Ag-CuO-NiO-LiAlSiO_(4)复合钎料空气反应钎焊GH3128/Al_(2)O_(3)接头组织及性能

以Ag-CuO-NiO-LiAlSiO_(4)复合钎料对GH3128高温合金与Al_(2)O_(3)陶瓷进行空气反应钎焊(RAB)连接,研究了NiO和LiAlSiO_(4)添加量对钎焊接头显微结构和力学性能的影响,分析了接头的界面微观结构及其形成机制。结果表明,钎焊过程中,GH3128合金表面生成了包括CuCrO_(4)内氧化层和NiO外氧化层的复合氧化反应层,Al_(2)O_(3)陶瓷表面生成了以CuAl_(2)O_(4)为主要成分的界面层。NiO的添加明显改善了复合钎料在合金侧的润湿性,而锂霞石(LiAlSiO_(4))的添加减小了钎缝与母材间的热失配,极大地改善了键合接头的连接性能。最终,使用含0.3%NiO(质量分数)和4%LiAlSiO_(4)(质量分数)的Ag-10%CuO复合钎料钎焊GH3128合金和Al_(2)O_(3)陶瓷,获得了61.8 MPa的最大剪切强度。此时,接头界面结构为GH3128/CuCrO_(4)+CrNi3+NiO+CuO/Ag+CuO+LiAlSiO_(4)/CuAl_(2)O_(4)/Al_(2)O_(3)。

GH3128薄板搭接环芯组合光纤激光焊接焊缝形貌调控

航空发动机因内流道结构的入口端和出口端不同,其焊接问题是一大难题,如何在实际焊接中做到焊缝熔宽连续可控已成为研究热点。针对GH3128高温合金开展环芯组合光纤进行激光搭接焊研究,通过纯中心激光焊接得到了焊缝深度为1.5 mm的工艺参数,在此基础上通过环芯组合焊接得到了实际熔深为1.51~1.81 mm、熔宽为0.25~0.75 mm的焊缝,对环芯组合光纤激光器的中心光束和环形光束传播规律及焊缝形貌调控原因进行分析。分析发现,环形光束的加入有利于降低激光束照射到材料表面的温度梯度,从而影响焊缝成形,通过环芯组合的激光焊接可得熔深合理、熔宽连续调控的GH3128薄板搭接焊缝。

自由锻工艺及碳含量对高温合金GH3128显微组织与力学性能影响

针对C含量分别为0.031%和0.015%的GH3128合金锭,采用相同自由锻锻造工艺由Φ500 mm铸锭锻制成350 mm×350 mm方坯,再分别采用1 180℃和1 100℃的加热温度以及27.5%和36%的每火次变形率将350 mm×350 mm方坯锻成Φ200 mm圆棒。结果表明,1 100℃加热并采用27.5%每火次变形率可以获得最佳晶粒组织;同时显微组织及碳化物数量与C含量关系密切,而与锻造工艺关系较小;0.031%C相较于0.015%C,室温拉伸强度提升5%~10%,950℃高温持久时间提升30%。

铂基合金与GH3128合金电子束焊接接头组织与性能研究

采用电子束焊接技术对铂基合金与GH3128进行焊接。利用工业CT、扫描电子显微镜、显微硬度仪和材料万能试验机,研究了铂基合金与GH3128焊接接头显微组织、力学性能及断口形貌。结果表明:铂基合金与GH3128具有良好的焊接性能,焊接接头的质量良好,无缺陷,成分均一,焊缝区显微硬度在360～380之间,焊缝强度为499 MPa,断裂方式为韧性断裂,断裂位置位于铂基合金一侧。

ICP-AES法测定GH3128合金中硅、锰、钨、钼、铬、钛、铝、铁和锆等元素

采用ICP-AES法测定GH3128合金中硅、锰、钨、钼、铬、钛、铝、铁、锆等多种合金元素。系统研究了各元素4条分析谱线的光谱干扰情况,根据光谱干扰研究结果和分析谱线的灵敏度、信背比以及等效离子浓度等进行了分析线的选择。采用柠檬酸络合钨,基体匹配法消除共存元素干扰,效果良好。

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。

电感耦合等离子体发射光谱法测定GH3128合金中硅、锰、钨、钼、铬、钛、铝、铁、锆

采用ICP-AES法测定GH3128合金中硅、锰、钨、钼、铬、钛、铝、铁、锆等多种合金元素。系统研究了各元素四条分析谱线的光谱干扰情况,根据光谱干扰研究结果和分析谱线的灵敏度、信背比以及等效离子浓度等进行了分析线的选择。采用柠檬酸络合钨,基体匹配法消除共存元素干扰,结果良好。

基于CALPHAD方法对GH3128合金析出相的热力学模拟计算和应用

采用CALPHAD方法对镍基GH3128合金析出相规律进行研究并对成分优化。研究表明,GH3128主要有害析出相为μ相,其主要化学组成为(NiCr)3(WMo)2。随着W、Mo、Cr含量的升高,导致μ相的析出量增加,但添加17%Cr,将诱导μ相转变为σ相,造成μ相析出量减少。随着C含量增加,不仅碳化物析出量升高,还会导致γ'相析出量减少,但C含量低于0.02%时,在700℃时会促使μ相析出。此外,随着Al、Ti含量增加,虽然γ'相析出量增加,但同样促使σ相析出。通过对GH3128镍基合金成分优化(/%:0.032C,20.10Cr,8.02W,7.92Mo,0.72Al,0.62Ti,0.30Fe,0.005B,0.06Zr,0.05Ce,0.35Mn,0.43Si),可使合金工作温度900℃以上无有害相析出,有害相σ析出量则有所降低。

GH3128合金“VIM+ESR”和“NVIM+ESR”冶炼过程中的脱气行为及夹杂物研究

利用氧氮分析仪对"真空感应熔炼+电渣重熔"(VIM+ESR)和"非真空感应熔炼+电渣重熔"(NVIM+ESR)两种冶炼工艺下冶炼GH3128合金中的氧含量、氮含量进行检测,并进行了脱氧、脱氮的热力学计算;利用ASPEX扫描电镜分析了两种冶炼工艺下GH3128合金中夹杂物的成分、尺寸分布以及数量。结果表明,采用"VIM+ESR"工艺更能有效的去除合金液中的氮,夹杂物类型主要是Al-Ti-O型复合氧化物夹杂,还有少部分的Al2O3、TiOx氧化物夹杂,而采用"NVIM+ESR"的双联工艺,合金中产生的夹杂除氧化物夹杂类,还有硫化物、氮化物夹杂;且采用真空冶炼工艺更能有效降低夹杂物数量,并细化夹杂物。

GH3128镍基高温合金的高温氧化及红外辐射行为研究

本文研究了GH3128合金在600℃、700℃、800℃、900℃下氧化行为,对氧化后的样品进行氧化膜相组成、表面形貌、显微组织的分析,同时研究了合金表面状态以及氧化行为对合金红外发射率的影响。试样在900℃氧化速率最快,氧化100 h的平均氧化速率为0.006481 mg·cm^(-2)·h^(-1)。GH3128合金在氧化初期合金表面以NiO为主,随着后生成保护性氧化膜Cr_(2)O_(3)。GH3128合金在800℃、900℃氧化100 h氧化层厚度分别为3~5μm、5~7μm。粗糙度Ra为0.2μm与2.5μm的GH3128合金试样的3~5μm波段红外发射率分别为0.20与0.50,并随氧化温度升高与氧化时间延长而显著升高,GH3128合金900℃下氧化100 h的红外发射率最大达到0.84。

Ti60钛合金/GH3128高温合金电子束焊接头脆裂原因分析

对Ti60钛合金和GH3128高温合金进行了电子束焊接,对接头显微组织、相成分和显微硬度进行分析.结果表明,Ti60和GH3128电子束焊接性较差,在焊后产生裂纹.焊缝内生成Ti Ni,Ti2Ni,Ti Cr2和Ti Ni3等脆性化合物,使得接头脆性增大.焊缝区的硬度高于母材,钛侧焊缝区硬度值水平略高于镍侧焊缝区.接头残余应力数值分析表面接头存在较大的横向残余拉应力,应力峰值达到704 MPa,使得钛/镍电子束焊接头在焊后随即开裂.

确定GH3128高温拉伸性能设计许用值的方法

国产高温镍基合金GH3128在高温条件下具有良好的强度,有望成为超高温气冷堆(VHTR)供热和发电利用的中间换热器(IHX)的主要结构材料。该文针对美国机械工程师协会(ASME)高温强度许用值设计标准应用于GH3128时无法给出清晰一致有效设计余量的不足,采用正态分布直接计算的方法给出了容限范围母体比例为99%的设计许用值曲线,并同ASME设计标准给出的设计许用值曲线进行了对比。结果表明:容限范围母体比例为99%的设计许用值曲线可以在整个温度区间连续给出可靠的设计许用值以及一致有效的设计余量,可以作为高温气冷堆中间换热器结构设计的参考依据。

GH3128高温拉伸强度设计方法的优化

国产镍基高温合金GH3128在高温下具有良好的强度,有望成为超高温气冷堆(very high temperature reactor,VHTR)核心部件中间换热器(intermediate heat exchanger,IHX)的主要结构材料。该文针对美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers,ASME)标准应用于GH3128时无法在全温度段得到一致可靠设计余量的不足,采用正态分布直接计算的方法,通过整体多项式、分段多项式以及分段指数这3种拟合方式,对拉伸性能设计许用值进行了计算。分析结果表明:针对现有的GH3128拉伸性能数据,应分别采用分段多项式拟合及分段指数拟合来求抗拉强度和屈服强度的设计许用值,并且这种方法给出的设计许用值曲线可以在全温度区间给出一致可靠的设计余量,可作为超高温气冷堆中间换热器结构设计的参考依据。

GH3128合金的高温流变行为与组织演变规律

通过对GH3128合金进行热模拟压缩试验,研究了该合金在变形温度950~1150℃、应变速率0.01~10 s^-1及应变量30%~70%条件下的流变特征。通过绘制合金流变应力曲线,并基于Arrhenius模型建立了GH3128合金的本构方程。在此基础上,获取了变形量30%~65%的材料加工图,并结合GH3128合金完全再结晶条件图,明确了合金在高温变形过程中组织演变同塑性变形参数之间关系。此外,通过对碳化物的金相分析,探明了合金在热变形过程中碳化物的演变规律。结果表明:GH3128合金热加工激活能约为305 k J/mol,合理的加工区域为:变形温度1050~1100℃,应变速率0.1 s^-1左右。此时合金内碳化物基本回溶,组织再结晶充分,晶粒尺寸可控制在10μm以下。

3D-GH3536/R-GH3128异种高温合金光纤激光对接焊接工艺研究

采用光纤激光对GH3536进行了激光选区熔化(SLM)3D打印,对4 mm厚轧制固溶态GH3128(R-GH3128)平板进行了对接焊接研究。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、X射线能谱分析仪(EDS)、显微硬度仪及拉伸试验机对焊缝成形、显微组织、显微硬度、接头强度及断口形貌进行了分析。结果表明,3D-GH3536/R-GH3128的焊缝组织主要为柱状晶和等轴晶,焊缝内直径小于50μm的晶粒数量占比为62.2%。显微硬度测试结果表明,焊缝的平均显微硬度值为286 HV。拉伸试验结果表明,接头上下部分的抗拉强度基本一致,约为3D-GH3536母材的93%,断裂方式为韧性断裂。

光纤激光GH3128搭接接头高温力学性能研究

基于侧吹保护条件下的光纤激光非穿透深熔焊接工艺,模拟了构件的服役环境,对GH3128搭接接头进行了不同循环次数的900℃真空热处理,并对接头组织和显微硬度、室温与高温拉伸及蠕变拉伸性能进行了分析测试,通过分析组织与断口,对GH3128搭接接头的高温力学性能进行了评估。研究结果表明,与无热处理接头相比,热处理后的接头的室温与高温拉伸性能分别提升了35%和20%,蠕变性能大幅提高。接头组织分析结果表明:热处理后的接头枝状组织消熔,晶粒呈粗大等轴晶状态;各断口均呈现出“抛物线”状韧窝,开口方向与拉伸力方向一致,呈韧性断裂特征,且无显微裂纹产生;热处理次数对接头显微硬度、室温及高温拉伸性能的影响不大;随着热处理次数的增加,接头蠕变性能呈减小趋势。

固溶处理对GH3128合金奥氏体晶粒长大的影响

研究了固溶温度和保温时间对GH3128合金奥氏体晶粒长大的影响。结果表明:随着固溶温度的升高和保温时间的延长,奥氏体晶粒尺寸逐渐增大;与保温时间相比,加热温度对晶粒尺寸的影响更显著;当固溶温度≥1180℃时,随着温度的升高或保温时间的延长奥氏体晶粒长大速率明显加快,当固溶温度<1180℃时,保温时间对奥氏体晶粒的长大影响较小;通过线性回归分析建立了GH3128合金在不同固溶温度和保温时间下的晶粒长大模型。

GH 3128和AISI 616在超临界二氧化碳布雷顿循环动力发电系统环境下的腐蚀行为

针对超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))布雷顿循环发电系统中高温部件合金材料的腐蚀问题,为进一步研究不同种类合金的抗腐蚀性能,该文选取镍基合金GH 3128和马氏体合金AISI 616,研究其在550℃、20MPa的S-CO_(2)环境下的腐蚀行为(最高900h),并利用四点应力装置研究应力加载对合金腐蚀行为的影响。使用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、X射线光电子能谱技术(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)等表征方法对实验后样品的微观形貌、氧化物的物相以及氧化膜厚度进行分析。结果表明:镍基合金GH 3128生成单层的Cr2O3氧化膜;而马氏体合金AISI 616生成双层氧化膜结构,外层主要是Fe3O4,内层是富Fe、Cr氧化物。随着腐蚀时间增长,两者氧化膜厚度都有所增长,但GH 3128最终厚度远小于AISI 616,并且渗碳量也较小,而AISI 616有明显的渗碳现象。应力加载能够加快合金的腐蚀速率,增大其氧化膜的厚度,促进渗碳,还会改变其腐蚀产物的结构。并且,应力的加载对于AISI 616的影响远高于GH 3128。镍基合金GH 3128对于氧化、渗碳和应力腐蚀的抗性均高于马氏体合金AISI 616,更推荐GH 3128应用于550℃,20MPa的S-CO_(2)布雷顿循环发电系统。

二硝酰胺铵无毒推进剂用燃烧室材料研究进展

二硝酰胺铵(ADN)无毒推进剂是未来化学推进技术的一个新方向。介绍了二硝酰胺铵基无毒单组元液体推进剂的性能特点,概述了ADN推进剂用发动机材料研究应用现状。采用具有高熔点、优良的高温抗氧化性能和高温强度的贵金属基材料用于发动机燃烧室的制备,是提高ADN无毒推进系统发动机性能的有效途径。