等离子旋转电极雾化FGH95高温合金原始粉末颗粒中碳化物的研究

利用扫描电镜 (SEM)和透射电镜 (TEM)对等离子旋转电极雾化 (PREP) FGH95高温合金原始粉末颗粒中的碳化物进行研究 ,并分析了 PREP FGH95合金原始粉末颗粒中碳化物在凝固过程中的形成机理 ,结果表明 :粉末颗粒内部中存在 MC′型碳化物及微量 L aves相和 M3B2 相 ,MC′型碳化物形态有块状、条状、花朵状 ,草书状 ,粉末颗粒的冷却速率以及已凝固基体在枝晶间所产生的内应力 ,是导致粉末颗粒中 MC′型碳化物形态多样。

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。

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。

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。

夹杂物对FGH95粉末高温合金切削加工力学特性的影响

FGH95粉末高温合金作为一种高强度、高耐热性的镍基高温合金,常用在制造先进航空发动机的压气机盘、涡轮盘、涡轮轴以及涡轮盘挡板等高温承力转动部件,是一种典型的难加工材料。FGH95粉末高温合金中非金属夹杂物的成分、含量、分类、形貌对粉末高温合金材料性能有着重要的影响。从切削加工角度,采用力学分析和显微镜观察的方法研究了FGH95粉末高温合金中非金属夹杂物对切削加工刀具的影响,分析了切削加工时非金属夹杂物的力学特性,提出了夹杂物在切削加工过程中的变形机理。

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。

FGH95粉末高温合金裂纹闭合数值模拟

夹杂、温度和远场应力是影响粉末高温合金材料断裂性能的重要因素。本文建立了考虑裂纹面接触的含夹杂裂纹体有限元模型 ,计算了夹杂、温度和远场应力对裂纹闭合的影响。计算结果分析表明 :当夹杂与基体未脱开时 ,夹杂对裂纹的张开应力几乎没有影响 ,而裂开的夹杂可显著提高裂纹的张开应力 ;均匀的温度场能显著降低裂纹的张开应力 ;远场应力越大 ,裂纹张开应力越大。

不同成型工艺条件下FGH95粉末高温合金中夹杂物对材料力学性能的影响

本文研究了FGH95粉末高温舍金中夹杂物特性（成分、分类、形貌、尺寸和数量等），及与不同成型工艺的关系，同时研究了合金中夹杂物对合金拉伸、持久和疲劳断裂等力学性能的影响，并提出了制造工艺优选的建议。

FGH95粉末高温合金低周疲劳性能研究

通过对飞机发动机涡轮盘材料FGH95粉末高温合金在 6 0 0℃、6 5 0℃下的低周疲劳性能的研究 ,获得了中值和置信度γ =95 %、存活率P =99.87%的低周疲劳数据 ,以及表征材料特性的应变 寿命曲线、循环应力 应变曲线和各应变疲劳参量。

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。

FGH95粉末高温合金的拉削研究

FGH95粉末高温合金作为一种高强度、高耐热性的镍基高温合金,在先进航空发动机的涡轮盘中应用日趋普遍,而涡轮盘的榫槽拉削是涡轮盘加工的关键工序。根据FGH95粉末高温合金的特点,从力学分析入手,强调FGH95粉末高温合金涡轮盘拉削过程控制的重要性,并提出了对FGH95粉末高温合金拉削过程中出现问题的解决措施。

FGH95镍基粉末高温合金热等静压工艺的研究和发展

在借鉴国外相关研究成果的基础上,对FGH95合金的热等静压工艺参数进行了具体的实验研究,分析了FGH95合金热等静压工艺中存在的问题,研究了不同成形工艺对合金力学性能的影响,指出了FGH95合金热等静压工艺研究的发展方向.

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。

粉末粒度对FGH95粉末高温合金组织和性能的影响

选用-100目+150目(粗粉),-100目(全粉)和-150目(细粉)3种粒度组成的等离子旋转电极法(PREP)FGH95合金粉末,经1180℃热等静压(HIP)成形,再经1050℃等温锻造(HIF)工艺.研究结果表明:3种粒度组成的合金在热等静压状态下的显微组织中,细粉合金较均匀,但再结晶程度及再结晶晶粒度差别不明显.经过HIP+HIF工艺后,3种粒度组成的合金晶粒度差别不大,再结晶晶粒度为ASTM 9～10级,枝晶区域均明显减少,但仍有部分残余枝晶,且粗粉多于全粉和细粉.经过HIP+HIF+HT工艺后粗粉的综合力学性能好于全粉和细粉.总之,采用HIP+HIF工艺路线,粉末粒度组成对FGH95合金的显微组织和力学性能影响不明显.