GH3028镍基合金的热变形动态再结晶及微观组织演变

目的研究GH3028镍基合金动态再结晶过程中的晶粒尺寸变化情况,明晰微观组织形貌的演变规律。方法利用DST3000PC型动态热模拟实验机,在温度为1050~1300℃、应变速率为1×10^(-3)~1×10^(-1) s^(-1)、最大应变量为58%的条件下对GH3028镍基合金进行热压缩实验,通过构建动态再结晶和晶粒尺寸演变数值计算模型并结合实验进行验证。结果峰值应力随温度的上升而有所下降,在1050~1300℃温度范围内,温度越高,合金试样越容易趋于稳态,动态再结晶特点越为明显。通过对实验数据进行优化和拟合,根据峰值应力值计算出热变形激活能Q为516 kJ/mol,进而求解出热变形方程。建立动态再结晶模型及晶粒尺寸模型,观察动态再结晶过程中的微观组织,发现当温度、应变速率不变时,动态再结晶的体积分数随应变量的增大而增大。温度的提升会显著增大动态再结晶体积分数和动态再结晶晶粒尺寸。晶粒尺寸受温度和应变速率的双重影响逐渐趋于稳态变化。结论通过对模型预测值与实际实验数据进行对比,发现该模型可以实现对晶粒尺寸变化的预测,模型预测平均晶粒尺寸与实验平均晶粒尺寸的相对误差为2.36%,说明该模型对动态再结晶晶粒尺寸的控制具有指导意义。

3D打印镍基合金GH3536化学机械抛光机理研究

目的实现无瑕疵的3D打印镍基合金GH3536超光滑镜面,揭示镍基合金GH3536在不同成分溶液下的化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)去除机理。方法采用单因素实验法通过CMP对镍基合金GH3536展开研究。采用电化学测试技术和X射线光电子能谱(X-rayPhotoelectron Spectroscopy,XPS)分析3D打印镍基合金GH3536在不同p H值、不同氧化剂浓度和不同抛光液类型下的溶解与钝化行为。结果当pH值为3~3.5、H_(2)O_(2)质量分数为10%时,可获得最优的材料去除率(MRR为20.24 nm/min)和表面粗糙度(Surface Roughness,其中Ra为0.684 nm,S_(a)为1.699 nm),CMP抛光面可达到超光滑低损伤的镜面效果。根据电化学和XPS测量结果,建立了化学反应方程,确定了去除机理,具体为:在化学机械抛光过程中,镍基合金GH3536表面首先被H_(2)O_(2)氧化成Ni、Fe等氧化物;其次,在酸性H^(+)作用下,氧化物转化为Ni^(2+)、Ni^(3+)和Fe^(3+)等多价离子;最后,多价离子会与柠檬酸发生络合反应生成较软的柠檬酸盐络合物,在CMP抛光中发生去除。结论与传统电化学加工相比,采用CMP加工的3D打印镍基合金GH3536的表面粗糙度更低,表面形貌更好,可用于对面型精度要求较高的镍基合金的超精密加工。基于电化学测试技术和XPS深度剖析的方法有效揭示了镍基合金GH3536的材料去除机理,获得了不同p H值、氧化剂浓度和不同抛光液种类对材料去除机理的影响规律。为获得新型高质量表面的3D打印合金材料提供指导意义。

GH901镍基合金阀杆弯曲控制方法

针对GH901镍基合金的难加工材料特性及细长杆结构的弯曲变形特点,通过对加工过程中的切削抗力、加工硬化、磨削粘附及弯曲变形进行工艺分析,从工件装夹、制造流程、车削参数、分段支撑及磨削方法等方面制定改进方案。经工艺试验和效果验证,有效解决了GH901材质阀杆的弯曲变形难题。

Al含量对GH4169镍基合金组织及其稳定性的影响

GH4169合金中当Al含量处于合金标准范围内(0.45%)时,其晶内强化相γ″和γ′分开析出,晶界主要析出相为δ相;当Al含量为1.24%以上时,合金晶内析出γ″/γ′"包覆组织",晶界δ相显著减少,而析出了大量的Laves相和少量的M_7C_3相及σ相.680℃,1000h长期时效后,高Al合金中"包覆组织"长大缓慢,但晶界相数量显著增加,尺寸明显长大,而且析出了α-Cr相.随Al含量增加,这种趋势更加明显.Al含量增加显著地降低合金的室温冲击韧性,680℃长期时效后,冲击值更低.

GH4033镍基合金高温低周疲劳行为的研究

研究分析了GH4033镍基合金在400-700％的疲劳循环应力行为和疲劳寿命曲线。用扫描电镜对疲劳试样的断口进行了观察。结果表明，高温下的应变可较好地控制试验合金疲劳过程中的弹性抗疲劳性能，塑性抗疲劳性能在相同的应变范围内随温度升高而降低。

GH3044镍基合金钎焊接头的界面组织和强度分析

采用Ni基箔片钎料对GH3044镍基合金进行钎焊连接,利用电子扫描显微镜(SEM)及能谱分析仪,对接头的界面组织进行观察和分析;采用电子万能试验机对GH3044镍基合金的钎焊接头进行抗剪试验,评价接头的室温抗剪强度.试验结果表明:当钎焊温度为1070℃,保温时间为10min时,界面处有(Cr,W)2+Ni固溶体析出,钎缝中有(Cu,Ni)固溶体组织+Ni-Mn金属间化合物层及η″+ξ′金属间化合物层生成,此钎焊工艺参数下获得的钎焊接头具有最高的室温抗剪强度319MPa.

固溶处理对GH4700镍基合金管组织及力学性能的影响

研究了1 000～1 150℃固溶处理对GH4700合金(/%:0.05C、25Cr、20Co、1.65Nb、1.47Al、1.69Ti,余Ni)组织及力学性能的影响:结果表明,1 180℃挤压空冷后Φ89 mm×15 mm GH4700管材的抗拉、屈服强度和伸长率分别为1 150 MPa、780 MPa和36%;合金在1 000～1 060℃固溶处理,随着温度的提高,γ'相逐渐溶入基体,合金晶粒明显长大,强度显著降低,塑性显著升高;在1 090～1 150℃随着温度的提高,晶粒长大趋势不明显,合金强度和塑性的变化趋势放缓。1 150℃固溶处理后GH4700合金抗拉强度800 MPa,屈服强度330 MPa,伸长率65%。

基于RSM的GH3128镍基合金MIG堆焊工艺参数优化

研究镍基高温合金GH3128表面上堆焊形貌并优化焊接工艺参数,为后续对焊和堆焊修复打下基础。采用通用旋转组合设计试验方案,基于响应面法建立了GH3128合金上MIG堆焊时焊接速度、送丝速度、焊枪角度与余高、稀释率之间的数学模型并对模型进行了验证分析。基于模型,分析了各个工艺参数对稀释率和余高的影响,并对焊接工艺参数进行了优化。研究结果表明:余高随着送丝速度的增加而增大,随着焊接速度的增大而降低,焊枪角度对余高的影响最小。稀释率受焊枪角度、焊接速度、送丝速度的影响依次减小。

应力时效对发动机用GH4169镍基合金组织演化及蠕变抗力的影响

研究GH4169定向凝固镍基合金在近服役状态下表现出的蠕变性能,并对其进行SEM与TEM微观形貌表征。结果表明：合金蠕变过程包含了初期蠕变、稳态蠕变与加速蠕变3个阶段。合金可以达到9600 h的较长蠕变寿命,表明此合金具备优异的蠕变抗力。经过3000 h蠕变后,γ＇相尺寸变得更加粗大,γ基体通道内发生了大量位错滑移的现象,同时,也有部分位错通过剪切方式进入到γ＇相中。对合金进行固溶热处理后,晶界区域生成了许多细小碳化物,且在枝晶间产生了约0.4μm的近立方γ＇相。当应力时效时间逐渐延长后,γ＇相厚度开始增大;当试样最后蠕变断裂时,断口区的γ＇相厚度约为1.8μm。

GH4700镍基合金中Al_2O_3和TiN复合析出行为分析

研究了GH4700镍基合金中TiN夹杂物的析出行为。结果表明,TiN夹杂物分为纯TiN夹杂物和Al2O3-TiN复合夹杂物两类。其中Al2O3-TiN复合夹杂物的析出是自发进行的,所以其数量多于纯TiN析出物。

GH4141镍基合金的扩散连接工艺

对GH4 1 4 1高温镍基合金的扩散连接进行了工艺研究 ,确定了扩散连接工艺参数对室温抗剪强度的影响 ,确定了获得优质接头的最佳工艺参数区间 ,即扩散连接温度T =990～ 1 0 80℃ ,连接时间t=1 5～ 6 0min ,连接比压力p =5～ 2 0MPa ,选用Ni箔作为中间层 ,厚度为 2 5 μm。通过SEM、EPMA和金相技术对接头微观组织进行了观察和分析。

SG砂轮磨削镍基合金GH4169砂轮磨损机理与磨削性能的实验评价

目的减少磨削镍基合金GH4169过程中砂轮磨损和堵塞现象,提高工件表面质量。方法采用WA和SG砂轮磨削镍基合金GH4169,通过观察磨削前后砂轮表面微观形貌,研究两种砂轮表面材料粘附、堵塞以及磨粒破碎等主要磨损机制。从磨削力、工件表面形貌、磨削比能3个方面评价两种砂轮的磨削性能,并探究磨削参数对砂轮磨削力、工件表面形貌、磨削比能的影响规律。结果在去除相同体积材料时,SG砂轮的磨削力较小,所消耗的能量较WA砂轮低21.5%,SG砂轮所加工工件表面的粗糙度明显低于WA砂轮所加工工件表面的粗糙度,两者表面粗糙度差值均在1μm以上。SG砂轮表面材料粘附现象较轻,WA砂轮表面出现了大面积的材料粘附,造成了砂轮堵塞。结论 SG磨粒因内部致密的微小晶粒所决定的微破碎机制,使SG砂轮在磨削镍基合金GH4169过程中保持了锋利的磨削刃,减少了砂轮表面的材料粘附,同时也获得了良好的工件表面质量。另外,SG磨粒较WA磨粒具有更佳的力学性能,使其在去除相同体积材料时所消耗的能量更少。

改型的GH4145镍基合金

为了提高改型的 GH4145合金的中温塑韧性 ,消除缺口敏感性 ,研究了不同热处理工艺对合金性能的影响 ,结果表明 ,在适当的热处理条件下 ,改型的 GH4145合金在 5 0 0～ 70 0℃区的塑性得到改善 ,并且消除了缺口敏感性 。

GH4169镍基合金板材高温拉伸性能研究

利用炉中高温拉伸设备对板厚为5 mm的GH4169镍基合金在7种测试温度(450~1050℃),应变速率分别为0.01和0.001 s-1时进行高温拉伸实验,获得材料在不同温度下的伸长率、屈服强度和抗拉强度,并对其高温拉伸变形行为进行分析,为该合金板材的高温拉伸成形制备和服役性能评估提供数据支持。结果表明,应变速率为0.001 s^(-1),温度高于850℃时,GH4169镍基合金板材的伸长率随着温度的升高持续增大,在1050℃时,伸长率最高可达112%,抗拉强度随着温度的升高持续减小,强度减小至66 MPa,仅为室温下的7.1%。应变速率为0.01 s^(-1)时,GH4169镍基合金板材的伸长率和抗拉强度变化具有相似的规律。温度低于800℃时,伸长率和抗拉强度随温度变化不大,保持了较高的强度;而随温度升高至850℃时,材料产生了明显软化现象,应变硬化指数(n)值随着温度的升高而减小,塑性变形量明显增大。

GH3625镍基合金的铸态组织及均匀化处理工艺研究

利用光学显微镜、扫描电镜和电子能谱仪研究了700℃超超临界发电机组缸体用GH3625镍基合金真空感应熔炼电极锭的铸态组织及均匀化处理工艺,得出GH3625真空感应熔炼电极锭的均匀化热处理工艺应为1200~1220℃保温32 h。

一种适用于GH4169镍基合金奥氏体晶粒度评级的浸蚀方法

采用传统浸蚀液对GH4169镍基合金进行浸蚀,可显示包括孪晶在内的奥氏体组织,但孪晶的存在加大了奥氏体晶粒度的评级难度。通过调整浸蚀液成分,提出了一种只显示奥氏体晶界的浸蚀方法。试验结果表明:采用高锰酸钾水溶液(1.5~2g KMnO4+7~10mL H2SO4+90~110mL H2O+0.1~0.3mL HCl),水浴加热至95℃对GH4169镍基合金进行浸蚀,可清晰地显示出奥氏体晶界,而不显示晶粒内孪晶,获得的显微组织可用来准确评定合金的晶粒度级别。

镍基高温合金GH4049的高温低周疲劳行为

研究了锻造镍基高温合金在500～800℃温度范围内的循环应力响应和疲劳寿命行为.结果表明,在各种温度和较高应变幅下,合金均呈现循环硬化;在相同应变范围下,合金的疲劳寿命随着试验温度的升高而降低.此外,利用扫描电子显微镜对疲劳试样的断口进行了分析.

两种固溶强化型镍基合金环锻件高温性能对比

针对可用于航空发动机燃烧室等高温关键部件的GH3230和GH3536两种固溶强化型镍基合金环锻件,基于其各自典型使用状态,开展了750、850和950℃条件下的拉伸强度、低周疲劳性能和持久寿命对比分析研究。结果表明,在750~950℃高温试验条件下,GH3230合金的拉伸强度、低周疲劳性能和持久寿命均明显优于GH3536合金。由于W元素的加入及晶界M23C6型碳化物的分布,GH3230合金基体的固溶强化效果和晶界强化效果优于GH3536合金。GH3230合金在其典型使用状态下具有更优异的高温力学性能,适用于制造下一代航空发动机更高使用温度的火焰筒等零件。

电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定镍-铬基高温合金GH4133B中铝、铌、钛、铬、铁

GH4133B是Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金,近年来我国还没有适宜的国家检测标准,基于此对样品主要元素含量准确测定方法进行了研究和探讨。采用盐酸-硝酸体系对GH4133B镍基高温合金进行溶解,确定了盐酸和硝酸比列为8∶3,混合酸用量为11 mL,用ICP-OES法快速准确地对GH4133B镍基高温合金中铝、铌、钛、铬、铁元素含量进行测定;确定了各元素分析谱线为Al 396.152 nm、Nb 309.417 nm、Ti 334.941 nm、Cr 267.716 nm、Fe 238.204 nm;建立了校准工作曲线,各元素线性相关系数均在0.999以上;优化仪器参数,消除基体干扰,测定了方法检出限,各元素检出限均小于0.003%,各元素测定结果的RSD/%在0.26%~0.47%(n=7),加标回收率在99.4%~105%。有效解决了GH4133B镍基高温合金快速有效溶解及准确测定问题。

激光沉积修复GH4169合金试验研究

采用激光沉积修复技术对GH4169镍基高温合金贯通槽式损伤工件进行修复,分析了修复过程中气孔及熔合不良等缺陷的产生原因,通过优化工艺参数,获得了无缺陷的修复件;考察了修复件的微观组织及力学性能,并对修复件进行了局部热处理。结果表明:优化工艺参数后得到的修复区和基体形成了致密的冶金结合,采用局部热处理可明显提升修复件的抗拉强度。