GH4169合金叶片条纹形成机理及对疲劳寿命的影响

某批GH4169合金转子叶片在表面腐蚀检查时发现叶身表面存在条纹,对条纹的形成机理及其对叶片疲劳寿命的影响进行了分析。结果表明,叶片表面条纹为沿锻造流线分布的粗晶带及夹杂物聚集带,遗传自熔炼工艺;夹杂物共有两类,一类为Ti、Nb的碳氮化物,另一类为以Mg Al_(2)O_(4)为核心的复合夹杂物。当条纹内夹杂物颗粒尺寸均小于5μm,且粗晶带与基体晶粒度级差小于ASTM的2级时,这类条纹对叶片疲劳寿命影响甚微。δ相析出峰值低温时效后高温再结晶双级退火处理并热轧,可有效细化GH4169合金晶粒。

GH4169合金叶片本体取样的性能对比研究

某型航空发动机用GH4169合金叶片在试验过程中发生了叶身弯曲变形故障,为了解叶片本体的材料性能,在故障叶片榫头处取样后进行组织成分分析和布氏硬度、室温拉伸、650℃高温拉伸以及持久寿命的测试,并与同批次锻件取样的性能数据进行对比。试验结果表明,故障叶片本体的成分和组织无明显异常;榫头处的布氏硬度与锻件取样测试结果相差不大;与锻件采用标准试棒测试结果相比,榫头处取出的小尺寸工字形试样的室温拉伸和高温拉伸的抗拉强度分别下降约4%和8%,持久寿命则大幅降低,下降约64%,但仍略高于设计要求,初步排除了叶片异常变形的材料原因;取自不同故障叶片试样的拉伸和持久性能相差不大,批次叶片本体性能稳定。从叶片本体取出试样获得的基础数据为叶片变形故障分析提供了试验数据支撑,试验方法也可推广应用于相关的对比测试研究。

GH4169合金叶片挤压过程的微观组织模拟

建立了GH4169合金动态再结晶及晶粒长大的微观组织模型,利用DEFORM-3D软件对GH4169合金叶片挤压成形过程进行了微观组织模拟。研究结果表明:叶身部位的动态再结晶百分数为100%,晶粒细小且均匀,晶粒尺寸为17.1μm,较原始晶粒49.5μm小很多。并与实际挤压叶片的微观组织进行比较,模拟结果与实际叶片相接近,从而验证了此模型的准确性。

GH4169合金叶片叶身表面白条纹分析

某批GH4169合金转子叶片,在腐蚀检查工序时发现叶身表面存在白条纹。经试验分析,叶身表面的白条纹是沿锻造流线分布的粗晶带。GH4169合金中δ相主要通过晶界的胞状反应,在晶界及孪晶界上非均匀析出,而δ相钉扎晶界会抑制晶粒长大。Nb元素偏析会引起GH4169合金δ相分布不均,最终将影响其晶粒的大小及分布状态。

GH4169合金叶片制坯成形工艺数值模拟优化

基于塑性有限元原理,应用Deform数值模拟平台,通过变形温度、压下量对挤杆成形及变形速度、摩擦条件对镦头成形的各场量进行深入研究,全面揭示了GH4169合金叶片制坯过程成形规律,并对其工艺参数进行优化。结果表明:适当的提升锻造温度有利于挤杆锻后温度的平稳分布;变形温度的增大使杆部各区域金属流动速度差异逐渐缩小,挤杆为非匀速变形过程;杆部从伸长成形到最终成形阶段,应变梯度先减小后大幅上升;随着变形速度的加大,镦头件等效应变速率越来越大且分布愈见均匀,所受最大主应力拉应力作用越强;摩擦因子越大,损伤值成递增式增加,榫头各截面位移场值相差较大,高摩擦因子下材料充型速度不均匀。

GH4169合金叶片终锻成形宏观场量规律数值模拟

通过有限元数值模拟,采用选取GH4169合金叶片终锻件上典型截面及追踪预锻件上特征点在整个终锻成形过程中金属流动特点及变化趋势的研究方法,从而较深入全面的揭示了不同工艺参数下叶片终锻成形演化规律。研究结果显示:等效应变及应力场的分布均随着始锻温度的升高而愈均匀;等效应力场、温度场及载荷-行程曲线对于上模下压速度敏感性较强,较大的变形速度引起大温升,还易使变形体内部组织晶格形变,产生大的附加应力及应力集中,且上模出现瞬时峰值载荷的时间越早但次数反而越多;摩擦因子的增大对叶身中部纵向截面最低温度升幅影响较大,增加了锻造难度的同时使变形渐不均匀。

GH4169合金塑性加工成形与组织调控方法综述

针对高温合金零部件的精密成形制造由于工艺复杂、成形效率和精度低,其微观组织、力学性能及成形精度难以协同控制的问题,采用组织调控和成形工艺优化作为实现高温合金零部件成形成性一体化制造的有效手段。作为一种高温稳定相,δ相常出现于塑性变形及热处理过程中,其析出量与形貌影响合金的微观组织及力学性能。因为零件结构及服役条件的差异,所要求的组织、性能和采取的制备工艺也不尽相同。介绍了环类、盘类及叶片类3类典型的GH4169合金零件的塑性加工技术,同时引出δ相在其中起到的作用,继而对δ相的析出、球化和溶解等演化行为及其对合金变形行为和力学性能的影响进行了阐述与总结。

(TiZrHf)_(40)(NiCu)_(55)Al_(5)高熵非晶钎料真空钎焊Ti_(2)AlNb/GH4169合金

设计了一种高熵非晶钎料(TiZrHf)_(40)(NiCu)_(55)Al_(5)对Ti_(2)AlNb合金与GH4169镍基高温合金进行真空钎焊,分析了钎焊工艺对Ti_(2)AlNb合金/GH4169镍基高温合金接头界面组织形貌、力学性能及断裂行为的影响规律.结果表明,钎焊接头可划分为Ti_(2)AlNb/等温凝固区(Ⅰ区)/钎缝中心区(Ⅱ区)/扩散反应区(Ⅲ区)/GH4169;钎焊接头典型界面组织为Ti_(2)AlNb/B2+Ti_(2)Ni(Al,Nb)/(Ti,Zr,Hf)(Ni,Cu)/(Ni,Cr,Fe,Ti)ss+Cr-rich(Ni,Cr,Fe)ss+Ni-rich(Ni,Cr,Fe)ss+(Ni,Cr,Fe)ss/GH4169;随钎焊温度升高和保温时间延长,钎焊接头的抗剪强度均呈现出先增大后减小的趋势,当钎焊温度为1020℃、钎焊时间为15min时,接头的抗剪强度达到最大237 MPa.断口分析表明,接头主要断裂在Ti_(2)Ni(Al,Nb)+(Ti,Zr,Hf)(Ni,Cu)+(Ni,Cr,Fe,Ti)ss处,并逐渐向扩散反应区扩展,断口形貌呈现出典型的解理断裂特征.

激光增材制造与连接GH4169合金的热处理工艺研究

采用激光增材制造技术制备了GH4169合金母材样品,并采用相同的工艺参数实现了母材的激光增材连接,检测了不同热处理状态下合金的拉伸性能,分析了性能改变的内在机理。结果表明:凭借激光增材制造技术热影响区小的优势,热处理前后母材与连接区域处微观组织的演变基本一致。沉积态合金呈典型的柱状晶组织,且二次枝晶并不发达,γ+Laves共晶相呈条带状和岛链状沿晶界分布;均匀化+固溶处理后Laves相发生分解并回溶入基体,并伴随着柱晶的粗化;当进行双重时效处理时Laves相的分布状态发生改变。不同热处理工艺试样的拉伸性能均高于同合金铸态指标,热处理对Laves相的含量和分布状态的改变是影响其强度和塑性的主要因素。

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。

叶片锻件用GH4169合金的热处理工艺研究

介绍了GH4169合金常用的3种热处理工艺。对GH4169叶片锻件采用标准工艺进行热处理。结果表明,叶片锻件的晶粒度控制在5～6级,显微组织为γ相基体上分布着γ'、γ″、δ相和碳化物,力学性能完全满足参考性能要求,从而验证了该标准热处理工艺的可行性。

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。

电弧增材制造GH4169合金均匀化热处理组织特征、力学性能和蠕变性能研究

为深入探究电弧增材制造GH4169合金热处理组织特征,针对不同热处理工艺对GH4169合金组织及相的影响开展研究,以确定最佳的均匀化热处理工艺。采用电弧熔丝增材制造技术成形GH4169合金试块,研究不同均匀化热处理温度下试样微观组织和力学性能的变化。结果显示,随着均匀化温度的提升,Laves相逐渐溶解至完全溶解,试样组织逐渐变得均匀。当均匀化温度升至1 100℃时,Laves相完全溶解,试样水平方向和垂直方向均为等轴晶,组织各向异性消除。经过1 100℃均匀化处理再进行固溶+双时效处理,材料强度明显提升,相比沉积态增加50%,且材料的蠕变性能远高于锻件标准。研究表明,通过控制均匀化热处理温度和后续的热处理工艺,能有效提升电弧增材制造GH4169合金的力学性能和蠕变性能。对于优化电弧增材制造GH4169合金的工艺参数,提高其综合性能具有重要意义。

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合金DP工艺中的热变形行为及应变补偿本构模型

针对GH4169合金的Delta工艺(delta process,DP),以δ时效处理后的GH4169(delta processed GH4169,DP-GH4169)合金为研究对象,用Gleeble-3800热/力模拟试验机在温度为954~996℃和应变率为0.005~0.1 s^(-1)下对DP-GH4169合金进行等温恒应变率压缩试验,分析其热变形行为。基于Arrhenius模型和考虑应变对材料参数的影响,建立DP-GH4169合金的应变补偿本构模型。结果表明:DP-GH4169合金热变形中的主要软化机制为动态再结晶和片层状δ相球化;当应变率高于0.01 s^(-1)时,合金发生了不连续屈服行为;当应变大于0.8后,由于加工硬化作用大于软化作用,流动应力和变形激活能随应变增大而增大;建立的应变补偿本构模型具有较好的预测精度,线性相关系数R和平均相对误差分别为0.9915和4.2498%,能用于表征DP-GH4169合金热变形时的流动应力。

650℃/500 MPa应力时效对GH4169合金板材组织及室温拉伸性能的影响

对固溶+时效处理的GH4169合金板材分别进行了不同时间的应力时效和无应力时效处理,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子万能试验机等分析了不同应力时效处理后合金的显微组织和室温拉伸性能。结果表明:应力对GH4169合金板材的显微组织无明显影响,经过应力时效和无应力时效处理后γ″相仅发生略微粗化,尺寸由19.02 nm增长至23 nm左右,仍为圆形颗粒状形貌。无应力时效处理对板材的室温拉伸性能基本无影响,这是由于GH4169合金板材的室温变形机制为位错做剪切γ″相运动,板材经无应力时效处理后γ″相的尺寸与经固溶+时效处理的γ″相的尺寸相当,位错剪切γ″所需的应力相当使得室温拉伸性能未变化。随应力时效时间的增加,板材的室温拉伸强度逐渐降低,室温拉伸塑性逐渐增加,这是由于应力时效过程中板材已发生残余塑性变形,位错已切入γ″相,后续室温拉伸过程中,位错再次剪切γ″相所需的应力减小进而导致板材室温拉伸强度降低,拉伸塑性增加。

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。

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。

不同硬质合金刀具车削GH4169时刀具性能的对比试验研究

GH4169镍基高温合金因高强度、高耐磨性及高抗腐蚀性等优良性能被应用到航空航天零件制造等领域,作为典型的难加工材料,GH4169高温合金在切削中存在刀具磨损严重、加工效率低、表面质量差等问题。刀具材料的合理选择直接影响刀具使用寿命,通过使用三种不同硬质合金材料的刀具,在干式切削条件下,开展车削加工GH4169镍基高温合金的刀具磨损试验,对比研究不同刀具的磨损机理、磨损量和切屑形态的差异。试验结果表明:刀具前刀面以黏结磨损为主,后刀面以磨粒磨损为主;小进给量和小切削深度参数下以螺卷形切屑为主,切屑的折断效应与刀具基体材料和GH4169高温合金共同产生的切屑材料成分有关;在切削GH4169镍基高温合金时,高硬度且冲击韧性好的YBC251硬质合金刀具后刀面磨损量较小,磨损表面较均匀,但耐热性能稍差,适用于切削GH4169镍基高温合金。