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。

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。

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。

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。

铸态GH4169高温合金的热变形行为及显微硬度变化

采用Gleeble-3500热模拟试验机对铸态GH4169镍基高温合金在不同变形温度(900~1150℃)、不同应变速率(0.001~1s^(-1))及压缩量为50%的条件下进行了热压缩实验。研究了GH4169镍基高温合金在不同变形条件下的真应力-真应变曲线,利用Arrhenius双曲正弦函数结合Z参数,构建了合金热变形的本构关系并探讨了加工硬化行为,最后对其显微硬度进行了测试。结果表明,该合金的流变应力随变形温度升高而降低,但随应变速率升高而升高。所建立的本构方程可以较好地描述该合金热变形过程中的行为。随应变速率下降或变形温度的增加,合金的显微维氏硬度整体表现为下降的趋势。再结晶晶粒细化导致相应的显微维氏硬度增加。

大型GH4169高温合金铸锭开坯模拟研究

针对GH4169锭型逐渐增大导致铸锭开坯时的锻透性变差的问题,采用有限元模拟方法,揭示开坯过程中坯料温度、等效应变和晶粒组织的分布与演化规律,从而更加科学地设计开坯工艺。采用有限元数值模拟,研究了镦粗过程不同初始温度和变形速率对应变场和温度场的影响,并对拔长过程中不同压下速率、道次压下量、咬入量对温度场、应变场的影响进行了研究。通过对比1000℃、1050℃、1100℃的等效应变,发现随着温度升高,金属变形应变量增加。对比50 mm s、100 mm s、150 mm s的压下速率,发现变形速率增加导致变形抗力的增加,使材料的表面和心部应变明显增加。对比1020℃、1050℃、1080℃的初始温度下的拔长过程,得到了等效应变、温度场和应变场的演变规律,其中应变的变化与镦粗过程类似,温度场和应变场的演变受到所选用拔长条件的影响。结果表明:镦粗过程中,初始温度越高材料流动性更好,变形更均匀;压下速率增加会使内部温升增加,同样会使内部应变变大。拔长时的坯料变形过程与镦粗过程类似,温度场和应变场的演变均与整个拔长过程的时间和变形热的不同而不同。

热处理工艺对GH4169高温合金组织与力学性能的影响

采用两种典型热处理工艺研究了GH4169高温合金的显微组织演变和力学性能。结果表明:相比于热轧态力学性能,热处理工艺显著提高了GH4169高温合金的屈服强度,这主要归因于热处理过程中析出相的强化作用。标准热处理不仅能够获得更高的室温强度且维持了高温强度;但高强热处理却有效改善了冲击韧性。固溶温度的提高,导致δ相溶解以及奥氏体晶粒尺寸的粗化,削弱了细晶强化效果,这是高强热处理态试样强度下降的主要原因。尽管从冲击断口形貌来看,两种热处理态试样均呈微孔聚集型断裂方式,但高强热处理的韧窝尺寸更深,有利于提高冲击韧性。

摆动激光焊接GH4169镍基高温合金焊缝成形性能研究

进行了GH4169镍基高温合金的摆动激光焊接工艺试验,研究了不同摆动参数对焊缝气孔率、宏观成形、微观组织和显微硬度的影响。结果表明:采用小振幅、低频率的摆动工艺有利于气孔的抑制,而大振幅对气孔抑制的作用更为显著。摆动引入后,熔深降低,尤其是随着振幅的增加。2.5 mm振幅下,匙孔焊接模式消失,焊缝生长方向发生变化。相较于未摆动,不同摆动参数下焊缝晶粒尺寸未发生明显变化,但摆动焊缝的二次枝晶有一定程度细化,这导致焊缝平均硬度出现微弱升高。

GH4169高温合金超声辅助切削试验研究

GH4169高温合金常温和高温条件下硬度及强度较高,常规金属切削的热软化效应不明显,同时由于材料热导率低,加工硬化明显,采用传统数控加工方式存在刀具易磨损、加工效率低等问题。为实现高温合金的优质高效加工,开展不同加工工艺参数下的常规铣削及超声铣削力学响应对比实验,分析同一工况下常规铣削和超声辅助铣削的刀具磨损,揭示了不同加工参数对铣削力的影响规律及侧铣过程中超声辅助铣削较常规铣削的优势。

气体温度对VIGA制备GH4169合金粉末的影响

研究采用真空感应气雾化(Vacuum Induction Gas Atomization,VIGA)技术制备GH4169合金粉末,系统探究气体温度对粉末特性的影响规律。结果表明,随着气体温度从100℃升高到600℃,粉末的粒度分布明显向左移动,D50由75μm减小到42μm。扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)分析表明,较高气体温度有助于提高粉末的球形度,减少卫星粉的生成。X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)分析揭示,气体温度对粉末的物相组成影响不大,但是较高温度下粉末具有更高的结晶度和更大的晶粒尺寸。此外,粉末的流动性随气体温度的升高而显著改善。

PREP工艺参数对GH3536高温合金粉末性能的影响

采用等离子旋转电极雾化法(Plasma Rotating Electrode Process,PREP)制备GH3536合金粉末,探究电极棒旋转速度和电流强度对粉末粒度及其物性能的影响。结果表明,粉末平均粒径随着旋转速度的提高而减小,当旋转速度为16000 r·min^(-1)时,粉末的D50粒径最小为27μm。在棒料转速一定时,随着主弧电流强度的增加,粉末的平均直径逐渐增大,当电流强度由1300 A提高至1500 A时,粉末D50粒度从33μm增加至42μm。此外,棒料旋转速度和主弧电流的增加能够改善GH3536粉末的流动性与松装密度。经过综合考虑,旋转速度14000 r·min^(-1)、电流1300 A、进给速度0.8 mm·s^(-1)工艺的参数组合最为适宜。

(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.

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。

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。

原位拉伸研究热处理对激光选区熔化GH4169合金组织及650℃力学性能的影响

研究热处理制度对激光选区熔化成形GH4169合金组织及高温力学性能的影响。通过自主研发的SEM原位加热拉伸测试平台,探究热处理前后650℃合金力学性能变化与动态组织演变的关系。结果表明:热处理后合金的晶粒形态由柱状晶转化为等轴晶,Laves相溶解,析出大量γ′和γ′′强化相;在650℃下,沉积态合金的屈服强度和抗拉强度分别为574 MPa和740 MPa,热处理态(HSA态)合金的屈服强度和抗拉强度分别为818 MPa和892 MPa,较沉积态分别提升了42.5%和20.1%;沉积态合金表面晶粒起伏更大,协调变形能力更强,塑性流动能力好;裂纹在Laves相周围萌生沿枝状晶向最大切应力方向扩展,样品颈缩后发生剪切断裂;HSA态裂纹在碳化物周围萌生沿晶界扩展,断裂方式为沿晶和穿晶相结合的混合断裂。

GH4169高温合金高速切削表层微观组织分布规律研究

高速切削过程中,剧烈的塑性变形和极高的切削温度容易引起已加工表层材料的微观组织缺陷,从而成为工件服役过程中疲劳断裂的潜在风险。本文结合试验测试和有限元仿真研究了GH4169高温合金高速加工表层材料的微观组织演变规律及形成机制。开展了高速正交切削试验,并通过电子背散射衍射(EBSD)技术观测了已加工表层材料的微观组织。随后,基于修正的Johnson–Cook本构模型建立了GH4169高温合金高速正交切削有限元分析模型,并获得切削过程中工件表层材料的温度场和应变场。结果表明,已加工表层材料的温度、应变和微观组织均呈现梯度分布特征,近表层材料的晶粒细化至纳米级。切削过程中产生的梯度分布的力–热载荷是导致已加工表层材料微观组织呈现梯度分布的原因。

切向超声振动辅助磨削GH4169镍基高温合金的磨粒断续切削行为和工件表面形貌

为了揭示超声振动辅助磨削中断续切削行为对工件表面形貌的影响机制,采用微晶刚玉砂轮开展了超声振动辅助磨削GH4169镍基高温合金正交试验,研究了磨削速度、工件进给速度、磨削深度和超声振幅对磨粒断续切削行为、磨削力、工件表面形貌和砂轮磨损方式的影响。结果表明,超声振幅对磨粒断续切削行为的影响要大于磨削速度、工件进给速度和磨削深度。超声振幅的升高可以显著增大单颗磨粒切厚、减小磨粒与工件的接触长度,缓解磨削烧伤。相比于传统磨削,超声振动辅助磨削在工件表面形成周期性短磨痕形貌,表明材料发生了更严重的塑性变形,是表面粗糙度值增大的主要原因。此外,超声振动辅助磨削中磨粒断续切削行为促进磨粒微破碎,提升了磨粒自锐能力,由此降低了磨削力。

GH4169稀土强化镍基高温合金热变形行为

采用Gleeble-3500热模拟试验机对GH4169稀土强化镍基高温合金进行了高温压缩试验,变形温度为1223、1273、1323、1373和1423 K,应变速率为0.001、0.01、0.1、1和10 s^(-1),压下量为65%。分析了GH4169稀土强化镍基高温合金在不同变形条件下的流变应力曲线,并采用正交试验和方差分析方法得出真应变、应变速率以及变形温度对流动应力的影响规律。建立了GH4169稀土强化镍基高温合金的修正非线性回归模型,引入相关系数和平均相对误差,验证了所建立的本构模型的有效性。结果表明:该模型能够较准确地描述GH4169稀土强化镍基高温合金的高温流变行为。