μm/s时的值大。在抽拉速度为100μm/s时定向凝固枝晶间液相溶质浓度从底部到顶部逐渐减小,减小的幅度为20%/mm,其值与理论计算结果基本符合。

两种定向凝固方法DZ22合金的力学性能和组织

比较了超高梯度定向凝固法（ＺＭＬＭＣ法）和普通定向凝固法（ＨＲＳ法）对ＤＺ２２合金的高温力学性能和组织的影响．结果表明：ＺＭＬＭＣ法大幅度地提高了合金的高温力学性能，９８０℃，２２０ＭＰａ条件下的高温持久寿命由７２ｈ提高到１６８ｈ；一次、二次枝晶臂间距λ１和λ２分别由１５０μｍ和５０μｍ．左右减小到６８μｍ和１６μｍ左右；元素的枝晶偏析得到抑制；合金显微组织的组成相γ′，（γ＋γ′）共晶，ＭＣ型碳化物的形态、大小和分布均发生了明显的变化；断口形貌，ＨＲＳ法为粗大的方形或近似圆形的韧窝。

表面再结晶层对DZ4定向凝固合金低周疲劳性能影响

针对DZ4定向凝固合金表面再结晶层对材料性能的影响进行了低周疲劳实验研究,并通过岛津SEM伺服疲劳试验机进行表面裂纹实时观察跟踪。研究结果表明,表面再结晶层的存在对材料性能明显产生负面作用,低周疲劳寿命大大降低。不同喷丸强度试件在相同的高温退火条件下形成的再结晶具有不同的再结晶形态,高喷丸强度再结晶更加完全,晶界清晰平直,晶粒有长大的趋势。表层再结晶形态也对疲劳寿命的降低程度以及疲劳微裂纹萌生寿命和裂纹密度有较大的影响。较高喷丸强度形成的再结晶层的试件疲劳寿命降低较少,表面微裂纹萌生较晚,裂纹密度也很低。低喷丸强度试件表面微裂纹大量萌生,密度非常高。再结晶层的晶界开裂是导致表面微裂纹大量萌生的根源,从而导致疲劳寿命大幅度降低。

凝固参数对定向凝固合金DZ22枝晶特性的影响

采用ＺＭＬＭＣ超高梯度定向凝固装置，研究了不同凝固参数下定向凝固高温合金ＤＺ２２的枝晶特性．结果表明，冷却速率增大，枝晶臂间距显著细化，枝晶偏析被强烈抑制．当冷却速率为５４．２Ｋ·ｓ－１时，一次、二次枝晶臂间距λ１和λ２分别为２８．μｍ和８．４μｍ，Ｎｂ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｏ。

喷丸强化对DZ4定向凝固高温合金高温旋转弯曲疲劳性能的影响

对DZ4定向凝固高温合金进行喷丸强化。利用表面轮廓仪、硬度计和扫描电镜等设备研究了表面粗糙度、显微硬度、组织结构等表面完整性的变化。在820℃高温下进行了光滑和缺口试样的旋转弯曲疲劳试验。结果表明,由于喷丸强化效应和弱化效应基本相当,喷丸强化工艺对提高DZ4定向凝固各向异性材料光滑试样高温疲劳性能效果不显著;但对于具有应力集中的缺口试样,由于喷丸弱化作用引起的应力集中效应被缺口应力集中所掩盖,喷丸强化效果比较显著。

定向凝固高温合金DZ4的动态再结晶行为研究

研究了定向凝固DZ4合金在高温静拉伸应力作用下的动态再结晶行为，重点研究了温度、应力及表面氧化等因素对DZ4合金动态再结晶行为的影响。结果表明，在一定大小的应力作用下，不带涂层的DZ4合金试样表面在800-950℃范围内会发生动态再结晶，且再结晶层厚度随着温度和应力的增高而增大；动态再结晶层均位于表面氧化层内。分析表明，表面氧化是DZ4合金发生表面动态再结晶的主要原因。试验结果同时表明，表面采用Al-Si渗层保护的定向凝固DZ4合金叶片在正常服役条件下不会发生再结晶。

DZ125定向凝固合金的再结晶行为研究

研究了DZ125定向凝固合金发生再结晶的温度条件以及吹砂条件对其再结晶行为的影响。结果表明:铸态和热处理态DZ125定向凝固合金开始发生再结晶的温度基本相同,均在1000～1050℃范围内;该合金的再结晶深度随热处理温度的升高而增大,当热处理温度低于1150℃时,增大的幅度较小,当温度超过1150℃后,再结晶深度迅速增大,γ′相的溶解是DZ125合金再结晶的控制因素;随着吹砂压力或吹砂时间的增加,DZ125合金表面变形量增大,再结晶深度也随之增大。

DZ125定向凝固高温合金的超声疲劳行为研究

利用超声疲劳试验方法研究DZ125合金在105-109循环周次范围内的疲劳性能,其载荷频率为20 kHz。结果表明：DZ125合金疲劳断裂寿命在105-108循环周次范围内;扫描电镜观察表明,DZ125合金的超声疲劳裂纹均起源于表面,疲劳断口的起源区由多个斜面组成,存在明显的滑移台阶形貌特征,从合金的超声疲劳裂纹扩展形态来看,随着应力幅的减小,裂纹第一阶段的扩展更加明显,扩展距离更长;表面粗糙度的测量结果表明,合金超声疲劳后的裂纹起源处的表面粗糙度在应力幅为400 MPa时的试样表面发生了明显的变化。