铣削高温合金GH3039刀具寿命预测及磨损机理

为揭示高温合金GH3039铣削参数对刀具寿命的影响规律,采用正交试验法对其进行铣削试验,运用多元回归法建立刀具寿命预测模型,分析铣削参数对刀具寿命的影响规律,通过观测铣刀后刀面的磨损情况,探究不同主轴转速下铣刀的磨损机理。结果表明:主轴转速对刀具寿命的影响程度最大,最小为轴向切深;当主轴转速为750 r/min时,铣刀磨损区域主要以黏结磨损和磨粒磨损为主;当铣削速度为950 r/min时,氧化磨损与扩散磨损开始增强;当铣削速度为1 180 r/min时,磨粒磨损与黏结磨损开始减弱甚至消失,氧化磨损与扩散磨损占据主导地位。

GH4742高温合金热变形过程中动态再结晶动力学研究

为研究GH4742高温合金在热变形过程中的动态再结晶行为,对GH4742高温合金进行了等温压缩实验,研究了变形温度为1050~1140℃、应变速率为0.01~1 s^(-1)、应变为0.18~1.20下的动态再结晶行为,定量分析了各变形条件下试样的显微组织,确定了不同变形条件下的动态再结晶分数。利用经典的动力学和晶粒尺寸模型,建立了GH4742高温合金的动态再结晶动力学模型和动态再结晶晶粒尺寸模型。结果表明,不同变形条件下拟合的动态再结晶动力学曲线均呈“S”型,在较低和较高应变时动态再结晶分数的增长率都很低,而在中等应变时,动态再结晶分数的增长率明显增加。再结晶晶粒尺寸随着温度和应变的增大而增大,随着应变速率的增大而减小。依据所建立的动态再结晶动力学和动态再结晶晶粒尺寸模型,不仅可以为高温合金热加工过程显微组织演化模拟提供参数输入,还可以为优化工艺,进而获得组织均匀的显微组织提供理论依据。

航空发动机GH3230高温合金层板结构TLP扩散焊接制备及力学性能研究

随着更高推重比需求的不断提高,航空发动机热端部件不仅需要耐高温材料,更需要冷却效率更高的结构形式,本文采用自主研制的KNiCr–5中间层在1200℃保温4 h的工艺条件下TLP扩散焊接制备了GH3230高温合金多孔层板冷却结构,测试了层板结构模拟件的焊接质量和接头力学性能。超声检测结果表明,层板模拟件所有柱形结构(扰流柱)与底板(冲击板)焊接完好,未发现任何缺陷。焊缝形成了均匀的固溶体组织,无任何化合物相、裂纹和孔洞缺陷存在。室温/950℃高温拉伸测试结果表明,层板板柱结构模拟件和GH3230高温合金棒材对接结构全部断裂在GH3230高温合金基体,焊缝强度均明显高于GH3230高温合金。高温拉伸断裂试件的延伸率高达52%,薄板焊缝90°三点弯曲后无开裂,微观观察无裂纹等缺陷,表明了焊缝具有优异塑性。优异的焊接质量和性能保证了焊缝结构承受高温载荷时能达到GH3230高温合金基体的传热和承力性能,避免了焊缝成为整个层板结构薄弱环节。

GH605高温合金在空气中的氧化及氧化膜结焦行为

航空发动机喷嘴结焦积碳会引起燃油雾化效果变差、燃烧效率低,甚至严重危害航空飞行器的安全。以空气为氧化气氛,研究了不同温度下GH605合金的高温氧化特性,以RP-3航空煤油为原料考察了高温下合金表面状态对结焦行为的影响。结果表明:随着氧化温度的升高,合金表面氧化膜以富铬氧化物及(Co,Ni,Mn)Cr2O4尖晶石为主,W、Ni元素较少,合金具有较好的抗高温氧化性能;氧化膜中含有少量的Co催化元素,氧化表面结焦初期仍以典型的催化结焦机制为主,之后转变为非催化结焦机制,焦炭呈无定型颗粒状。

镍基高温合金GH4169端铣加工表面形貌研究

研究镍基高温合金GH4169端铣加工表面形貌影响因素,对控制GH4169的加工表面粗糙度和提高GH4169加工质量有着重要意义。基于单因素端铣试验,探明了铣削速度、铣削深度、每齿进给量及铣削宽度对表面粗糙度和三维表面形貌的影响机理及规律。研究表明,对表面粗糙度的影响程度由大到小依次为每齿进给量、铣削宽度、铣削速度、铣削深度;加工表面呈现出纵横相间的纹理,且对表面纹理深度的影响程度由大到小依次为铣削速度、铣削深度、每齿进给量、铣削宽度;结合加工表面粗糙度与三维表面形貌选取最佳加工参数:铣削速度V=100 m/min,铣削深度t=0.1 mm,每齿进给量f_(z)=0.025 mm/z,铣削宽度a_(w)=5 mm。

GH4169G高温合金车削切削力与切削温度有限元仿真研究

为研究GH4169G高温合金车削用量及刀具几何特性对切削力和切削温度的影响规律,基于ABAQUS有限元仿真软件,通过依次改变切削深度、切削速度和刀具几何角度,获得不同参数组合下切削力和切削温度的变化规律,进一步揭示车削参数和刀具几何角度对GH4169G高温合金切削过程中热—力耦合作用的影响机理,从而对切削工艺参数和刀具特性进行优选。

GH907高温合金表面电弧离子镀NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层的高温抗氧化性能研究

为提高GH907高温合金在750℃下高温抗氧化性能。在GH907合金表面采用电弧离子镀技术(AIP)制备NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层。系统开展复合涂层的高温抗氧化行为和机理研究,利用XRD、SEM和EDS等微尺度分析表征方法,全面解析氧化过程中物相的结构特征、氧化产物成分及表/截面形貌特征。结果试验表明,750℃氧化500 h后,GH907高温合金氧化层(FeO,Fe_(2)O_(3))萌生大量裂纹,氧化层发生大面积剥落。基体呈迅速氧化增重趋势,500 h质量增重值为22.38 mg/cm^(2)。相比之下,NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层在氧化实验中,由于形成连续且致密的Al2O3屏障层,有效抑制氧气内扩散,延缓GH907高温合金发生氧化反应的影响。氧化80 h质量增重为6.37 mg/cm^(2),随后质量增重率趋于稳定,500 h复合涂层质量增重值仅有7.68 mg/cm^(2)。结论由此表明,NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层可以显著提高GH907高温合金高温抗氧化性能。

高速铣削GH4169镍基高温合金切削温度的研究

为了研究GH4169镍基高温合金在高速铣削过程中不同切削用量对切削温度的影响,采用正交试验法对其进行切削仿真,并对铣削加工仿真结果进行分析,得到切削用量与切削温度的关系。为验证仿真结果的合理性和准确性,进行了GH4169镍基高温合金高速铣削加工试验,对比分析高速铣削试验和高速铣削加工仿真的结果,验证GH4169镍基高温合金高速铣削仿真模型的准确合理。在已确定的加工仿真模型基础上进行单因素试验,研究不同切削用量对切削温度的影响。结果表明:在切削速度、每齿进给量和背吃刀量均增大的条件下,铣削温度都逐渐上升,但增长速率呈下降趋势。

GH2132高温合金本构模型及大断面收缩率楔横轧成形研究

采用Gleeble-3800热模拟试验机对GH2132高温合金进行等温恒应变速率压缩实验,获取该合金在变形温度900~1100℃、应变速率0.01~10 s^(-1)范围内的真应力-应变曲线。对所得流动应力曲线进行摩擦与绝热修正,以消除试样热变形过程的绝热温升效应以及和砧子与试样间接触摩擦作用对实验结果的影响后,建立了考虑应变补偿的Arrhenius型本构模型。误差分析结果表明,其相对平均绝对误差不超过7%,可用于该合金高温变形行为研究。分析了具有大断面收缩率特征的GH2132合金楔横轧轧件的成形过程模拟,进一步验证了所建本构模型的准确性,为GH2132高温合金楔横轧工艺开发奠定了基础。

基于GA-BP和PSO-BP神经网络的SLM GH3625高温合金残余应力预测研究

采用PSO-BP和GA-BP混合算法的人工神经网络模型预测了选区激光熔化成形GH3625高温合金的残余应力。通过响应面法为实验设计生成样本集,以激光功率、扫描速度和扫描间距作为模型的输入层,以残余应力作为模型的输出层进行预测优化。采用相关系数R^(2)和平均绝对相对误差e_(AARE)评价指标对预测模型进行了验证和对比分析。结果表明:BP、 GA-BP和PSO-BP神经网络模型均能够较好地预测不同工艺参数下GH3625高温合金的残余应力,且通过算法优化后的BP神经网络具有更高的预测精度。其中GA-BP神经网络对选区激光熔化成形GH3625高温合金残余应力的预测精度最高,模型性能更优越,其相关系数R^(2)和相对平均绝对误差e_(AARE)分别为0.909和2.06%。

激光冲击与热处理复合处理对GH4169合金抗高温氧化性能的影响

为评估GH4169合金在服役工况中的抗高温氧化行为,对激光冲击强化(laser shock peening,LSP)、热处理和激光冲击强化与热处理复合工艺下GH4169合金进行抗高温氧化性能测试.使用透射电子显微镜(TEM)对各处理下GH4169合金的微观形貌进行分析,并通过X射线衍射(XRD)表征其氧化物组成,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对高温氧化后试样的表面形貌、截面形貌以及氧化产物成分进行分析.研究结果表明,激光冲击诱导的位错和晶粒细化加速了前期氧化膜的形成,同时热处理作用下产生的析出相抑制了针状尖晶石的产生,使得复合工艺下的氧化膜更加连续致密,最终结合氧化动力学曲线揭示了经激光冲击强化和热处理复合处理后氧化膜的生长机制.

GH4169高温合金晶粒长大动力学模型

采用OM、SEM等分析方法对GH4169高温合金在960~1080℃下的晶粒长大行为进行研究,获得不同加热温度和保温时间下合金的平均晶粒尺寸,并观察到δ相的钉扎效应对晶粒长大的阻碍。考虑δ相的钉扎效应建立了GH4169晶粒长大模型,并对晶粒的长大情况进行预测。对比发现,预测值与实验值吻合较好,模型具有较好的准确性。研究结果可为GH4169高温合金的热处理工艺的制定和实际生产应用提供理论依据。

GH4169镍基高温合金射流电解加工微坑阵列试验研究

表面微坑阵列在机械密封、摩擦磨损、表面润滑、传热散热等方面有巨大作用。为了能在GH4169镍基高温合金上射流电解加工微坑阵列,通过测试合金在不同溶液中的极化曲线,优选了射流电解加工合金的电解液,并在此基础上设计试验,探究了加工电压、射流速度对射流电解加工微坑的影响规律,并通过优选工艺参数加工出微坑阵列。最后,以质量分数10%的NaNO_(3)溶液为电解液,以加工电压25 V、射流速度10 m/s加工出平均深径比为0.376、深径比标准偏差为0.004372的加工精度高、一致性好的微坑阵列结构。

使用遗传算法增强GH4169高温合金BP-ANN本构模型的预测稳定性

为了更好地描述GH4169高温合金的塑性流动行为,利用Gleeble 1500热模拟试验机进行了不同变形温度和应变速率下的GH4169高温合金等温热压缩试验。基于真实应力-应变数据建立了GH4169高温合金反向传播人工神经网络(BP-ANN)本构模型,并进一步考察了本构模型的预测稳定性与模型参数之间的关系。预测结果发现,GH4169高温合金BP-ANN本构模型的输出对模型参数具有很强的依赖性。针对这一问题,本研究采用遗传算法(GA)优化BP-ANN本构模型的方法,建立GA-BP-ANN集成本构模型。优化后的结果表明,GH4169高温合金的GA-BP-ANN集成本构模型大幅增强了BP-ANN本构模型的预测稳定性,提升了BP-ANN本构模型的泛化能力。

800℃下GH4169和GH4586高温合金的疲劳性能

为了为两种我国广泛运用于航天发动机各部件的GH4169和GH4586镍基高温合金在面临苛刻服役条件下的安全使用提供依据,采用高频疲劳试验机测试了两种合金在800℃下的疲劳性能并绘制了S-N曲线,采用扫描电镜对它们的疲劳断口形貌进行了观察,结合显微组织观察分析了800℃下两种合金的疲劳断裂特征。结果表明:在800℃下,GH4169合金中长径比较大的针状δ相会引发应力集中,影响其疲劳性能;GH4586合金晶界处稳定的颗粒状TiN对蠕变的抑制及其与细小碳化物第二相强化的共同作用可提高合金的疲劳性能。GH4169和GH4586合金在800℃下的平均疲劳强度极限分别为363.33和490.00 MPa。

超声振动对激光熔化沉积GH3536高温合金摩擦磨损性能的影响

采用超声振动辅助激光熔化沉积GH3536高温合金,并对增材制造样品的微观组织和摩擦磨损性能进行了分析。结果表明:激光熔化沉积GH3536高温合金组织为粗大的柱状晶,平均晶粒宽度约180μm,施加超声振动后,柱状晶转变为等轴晶,平均晶粒尺寸下降到78μm。施加超声振动后,试样的平均摩擦系数由8.41降至8.17,磨损率由6.37×10^(-7)cm^(3)/(N∙m)降至4.25×10^(-7)cm^(3)/(N∙m),磨痕宽度由1122.81μm降至1003.21μm,磨痕深度由21.81μm降至19.71μm。。

GH4738高温合金高通量双锥试样设计及晶粒组织演变

在高温合金领域,双锥试样被广泛用于高通量研究热加工工艺与组织关系。针对GH4738高温合金,本文通过有限元分析,设计了一种在压缩过程中具有较小等效应变速率波动的双锥试样,并研究了其对晶粒尺寸的影响及其温度依赖性,进而研究了在变形温度为1000~1160℃、应变速率为2 s^(-1)和14 s^(-1)、工程应变为30%、50%、70%的条件下合金的晶粒演变。结果表明:等效应变速率的波动会影响变形后合金的晶粒尺寸,并且具有变形温度依赖性。所设计的双锥试样有利于精确研究等效应变与晶粒组织关系。热压缩实验表明,合金的软化以非连续动态再结晶为主,热加工窗口为变形温度1030~1080℃、应变速率14 s^(-1)、工程应变50%~70%。

GH738高温合金修正J-C本构关系模型和应变补偿Arrhenius本构关系模型的对比

在变形温度为980~1100℃,应变速率为0.001~0.1 s-1及高度压下率为60%的条件下对GH738高温合金进行了等温恒应变速率压缩实验,研究了合金的流动应力行为,并分别采用J-C模型和Arrhenius模型构建了合金的流动应力本构关系。结果表明,修正J-C模型和应变补偿Arrhenius模型均能较准确表征GH738高温合金的流动应力行为,能较好地预测合金的流动应力,其中修正J-C本构关系模型的相关系数r达0.99172,平均绝对相对误差AARE为7.86%;应变补偿Arrhenius本构关系模型的相关系数r为0.98815,平均绝对相对误差AARE约7.46%。两种本构关系模型具有大体相当的总体预测精度,但对不同变形条件下的预测精度存在一定差异。当应变速率较高、变形温度较低和应变较小时,宜选用修正J-C本构关系模型;反之,宜选用应变补偿Arrhenius本构关系模型。

不同冷却速率对GH4151高温合金定向凝固组织及元素偏析的影响

为了进一步降低合金凝固偏析程度和优化真空自耗冶炼(VAR)工艺,利用液态金属冷却法(LMC)对GH4151合金进行定向凝固实验,采用光学显微镜、扫描电镜及电子探针等研究了冷却速率对GH4151合金定向凝固组织及元素偏析的影响。结果表明:随着冷却速率的增加,一次枝晶间距λ_(1)及二次枝晶间距λ_(2)均逐渐减小,两者与冷却速率间满足相似的函数关系。而且,枝晶干及枝晶间γ′相尺寸也随冷却速率的增加逐渐减小,组织均匀性提高。对凝固组织元素成分分布的电子探针分析表明:GH4151合金主要偏析元素为W、Nb、Ti,偏离程度在20%以上,且3种元素显微偏析程度均随冷却速率的增加而加重,原因在于随着冷却速率增加,凝固前沿固相层可供溶质扩散的时间减少,扩散效果减弱。

不同电子束焊接参数对GH4169和IC10镍基高温合金组织和力学性能的影响

采用电子束焊接对GH4169和IC10异种镍基高温合金进行了焊接实验,利用金相显微镜、扫描电镜等对电子束焊接接头进行组织观察,并分析了镍基高温合金的力学性能。结果表明,通过电子束焊接可以得到无明显焊接缺陷的接头;焊缝区由枝状晶和等轴晶构成,且熔合区附近富集大量柱状晶,垂直于熔合线朝着焊缝中心生长;焊接后,GH4169和IC10母材中主要第二相为δ-Ni_(3)Nb相;100 kV加速电压焊接后,焊缝区平均显微硬度为235 HV,150 kV加速电压焊接后焊缝区平均显微硬度为225 HV,2个参数下焊缝区平均显微硬度均高于两端母材区,两端母材越靠近焊缝,由于热影响区的存在,硬度都有提高趋势。