Hf在FGH4097粉末高温合金中的相间分配行为

采用3DAP、FEG-SEM、TEM以及物理化学相分析方法研究5种Hf含量的FGH4097粉末高温合金中Hf在γ′相、MC型碳化物和γ相中的分配,以及Hf对γ′和MC析出相组成的影响。结果表明:随着合金中Hf含量的增加,进入各相的Hf量增多,Hf进入γ′相的比例基本不变,进入MC型碳化物的比例增大,进入γ相的比例减小,即Hf在γ′相和MC型碳化物的分配比逐渐减小,Hf在γ′相和γ相中的分配比逐渐增大;Hf主要分配在γ′相中,其次分配在MC型碳化物中,Hf在MC型碳化物中的质量浓度大约是Hf在γ′相中的20倍。

FGH4096粉末高温合金保载低周疲劳性能研究

对FGH4096粉末高温合金在700℃下进行了总应变范围控制的低周疲劳试验和拉伸应变保载低周疲劳试验,研究了保载时间对滞回环特征、应力松弛、循环应力响应和疲劳寿命的影响及其产生作用的损伤机理。结果表明,保载时间的引入可导致FGH4096合金疲劳寿命降低,随保载时间的延长,疲劳寿命降低速率逐渐减小;在总应变范围0.9%下,不同保载时间下FGH96合金均表现出循环软化特征;在拉伸应变保持期间发生应力松弛现象,拉伸应变保持初始阶段,应力急剧下降,之后随保持时间延长而趋于平缓。微观组织分析表明,低周疲劳断口和保载低周疲劳断口均由疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和瞬断区组成,疲劳源区均位于试样表面,扫描电镜下观察两种试样断口均未发现明显的蠕变断裂特征。

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%。

高温氧化对FGH96高温合金粉末表面状态的影响

通过模拟FGH96高温合金粉末在热等静压固结阶段的高温加热过程,利用多种表面分析方法,研究高温氧化对粉末表面状态的影响。结果表明,近热等静压加热温度条件下的高温氧化过程显著改变了FGH96高温合金粉末的表面形貌、表面元素分布和析出相组成。随加热温度的升高和保温时间的延长,胞状晶为主、树枝晶为辅的表面凝固组织被氧化物/碳化物层所覆盖,高温氧化过程促进粉末基体内部的Ni、Ti、Zr、Nb、Al和C原子逐渐扩散到粉末表面,粉末表面预先存在的氧化物(ZrO_(2))为MC型碳化物((Ti,Nb)C)的形核提供了结构条件。控制粉末表面氧化物的形成可以有效限制合金中形成原始颗粒边界缺陷。

粉末高温合金FGH4095和FGH4096的抗高温氧化性能

为研究舰载航空发动机关键部件的氧化腐蚀防护,开展镍基粉末高温合金FGH4095和FGH4096在750~1100℃空气环境中的高温氧化实验,采用静态增重法测定两种合金在不同温度下的氧化动力学曲线,利用金相显微镜、扫描电子显微镜、电子探针分析仪和X射线衍射仪对合金试样表面与截面氧化层的形貌、结构以及组成进行观察和分析。结果表明:FGH4095和FGH4096两种合金在750~900℃时属于完全抗氧化级,在1000~1100℃时属于抗氧化级,而两种合金的实际服役温度在900℃以下,所以在其工作温度范围内抗氧化性能优异。在750~900℃时,两种合金的抗氧化性能相近,无明显差别,氧化膜均未发生剥落。高温氧化后,FGH4095和FGH4096的氧化膜分为两层,内层都是以Al_(2)O_(3)为主,FGH4095的外层由Cr_(2)O_(3),Nb_(2)O_(5)和TiO_(2)组成,而FGH4096的外层仅为Cr_(2)O_(3)和TiO_(2)。在1100℃时,两种合金都发生明显氧化,大量氧化皮破裂,由于合金成分不同,此温度下两种合金的抗氧化性能差别较大,相比之下FGH4095合金具有更好的抗氧化性能。

FGH96镍基粉末高温合金的组织和性能

采用等离子旋转电极法制备FGH96 合金粉末,研究了用两种不同成形工艺制备的合金的组织和性能,同时对FGH96粉末高温合金的持久断裂行为和裂纹扩展速率进行了分析和研究。

等离子旋转电极雾化FGH95高温合金粉末颗粒凝固组织特征

对等离子旋转电极雾化(PREP)FGH95高温合金粉末颗粒凝固组织特征进行研究,并用数值分析方法计算了FGH95合金粉末凝固过程中冷却速率与粉末粒度之间的关系,结果表明:粉末颗粒表面凝固组织主要是树枝晶和胞状长大晶,随着粉末颗粒尺寸的减小,内部凝固组织由树枝晶为主逐渐转变为以胞状晶及微晶组织为主,冷却速率与粉末粒度之间的关系为T=2.267×109d-1.649,由此得出FGH95合金二次枝晶臂距与冷却速率之间的关系为S=36.2T-0.24.

PREP工艺参数对FGH95高温合金粉末特性的影响

研究了采用等离子旋转电极工艺制取FGH95高温合金粉末时各主要工艺参数对粉末平均粒度及其分布的影响。粉末的平均粒度主要取决于棒料的转速,且随棒料转速的增加而减小。粉末粒度的分布则与棒料转速、等离子弧电流强度以及等离子枪与棒料端部的距离等工艺参数有关。提高棒料转速、减小等离子弧电流强度或等离子枪与棒料端部的距离,均可使粉末粒度的分布范围变窄。

等离子旋转电极雾化FGH95高温合金粉末的预热处理

在不同热处理制度下对等离子旋转电极雾化 (PREP)FGH95高温合金粉末颗粒进行预热处理 ,并对热处理粉末颗粒微观组织、碳化物析出相及γ′相的变化规律进行研究。结果表明 :随着预热处理温度升高 ,树枝晶组织逐渐消失 ,γ′相由圆形逐渐转变为方形 ,粉末颗粒中的MC′型亚稳碳化物发生分解和转变 ,析出稳定的MC ,M2 3C6及M6C型碳化物。M2 3 C6碳化物的析出温度为 95 0℃ ,M2 3 C6与M6C碳化物的相互转变温度为 10 0 0～ 10 5 0℃ ,M2 3 C6和M6C的溶解温度为 110 0℃。

FGH95镍基粉末高温合金的研究和展望

粉末高温合金由于自身特有的组织和性能特点成为先进航空发动机涡轮盘和涡轮挡环的优选材料。总结我国20世纪80年代初开始研制的第一代镍基粉末高温合金FGH95在制粉工艺、粉处理工艺、成形工艺和热处理工艺等方面的研究工作。着重介绍FGH95合金生产中所采用的等离子旋转电极制粉工艺(Plasma rotating electrode process,PREP),筛分和静电分离去除夹杂工艺,直接热等静压(Hot isostatic pressing,HIP)和热等静压+包套锻造(HIP+Forging)成形工艺,以及固熔+盐淬热处理工艺。展望氩气雾化制粉(Argon atomizatio,AA)和直接热等静压成形在FGH95合金低成本制造上的发展优势和高固溶缓冷热处理工艺对提高合金抗疲劳裂纹扩展能力的影响,提出下一步的研究方向。

FGH97粉末冶金高温合金热处理工艺和组织性能的研究

对采用两种制度热处理的FGH97镍基高温合金进行了组织性能对比。结果表明,固溶淬火和时效温度、保温时间及冷却方式直接影响该合金中γ′强化相、不同类型碳化物等析出相的形貌、尺寸、数量和分布。两种制度热处理后的试样中γ′相和碳化物的不同匹配度,决定其各自具备良好的综合力学性能。制度Ⅰ试样的拉伸和持久塑性和750℃持久性能高于制度Ⅱ;制度Ⅱ试样的拉伸强度、650℃持久强度以及抗蠕变性和低周疲劳性能高于制度Ⅰ。

粉末冶金高温合金FGH96的热加工图及热压缩变形过程的开裂行为

采用Gleeble3180D型热模拟试验机对热挤压态FGH96合金在变形温度1020-1140℃，应变速率O．001-1．0s^-1进行热压缩实验，分析真应力一真应变曲线，绘制热加工图。并针对热挤压态粉末冶金高温合金FGH96在热压缩温度低于1080℃时的开裂现象，利用热模拟压缩实验方法，确定在变形温度为1050℃、应变速率为0．001-1．0s^-1的热压缩变形过程中的开裂临界应变量，观察变形后试样的裂纹形貌和显微组织，并利用有限元分析方法对热压缩变形过程进行模拟。结果表明：试样中部位置受拉应力作用沿着变形方向产生鼓形变形，当达到临界应变量后，产生呈沿晶断裂的宏观裂纹，并且随着应变速率的减小，裂纹产生的临界应变量逐渐减小；在低应变速率条件下，在宏观裂纹产生之前，试样内部晶粒之间出现了微观开裂的现象，并造成应力下降。

盘件用FGH95镍基粉末高温合金

介绍了钢铁研究总院高温材料研究所在盘件用镍基粉末高温合金 FGH95方面的研究现状和取得的成果 ,分析了目前研究工作存在的问题 ,提出了盘件用粉末高温合金今后的发展方向和研究重点。

时效制度对粉末冶金高温合金FGH95组织和性能的影响

研究了淬火处理的FGH95合金在不同时效制度下的显微组织和力学性能,并对室温U型缺口试样冲击断口进行了对比分析。结果表明:相同固溶淬火处理的FGH95合金,经过单级时效(760℃×16h/AC)和两级时效(870℃×1.5h/AC+650℃×24h/AC)处理后晶粒度相同,γ′相的形貌、尺寸和分布也无明显差异。二者的硬度、室温冲击韧度、室温和650℃拉伸性能相当;单级时效后650℃/1035MPa的光滑持久寿命略高于两级时效,但持久塑性低于两级时效。FGH95合金可以采用单级时效代替传统的两级时效处理。

FGH95镍基高温合金粉末中的夹杂及其对合金疲劳性能的影响

本文系统研究了FGH95粉末高温合金的原始粉末和粉末处理过程中夹杂的性质 (成分、分类和形貌 )以及夹杂对材料低周疲劳性能的影响 ,建立了夹杂的位置和尺寸与LCF性能的关系曲线。

热处理对FGH96粉末高温合金裂纹扩展速率的影响

研究不同热处理条件下FGH96粉末高温合金在650℃空气中疲劳/蠕变交互作用下的裂纹扩展速率,分析不同热处理对FGH96粉末高温合金裂纹扩展速率的影响规律。结果表明:提高固溶温度和盐浴温度可降低合金的裂纹扩展速率,固溶温度对裂纹扩展速率的作用程度大于盐浴温度的作用程度。降低时效温度和缩短时效时间也可延缓合金的裂纹扩展速率,时效温度对裂纹扩展速率的影响大于时效时间。另外,增加保载时间可以加快合金的裂纹扩展速率,但保载时间的影响随着时效温度的升高而减小。

预热处理对FGH95高温合金粉末中碳化物的影响

对等离子旋转电极雾化(PREP)FGH95高温合金粉末颗粒在不同温度下进行预热处理,并对热处理粉末中碳化物的变化规律进行分析,结果表明:经预热处理,粉末颗粒中的MC’型亚稳碳化物发生分解和转变,析出稳定的MC,M_(23)C_6及M_6C型碳化物,明显改变碳化物的稳定性和分布状态。

氩气雾化法制备FGH96高温合金粉末颗粒的凝固组织

利用扫描电镜（SEM）对氩气雾化（argon gas atomization,缩写AA）工艺制备的FGH96高温合金原始粉末颗粒的粘结形式、凝固组织、表面和内部形貌及其形成机理进行研究。结果表明：AA法制备的FGH96合金粉末,在颗粒尺寸d≥40μm时,颗粒之间出现凸起式粘结、包覆式粘结以及葫芦式粘结,其中凸起式粘结是主要的粘结形式。原始粉末颗粒的表面与内部形貌显示,在颗粒尺寸d≤30μm时主要是微晶和胞状晶;当颗粒尺寸d≥30μm时,随着颗粒尺寸增大,组织逐渐由胞状晶向树枝晶转变,并且＂多点形核＂产生的放射状树枝晶的数量增多。树枝晶的二次枝晶臂距λ与颗粒尺寸d之间呈线性关系：λ=0.766＋1.61×10-2 d。粉末凝固冷却速率在103~105 K/s范围,高于传统显微组织的冷却速率,低于产生特殊显微组织的冷却速率;因此出现传统的树枝晶、胞状晶组织,但更加细小,未出现特殊的显微组织,却产生了1~2μm的微晶组织。

C和Hf对FGH97粉末冶金高温合金热力学平衡相析出的影响

借助Thermo-Calc热力学计算软件及相应的镍基高温合金数据库,对不同C和Hf含量的粉末冶金高温合金FGH97进行了热力学计算,并结合了相应的显微组织观察。研究表明,C和Hf的改变会影响合金热力学平衡相的析出,其中影响最为显著的是碳化物相,其次为γ′相。本文为今后优化FGH97合金成分,提高合金性能提供了一定的理论依据。

热等静压温度对FGH96粉末高温合金显微组织的影响

热等静压工艺在飞机发动机粉末盘的研制中是一个关键热工艺,对粉末高温合金盘形件的组织、性能起重要作用。选择4种热等静压温度,对不同热等静压工艺后的组织进行研究。实验结果表明,提高热等静压温度可以促进消除残余枝晶,促进基体再结晶及再结晶晶粒长大,促进一次γ′相溶解和二次γ′相形核和长大。