FGH4097合金热等静压成形数值模拟

基于连续介质理论,应用Shima模型描述FGH4097合金粉末热等静压的致密化变形规律,采用有限元分析软件MSC.marc对装FGH4097合金粉末圆柱包套的热等静压过程进行了数值模拟和试验验证,分析了包套的变形规律以及温度场对坯料致密化过程的影响。结果表明:在热等静压过程中,Shima模型对描述FGH4097合金粉末的致密化过程具有较高的精度,圆柱包套的数值模拟结果和试验结果的尺寸误差控制在2%以内;包套的厚度以及边角效应对热等静压过程中坯料的收缩变形有着显著的影响;热等静压过程中坯料内温度梯度所导致的应力状态差异使得坯料的收缩偏离各向同性。

不同三级时效热处理对FGH4097合金显微组织和γ′相演化的影响

采用光学显微镜和扫描电镜研究了FGH4097粉末高温合金经9种不同三级时效工艺处理后的显微组织和γ′相的演变。结果表明:不同时效制度下FGH4097合金的光学显微组织变化不大,均未见原始粉末颗粒边界组织;不同时效制度对合金的二次γ′相的形态有一定的影响,对三次γ′相的平均尺寸、面积分数、颗粒密度和尺寸分布有明显的影响。FGH4097合金最优的三级时效热处理工艺为910℃×3 h/AC+750℃×8 h/AC+700℃×16 h/AC。

铪对FGH4097合金系热力学平衡析出相和原始颗粒边界的影响

为消除粉末冶金高温合金FGH4097中存在的原始颗粒边界(PPB),采用Thermo-Calc热力学计算软件对FGH4097合金系进行热力学计算,并进行相应的组织观察与能谱分析,重点研究了铪(Hf)在FGH4097合金中的分布规律以及Hf对析出相的影响,特别是分析了Hf对合金中PPB的影响规律。结果表明,FGH4097合金中Hf主要存在于MC、MB2和γ'相中,Hf能促进MC相和γ'相的析出,有效地抑制M6C和M23C6型碳化物的形成。Hf质量分数为0.30%时消除了FGH4097合金中的PPB。

粉末高温合金FGH4097高温变形流变应力模型

通过热模拟试验研究了粉末高温合金FGH4097在变形温度1,050~1,170℃、应变速率0.001-1.0s-1工艺窗口的热变形行为。实验结果表明,FGH4097合金应力-应变曲线在上述工艺窗口内呈现典型动态再结晶特征。在一定温度下,随着应变速率增加,流变应力增加。在一定应变速率下,随着温度增加,流变应力降低。采用Arrhenius双曲正弦模型拟合FGH4097合金应力应变曲线,确定热变形激活能,建立FGH4097合金本构模型,为其热加工工艺数值模拟和工艺参数精确制定提供依据。

长时效后FGH4097合金的组织稳定性与力学性能

研究了FGH4097合金在550℃、650℃、750℃温度下5000h长时效过程中的显微组织变化和力学性能变化。结果表明:在550℃和650℃时效温度下的5000h时效过程中FGH4097合金的组织和力学性能稳定;在750℃时效过程中,1000h时效以前的合金组织和力学性能稳定,2000h时效以后,合金开始析出μ相,三次γ′发生了较明显的粗化,合金的室温冲击韧性明显下降。在长时效过程中,合金的复合持久性能和时效前相当。

粉末高温合金FGH4097热变形行为研究

通过热压缩试验研究了FGH4097粉末高温合金在应变速率为0.001~1s-1,变形温度为1080℃~1200℃条件下的力学行为,建立了FGH4097的本构方程,其热变形激活能达1636kJ/mol。因为第二相γ′相的强化作用,合金在γ单相区和γ+γ′双相区表现出不同的流变行为,真应变达到0.4时,功率耗散系数在1120°C/0.001s-1附近达到峰值。

电感耦合等离子体发射光谱法对FGH4097中钴、铬、钼、钨含量的测定

本工作采用盐酸-硝酸-氢氟酸的溶样方法。旨在通过电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)系统探究常规校准曲线法与合金元素匹配法的差异,以解决FGH4097高温合金中钴、铬、钼、钨元素的高精度和高准确度检测问题。通过配制与FGH4097合金主成分相似的工作曲线对样品进行测试,表明合金元素匹配法检测FGH4097高温合金中钴、铬、钼、钨元素的准确度和精密度都更优异,且检测过程更简单,更便于实际生产应用。

发动机粉末合金高压涡轮盘断裂的原因

某型发动机在进行300h长试试车过程中,材料为FGH4097粉末高温合金的高压涡轮盘发生断裂,造成发动机烧毁,对涡轮盘掉块断口进行宏观、微观观察以及能谱分析,对故障原因进行了排查并对排查结果进行了模拟试验。结果表明:失效的高压涡轮盘为疲劳断裂,涡轮盘疲劳断裂的原因是其冷却孔边存在的夹杂物以及夹杂物周围的大面积原始颗粒边界(PPB),夹杂物主要为电弧焊的焊渣,PPB是焊渣与合金反应生成的伴生物。

Hf含量对FGH4097粉末冶金高温合金PPB的影响

研究了Hf含量分别为0、0.3%和0.9%的FGH4097粉末冶金高温合金的显微组织,重点分析了Hf含量的变化对FGH4097合金原始颗粒边界(PPB)的影响。结果表明:随着Hf含量的增加,FGH4097合金析出的MC型碳化物中Hf C显著增多,且碳化物主要在基体内部均匀析出,显微组织中PPB明显减少。

喷丸强化对FGH4097粉末高温合金室温高周疲劳极限的影响

对FGH4097粉末高温合金进行喷丸强化,测定室温下高周疲劳极限,利用SEM观察疲劳断口特征及喷丸表面形貌,X射线应力仪和超微小动态显微硬度仪测定试样表层残余应力(σr)和超显微硬度(DHV),采用EBSD及TEM观察喷丸强化层的微观特征。结果表明:室温下,与未喷丸试样相比,喷丸后残余压应力更大、更深、更稳定,有利于提高疲劳裂纹萌生抗力及降低裂纹扩展速率;喷丸表层的高位错密度、大量小角度晶界及软取向晶粒数量减少阻碍疲劳裂纹在表面萌生,从而FGH4097高周疲劳极限提高20.7%。

FGH4097镍基粉末高温合金的制备工艺与显微组织

本文总结了我国了21世纪初研制的高合金化γ′相沉淀强化镍基粉末高温合金FGH4097在成分设计、制备工艺、显微组织等方面的研究工作,对于进一步提高FGH4097合金涡轮盘件的材料利用率进行了展望。