激光冲击强化对FGH95粉末合金的表面完整性研究

选择用于涡轮盘榫槽结构的FGH95粉末合金为研究对象,研究入射角度、激光能量和冲击次数不同的激光冲击强化处理对FGH95材料的表面完整性影响。结果表明:表面粗糙度值、残余应力和显微硬度都会随着激光能量和冲击次数的增加而增加,增幅逐渐减小且冲击次数的增幅下降趋势更大;表面粗糙度值、残余应力和显微硬度都会随着入射角度的增加先增大而后减小,入射角度在20°呈现最大的表面粗糙度值和残余应力,在40°呈现最大的表面显微硬度。

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.

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。

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。

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。

FGH95粉末镍基合金的组织结构与蠕变特征

通过蠕变曲线的测定及组织形貌的观察,研究了FGH95粉末镍基合金的蠕变行为及变形特征。结果表明:FGH95粉末镍基合金在试验的温度和应力范围内,具有明显的施加温度和应力敏感性,并测算出合金的蠕变激活能和应力指数。合金的组织结构由一次、二次、三次γ′相及弥散分布的碳化物组成,在粉末颗粒之间具有较宽的晶界。蠕变期间,在合金晶粒内的变形以单取向或双取向滑移方式进行,并在滑移迹线附近有细小碳化物析出,而较宽的晶界由于剧烈变形可发生碎化形成细小晶粒。合金在蠕变期间的微观变形机制是位错发生双取向滑移,其中(1/2)〈110〉位错在γ基体相中运动,〈110〉超位错存在于γ′相内,而层错的形成是由于〈110〉超位错分解为(1/3)〈112〉超肖克莱不全位错所致。

FGH95粉末镍基合金热处理后的微观组织与蠕变性能

通过进行蠕变曲线测定和组织形貌观察,研究了FGH95粉末镍基合金的微观组织结构与蠕变行为。结果表明:合金经高温固溶、盐浴冷却处理后,组织结构是由细小的γ′相弥散分布在γ基体所组成,其细小(Nb,Ti)C碳化物在晶内及沿晶界不连续析出。在试验的温度和施加应力范围内,合金表现出明显的施加温度敏感性,并测算出合金在稳态蠕变期间的蠕变激活能和应力指数分别为Q=542.07kJ/mol和n=14.8。合金在蠕变期间的变形特征是孪晶和位错在晶内发生双取向滑移,其切入γ′相内的<110>超位错可分解形成(1/3)<112>超肖克莱不全位错+层错的位错组态,发生孪晶变形的孪晶面为(111)晶面。晶界及沿晶界不连续析出的细小(Nb,Ti)C型碳化物可有效阻碍位错运动,是使合金具有较高抗蠕变能力的主要原因。

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。

快速凝固FGH95合金粉末中的碳化物及其稳定性

对快速凝固FGH95高温合金粉末中的碳化物及其稳定性进行实验研究,分析了粉末颗粒凝固过程中的热学参数和非平衡溶质分配对碳化物形成过程的影响．结果表明合金粉末中亚稳MC’型碳化物形态的几何完整度随粉末颗粒尺寸减小由规则形态向复杂多样化变化,碳化物在热处理时发生分解与合金元素再分配,其形态由复杂形状为主转变为规则形态的稳定MC型碳化物。

应变率及温度对FGH95粉末高温合金塑性变形性能影响的实验研究

在420℃～650℃的温度范围内，实验研究了FGH95粉末高温合金在应变率0．0001s^-1～0．01S^-1范围内的拉伸一断裂性能，分析了温度和应变率对该合金流动应力的影响，结果表明，应变率对杨氏模量、拉伸屈服强度和塑性模量的影响不是很大，随着应变速率的增大和温度的升高，合金的塑性流动应力有所提高，断裂强度和断裂韧性增强。并通过流动应力与应变、应变率和温度之间的函数关系，分别讨论了硬化指数咒、应变速率敏感系数m及应力相关系数K与温度ε和应变率；的函数关系。SEM断口分析表明FGH95合金是微缺陷敏感材料，在高温（420℃-650℃）应变率范围为10^-4s^-1～10^-1s^-1时的拉伸断裂都是韧性断裂。

分离FGH95合金粉末中陶瓷夹杂物的水淘析法有效性分析

通过对水淘析法的原理分析 ,运用流体力学中的摩擦数群法确定了以陶瓷夹杂物在水中的沉降速度来确定水流速度 ,及在确定的水流速度下 ,所能淘析出的FGH95合金粉末的最大尺寸 ;并以比较淘析出的FGH95合金粉末的实际最大尺寸与理论最大尺寸 。

镍基粉末冶金FGH95高温合金的拉伸及低周疲劳性能研究(英文)

在420～650℃的温度范围内,研究了PMFGH95高温合金在应变率0.0001～0.01s-1范围内的拉伸性能及在不同应力比R=-1及R=0下的低周疲劳性能。拉伸试验结果表明:在此温度范围内,应变率对弹性模量、拉伸屈服强度及塑性模量的影响可以忽略不计;并且应变率自0.0001s-1增大至0.01s-1时,弹性模量、拉伸屈服强度及塑性模量受温度的影响也不明显。PMFGH95合金受材料微结构的影响很大,材料含有的微缺陷对其力学性能有非常不利的影响。LCF试验结果表明:PMFGH95合金是循环硬化材料。当应力比R=-1时,温度对LCF寿命的影响很小;但在应力比R=0时,LCF寿命受温度的影响很大,且随着温度的增加材料的低周疲劳寿命减小。SEM断口扫描发现,断裂表面有很多的解理面,但没有疲劳条带,且此断裂模式下没有明显的塑性变形,所以FGH95合金的低周疲劳寿命几乎是由裂纹萌生阶段决定的。

快速凝固FGH95合金粉末的非平衡溶质分配

测定了用等离子旋转电极雾化工艺方法生产的FGH95合金粉末颗粒的枝晶偏析,并运用显热容法计算了合金粉末颗粒快速凝固过程中的非平衡溶质分配系数.结果表明:FGH95合金粉末颗粒枝晶间富Mo、Nb、Ti元素而贫Ni、Co、W元素;随着粉末颗粒尺寸的减小,溶质分配系数远离平衡值的程度增大,枝晶偏析也明显减小.

工艺参数对FGH95合金粉末粒度分布分维数的影响

讨论了粉末粒度分布的分形表示方法,并利用分形几何理论研究了用等离子旋转电极雾化法制取的FGH95合金粉末粒度分布分维数与工艺参数之间的关系.研究结果表明,FGH95合金粉末粒度呈分形分布,电极转速ω与粉末粒度分布分维数D之间的关系为ω=755.04+322.37D,而等离子体枪与电极棒之间的距离对分维数的影响不大.

FGH95粉末高温合金蠕变裂纹扩展有限元数值模拟研究

对FGH95粉末高温合金标准CT试样在700℃下的蠕变裂纹扩展过程进行了有限元数值模拟研究。FGH95合金假设为弹性-蠕变体,蠕变变形采用Norton模型描述。蠕变裂纹扩展模拟时考虑了两种裂纹扩展速率,分别为3.25×10-2mm/h(快速裂纹扩展)和6.5×10-4mm/h(慢速裂纹扩展)。数值模拟结果表明:FGH95合金在700℃下发生蠕变裂纹扩展时,弹性变形引起的标准CT试样加载线位移Ve在总位移中起主导作用,蠕变变形引起的加载线位移Vc很小,加载线位移率比值■c/■远小于1,蠕变变形被限制在临近裂纹扩展路径的细长条带状区域内,裂纹尖端没有发生大范围蠕变变形。上述结果说明FGH95合金在700℃下为蠕变脆性材料,应力强度因子可作为FGH95合金高温疲劳裂纹扩展的有效驱动力参数。

缺陷类型对FGH95粉末高温合金界面开裂行为影响的模拟

为了研究缺陷类型对粉末高温合金缺陷处应力应变分布的影响,通过弹性模量表征,将缺陷分为硬夹杂(弹性模量大于基体)、软夹杂(弹性模量小于基体)、孔洞(弹性模量为0)。用有限元模型模拟了弹塑性条件下不同类型缺陷对缺陷/基体界面应力应变分布的影响。结果表明,缺陷类型对界面附近应力应变分布影响明显。在该研究的基础上,分析了不同类型缺陷的致裂机制,即:当界面粘接强度较低时,界面应力是评价界面附近破坏的主要参量,当界面粘接强度较高时,基体最大主应力和基体最大塑性应变是评价界面附近破坏的主要参量。分析了当界面结合强度较强、较弱(相对于基体)两种情况下,硬夹杂和软夹杂的界面裂纹在外加载荷作用下的演变过程。从断口上观察分析了源区含不同类别夹杂开裂形貌,其开裂行为与模拟结果一致,验证了模拟的有效性。

时效制度对挤压+锻造工艺路线FGH95粉末高温合金组织和性能的影响

采用不同的时效制度处理热等静压+挤压+等温锻造工艺的FGH95合金,并对处理后合金的显微组织和力学性能进行了系统研究。结果表明,经过双级时效(870℃/1 h,AC+650℃/24 h,AC)和单级时效(760℃/10 h,AC)处理后,合金的晶粒度无明显差异,但γ′相的数量、尺寸及分布存在显著差异。相比于单级时效,双级时效可以更有效地促进晶内γ′相粗化,晶内γ′相平均直径达到78 nm,而单级时效为67 nm;同时,双级时效更有利于M 3B 2等晶间强化相的析出。二者的拉伸强度水平相当,但双级时效合金的持久寿命低于单级时效合金,而其持久塑性要优于单级时效合金。

粉末高温合金中夹杂物特性及与不同成型工艺的关系

全面研究了FGH95粉末高温合金原始粉末和粉末处理过程中夹杂物的性质(成分、分类和形貌),分析了其数量和来源,研究了夹杂物在不同成型工艺下的变形特征,讨论了解决夹杂物问题的方法。

镍基高温合金快速凝固粉末颗粒中MC型碳化物相的研究

对等离子旋转电极雾化(PREP)法制备的FGH95镍基高温合金粉末中碳化物的形态、结构、成分及其稳定性进行了实验研究,分析了粉末颗粒凝固过程中的热学参数和非平衡溶质分配对碳化物形成过程的影响.结果表明:快速凝固FGH95合金粉末中亚稳MC型碳化物形态的几何完整度随粉末颗粒尺寸减小由规则形态向复杂形态变化,不同尺寸粉末颗粒中碳化物的形态和数量决定于凝固过程中热学参数的变化和非平衡溶质分配系数的不同.亚稳MC型碳化物在加热作用下发生分解及合金元素再分配,其形态由复杂形状为主转变为规则形态的稳定MC型碳化物.

大型粉末高温合金锻件热处理过程的数值模拟

测量并推算了盘件用FGH95合金的比热容等物理性能,用反推法计算了得到了热交换系数的函数计算公式,模拟计算了FGH95粉末高温合金锻件的温度和淬火应力场,并与实测值进行了对比,结果相符.计算并实测了不同冷速下FGH95合金的力学性能.本研究结果对实际热处理工艺具有实际意义.