型壳温度对DZ22B合金叶片枝晶组织的影响

以DZ22B镍基高温合金叶片为研究对象,采用ProCAST数值模拟及试验相结合的方法对不同型壳保温温度下铸造叶片定向凝固过程中的温度场、热裂倾向及组织进行研究。结果表明:随着型壳保温温度的增加,等温线整体呈下凹趋势,处于1 540℃温度下的糊状区下凹程度明显大于其他温度,且叶片HTI结果有所增加,容易产生热裂的区域集中在叶身上部,排气边位置容易产生热裂的区域比进气边更大;相同高度位置下的叶片排气边枝晶间距均小于进气边枝晶间距;随型壳保温温度升高,一次枝晶间距和二次枝晶间距均降低,对比模拟结果与试验统计得出的一次枝晶间距和二次枝晶间距,得出一致结论,模拟与试验吻合较好。

凝固速率对DZ22合金力学性能和组织的影响

本文采用ＺＭＬＭＣ超高梯度定向凝固法（ＺＭＬＭＣ法），研究了两种凝固速率下ＤＺ２２合金的高温力学性能和组织。结果表明，较高凝固速率下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７１ｈ５０ｍｉｎ提高到１６８ｈ５ｍｉｎ；一次、二次枝晶臂间距λ＿１和λ＿２分别由１０５μｍ和３２．７μｍ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。

DZ22B高温合金定向叶片粘砂形成机制与抑制措施

采用SEM、EDS等分析手段研究DZ22B合金定向叶片粘砂层的微观形貌与化学组成。结果表明:合金熔体渗入型壳面层孔隙中,包覆部分陶瓷颗粒形成金属-陶瓷状粘砂缺陷;粘砂层主要成分为Al2O3,并含有Cr2O3和HfO2这两种合金熔体与电熔刚玉陶瓷型壳的高温界面反应产物;DZ22B合金定向叶片表面粘砂缺陷的形成机制是以热机械渗透粘砂机制为主;向型壳面层浆料中加入一定量的粘砂抑制剂,可显著改善电熔刚玉型壳面层抗合金熔体渗透性能,经浇注验证,叶片表面光洁无粘砂,呈现出明显的金属光泽。

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。

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。

DZ22合金的各向异性蠕变损伤本构模型的建立及数值分析

采用一种高阶损伤张量的方法,对于DZ22定向凝固高温合金材料的一级和二级蠕变,采用Hill各向异性理论和Norton能量准则设计各向异性本构模型,采用ANSYS软件编程。并且将它分别与单轴蠕变试验以及Kachanov-Rabotnov(K-R)的各向同性蠕变的材料本构模拟结果进行比较,同时研究了基于材料取向的参数化蠕变行为。结果表明,蠕变应变模拟的结果非常准确,适用于作为高温合金的各向异性蠕变本构的一种类型。

镍基钎料加压钎焊等轴高温合金DZ22接头的组织与性能

采用镍基非晶态箔带BNi82CrSiB,在加压规范下对等轴高温合金DZ22进行了钎焊试验,结果表明此规范能实现等轴高温合金DZ22的连接,钎焊接头的室温和900℃的抗拉强度分别为853MPa和658MPa,两者均达到母材等轴高温合金DZ22性能指标的70%。

DZ22/NiCrAlY涂层抗氧化性能研究

为了提高ＤＺ２２ 合金的高温抗氧化性能，利用磁控溅射技术沉积了ＮｉＣｒＡｌＹ 涂层。周期氧化试验表明，涂覆ＮｉＣｒＡｌＹ 涂层后ＤＺ２２／ ＮｉＣｒＡｌＹ系统周期氧化总寿命高于２０００ｈ， 较未施加涂层的ＤＺ２２ 提高１０ 倍以上。涂层中微量元素Ｙ 和ＲＥ的适当增加。

抽拉速率对连续定向凝固DZ22高温合金组织和性能的影响

采用下引式连续定向凝固装置研究了抽拉速率对DZ22高温合金连续定向凝固组织和性能的影响。结果表明:随着抽拉速率从3 mm/min增加到9 mm/min,一次枝晶间距从199μm减小到141μm,二次枝晶间距从43μm减小到32μm;合金中主要元素的微观偏析程度均减轻;碳化物呈颗粒状弥散分布,其面积分数从1.2%降低到0.8%;枝晶干处γ′析出相平均尺寸从387 nm减小到199 nm,枝晶间处γ′析出相的平均尺寸从367 nm减小到302 nm;枝晶干硬度从418 HV0.5升高至428 HV0.5,枝晶间硬度从426 HV0.5升高至451 HV0.5。

DZ22B高温合金定向凝固叶片铸造缺陷的形成机理研究

采用SEM、EDS等分析手段研究了DZ22B镍基高温合金定向凝固涡轮叶片不同区域铸造缺陷的特点及其形成原因。结果表明,裂纹缺陷主要分布在叶身的中上部位,其形成机理主要归因于叶片在凝固过程中的共晶组织过多;而疏松缺陷分布在叶身和缘板部位,产生在枝晶间共晶组织附近。枝晶间距小补缩不足和反应生成的CO气体未及时排除是疏松形成的两大原因。

高强度定向凝固高温合金DZ22的研究和应用

DZ22合金具有较高的中、高温性能,与国外著名的定向合金PWA 1422相当。它的成分以PWA 1422为基础,通过试验确定了更合适的Hf、C和Zr含量范围。现行的母合金熔炼工艺和铸件定向工艺是可靠的、稳定的。经过专门处理的返回料可以应用。在定向凝固过程中的铸型移动速度对零件的结晶取向和组织有较大影响。提高固溶热处理温度对高温纵向持久寿命和中温横向持久寿命有相反的作用。批生产实践证明:DZ22合金不仅具有较高的力学性能,而且具有良好的铸造、焊接和磨削加工性能,是制造先进航空发动机和地面燃气涡轮用的带有复杂薄壁内冷通道的涡轮叶片的理想材料。

非真空激光定向凝固参数对DZ22合金熔覆层组织的影响

为改善DZ22合金的定向凝固熔覆层组织,实现定向凝固基材的大面积修复,本工作采用固定变量法,通过改变相应的激光工艺参数,研究激光工艺参数对DZ22合金定向凝固熔覆层组织的影响。结果表明,随着电流和脉宽的增大,熔覆层一次枝晶间距变大,二次枝晶逐渐变多且不断长大,等轴晶区域也增多,转向枝晶区高度增大;随着频率的增大,熔覆层上层等轴晶区域先增多后减少,一次枝晶干逐渐变细;而扫描速度和一次枝晶尺度呈负相关,随着扫描速度的变大,一次枝晶间距逐渐减小,转向枝晶区高度也降低,高扫描速度不利于形成柱状晶组织。

强流脉冲电子束轰击对DZ22镍基高温合金表面形貌及硬度的影响

DZ22镍基定向凝固高温合金在高温环境中具有优良的高温稳定性,被广泛应用于高温热端工件.利用强流脉冲电子束(HCPEB)对DZ22合金进行轰击处理,提高其表面性能.对轰击后表面形貌及硬度研究发现,HCPEB轰击DZ22合金后,合金表面由于易熔物烧蚀、喷发而形成熔坑,并且易熔物所处位置对HCPEB轰击后所形成的熔坑形貌造成影响.轰击次数的不同影响DZ22合金表面强化相出现的位置以及形貌.轰击后在合金表面形成~4μm厚度的重熔层以及~30μm厚度的热影响区.不同的轰击次数对合金表面硬度的影响不同,轰击1,10次的合金表面硬度明显高于轰击5,20次.

Al_2O_3型壳与DZ22合金的界面反应研究

为解决Al2O3陶瓷型壳与DZ22合金的界面反应问题,通过浇注试验制得试样,借助光学显微镜、SEM、EDS等手段对所得试样的形貌、成分、界面等进行了研究。结果表明,DZ22合金与Al2O3型壳的反应产物表面呈现粉红色,产物主要是Cr2O3;金属-型壳界面处为白色的HfO2反应层;随着Al2O3型壳成分中杂质含量的增加,界面反应的程度逐渐增加。

发动机涡轮叶片榫头荧光显示分析

发动机涡轮叶片在成品检验和工厂试车后检验时,发现大量叶片榫头存在聚集性点状显示。采用扫描电镜观察和金相分析,研究了荧光显示部位缺陷的性质及其产生的原因。结果表明荧光显示部位存在明显的显微疏松,榫头处有清晰的磨削痕迹,局部有微裂纹。显微疏松在磨削应力作用下局部撕裂,磨削痕迹使显微疏松连接成片,从而导致聚集性荧光显示。热处理和工厂试车时的高温促使缺陷暴露,使得易于在该阶段发现缺陷。建议适当降低拉晶速度,延长拉晶时间,可以显著减轻显微疏松的程度。改进工艺的叶片腐蚀后未发现明显的显微疏松。

DZ型单体液压支柱使用及维护

对DZ2 2型单体液压支柱在使用过程中出现的问题加以阐述 ,并提出预防措施。

高温合金差示扫描量热分析(DSC)的影响因素研究:升降温速率和取样部位

对定向凝固DZ22镍基高温合金在5~40℃/min不同速率下进行升、降温差示扫描量热分析(DSC)试验,通过线性外推和取平均值的方法确定合金近平衡态的相变温度。对不同取样部位的DZ22合金进行10℃/min下的升、降温DSC曲线的测定。结果表明,(1)DSC试验中的升、降温速率对DZ22合金的相变温度测试结果包括液相线、MC碳化物、固相线、共晶γ′和次生γ′均产生明显影响,其中加热曲线随着升、降温速率的升高向高温方向偏移,冷却曲线则向低温方向偏移,峰的高度随着升、降温速率的升高而增大,但升、降温曲线对应相变温度点平均值趋于一致,接近合金的平衡相变温度。除液相线外,采用升、降温曲线外推法获得的平衡态相变温度存在一定的差异,而取升、降温曲线对应的相变温度平均值较为固定,是确定合金近平衡相变温度的有效方法。(2)取样部位对DSC加热曲线低温段中的γ+γ′共晶和固相线温度产生明显影响,因显微偏析导致的组织差异造成同炉定向凝固试棒的底端和顶端的共晶γ+γ′和固相线温度分别相差17和20℃,而对曲线高温段的液相线和MC碳化物溶解温度影响不大;不同取样部位的合金加热完全熔化后组织趋于一致,再次凝固冷却过程中相变温度也趋于一致,因此DSC冷却曲线基本重合,取样部位对DSC冷却曲线无明显影响。

某型发动机涡轮Ⅰ级叶片伸长失效分析

某机第一次大修检查时发现,燃气涡轮I级叶片中各叶片较出厂时均有不同程度的伸长现象。涡轮叶片材料牌号为DZ22高温合金,对故障叶片外观、低倍组织和显微组织进行了检查,根据试验结果得出,故障燃气涡轮Ⅰ级叶片发生了过热超温现象,超温使得叶片组织中出现了γ'相回溶、球化和聚集是导致叶片发生蠕变伸长的主要原因。