内燃机用V型开口激光增材成形GH4065合金的组织与性能分析

GH4065合金使用期间较易出现各种损伤,为此预制了具有合适开口角度的V型,通过激光增材制造工艺对损伤区进行修复,测试分析不同开口V型角度条件下试样的显微组织结构、成形质量、表面硬度及其力学特性。研究结果表明,所有开口V型下形成了基本一致的修复区域组织,呈现外延生长特征,侧壁枝晶保持与侧壁垂直的方向生长。由熔覆层逐渐过渡至热影响区时硬度不断递减,通过提高开口角度可以有效改善激光增材制造试样的组织均匀度。残余应力属于负应力,当开口角度降低时,垂直扫描残余应力增大,平行扫描残余应力减小。随着开口角度降低至100°时,试样拉伸强度、断裂伸长率也显著降低。断口区形成了许多韧窝结构,并呈现和柱状枝晶一致的方向进行排列,发生了穿晶韧性断裂,开口角较大的试样形成的韧窝更深。

GH4065A高温合金惯性摩擦焊接本构模型及热变形行为研究

目的为了更好地描述GH4065A合金在惯性摩擦焊接过程中的塑性流变行为,建立适用于GH4065A高温合金惯性摩擦焊接的材料本构关系,并探究焊接过程中材料的热变形行为。方法采用Gleeble-3800热模拟机对GH4065A高温合金在1000~1150℃温度和0.01~10 s^(−1)应变速率下进行等温热压缩试验,基于实测的流动应力-应变数据,分析不同温度和应变速率下的材料流变特性,对比了GH4065A合金的Johnson-Cook本构模型和Arrhenius双曲正弦本构模型的准确度,并且将建立的Arrhenius本构模型应用到GH4065A的惯性摩擦焊接有限元仿真中。结果GH4065A高温合金在高温下表现出加工硬化与动态软化的复杂相互作用,其流变应力随应变速率的上升而增大,随变形温度的上升而减小。基于Arrhenius模型的有限元模拟结果与IFW试验结果吻合较好,镦粗量的有限元模型的误差为5.6%。结论通过在不同温度和应变速率下对GH4065A高温合金的流变特性进行分析,发现该合金在高温条件下表现出加工硬化和动态软化的双重行为。采用Arrhenius本构模型对GH4065A合金的流变行为进行了描述,并通过有限元仿真验证了该模型的准确性。表明该模型能够有效地预测GH4065A合金在惯性摩擦焊接过程中的热变形行为,为焊接工艺的优化提供了理论支持。

GH4065A高合金化变形高温合金未完全再结晶组织及其对疲劳性能影响

对GH4065A高合金化变形高温合金未完全再结晶组织进行了表征分析,并通过标准棒状样疲劳测试和平板样疲劳测试,对比研究了合金均匀细晶组织试样和含有未完全再结晶组织的非均匀组织试样的疲劳性能差异,分析了未完全再结晶组织对疲劳性能的影响机理。结果表明,高合金化合金中无法完全消除的残留偏析导致未完全再结晶组织在枝晶间对应位置处产生。密集析出的小尺寸一次γ′相颗粒使得未完全再结晶组织有较高的强度和对疲劳滑移变形较高的抗力,从而未完全再结晶组织对其内部的氮化物诱发裂纹的扩展和滑移带诱发的开裂都有很好的限制作用,疲劳变形主要仍由周围完全再结晶组织承担。合金锻件中适量的未完全再结晶组织对疲劳性能无明显影响。

GH4065A合金电子束焊接工艺及接头组织性能

本工作研究了不同电子束焊接工艺条件下GH4065A合金的焊缝质量,探讨了焊接裂纹产生的原因,分析了双斑电子束焊接工艺抑制裂纹的机理,并针对焊接接头的显微组织以及力学性能进行了测试分析。研究发现,采用常规电子束焊接方法时GH4065A合金易开裂,而采用双斑电子束焊接工艺可有效实现GH4065A合金的连接,且焊缝质量满足HB7608-1998标准中I级要求。电子束焊接接头的焊缝区以细小的树枝晶为主,且存在Nb、Ti元素的偏析,γ′强化相从焊缝向近缝母材逐渐粗化,焊缝区与母材的组织差异是导致焊缝高温下拉伸塑性降低的主要原因。模拟结果表明,双斑电子束焊接工艺能够降低焊接过程中的能量集中程度,改善焊缝的冷却速度,从而减轻裂纹产生的倾向。经时效处理后电子束焊缝25~750℃的强度系数超过96%,750℃下焊接接头延伸率为9%,表明电子束焊接是实现GH4065A合金结构连接的一种有效方法。

某航空发动机用GH4065A合金低压涡轮盘锻件研制

高温合金涡轮盘锻造成形工艺对涡轮盘的制造至关重要。以某航空发动机用GH4065A合金低压涡轮盘锻件为例,对其成形工艺方案进行分析,并结合实际生产经验,制定出合理的锻造工艺方案。同时,通过数值模拟,生产出了符合技术标准要求的低压涡轮盘锻件,为今后生产同类型锻件提供参考。

高合金化GH4065镍基变形高温合金点状偏析研究

以真空感应熔炼+电渣重熔+真空自耗重熔三联冶炼GH4065高合金化镍基变形高温合金棒材(直径280 mm)为对象,系统研究了该合金点状偏析的低倍组织、元素分布、第二相及晶粒形貌,分析了典型溶质元素对点状偏析行为的影响,探讨点状偏析的形成规律与机制及控制思路。结果表明,GH4065合金点状偏析主要源于枝晶间富Ti、Nb等元素的熔体密度较小冲破枝晶臂流动形成的通道偏析;锻造后生成较多的板条状η相、块状M_3B_2型硼化物与MC型碳化物。热力学相计算亦证实了点状偏析区较正常组织区域更容易生成η相、M_3B_2和MC。热处理后,与正常组织区域相比,点状偏析中仍存在板条状η相,一次γ′相的尺寸和数量明显增加,二次γ′相尺寸和形貌基本相同但数量减少。分析发现,由于点状偏析区的成分变化使得γ′相回溶温度升高,导致锻造中粗大γ′相阻碍再结晶长大,点状偏析区晶粒尺寸小于正常组织区域。采取前道次冶炼精细化控制、释放电极残余应力、适度降低真空自耗重熔熔化速率、加强真空自耗重熔冷却等措施,可以有效降低点状偏析的形成倾向。

新一代镍基变形高温合金GH4065A的组织控制与力学性能

由于GH4065A合金的强化相γ′相的体积分数为43.0%,显微组织演化规律不同于传统的变形高温合金与粉末高温合金。系统分析了GH4065A合金的锻态组织特点与演化机制,发现其显微组织是一种不完全的动态再结晶(DRX)组织,动态再结晶晶粒被大尺寸γ′相限制长大,同时这些γ′相因晶界短路扩散而粗化,而未动态再结晶(unDRX)晶粒内弥散分布的小尺寸γ′相阻碍位错运动,进而形成大量由位错胞壁构成的亚结构。基于合金的锻态组织特点,可以通过固溶处理,利用动态回复(DRV)机制基本消除残留的未动态再结晶组织。根据GH4065A合金γ′相的固溶温度,可将热处理制度分为亚固溶处理与过固溶处理2种,亚固溶处理后的晶粒度为8.0级,过固溶处理的晶粒度为4.0级。经亚固溶处理后,GH4065A合金涡轮盘锻件的力学性能达到了第2代粉末涡轮盘的水平。

高温合金GH4065A的恒温静态氧化行为

研究了新型镍基高温合金GH4065A在650~750℃的静态氧化行为,基于对氧化动力学与氧化产物的分析,探讨了合金的氧化机制。结果表明：采用平均氧化增重速率指标评定GH4065A合金在650~750℃温度范围内均为完全抗氧化级别,试验条件下合金的抗氧化能力与典型涡轮盘材料FGH96、GH4720Li合金相当;合金的氧化产物主要为内层富铝的氧化物颗粒、外侧富铬的氧化物膜及表面金红石型TiO_2颗粒,TiO_2颗粒在氧化温度超过700℃后开始生成;合金的氧化动力学遵循抛物线型规律,受钛离子与铬离子穿过氧化膜的扩散过程共同控制。