固溶工艺对Haynes230合金组织与性能的影响

航天结构材料Haynes230合金组织和性能的改善主要依赖固溶热处理工艺,本文采用金相显微镜、扫描电镜和拉伸、冲击、硬度测试等手段,研究了不同固溶工艺参数对Haynes230合金组织特征和力学性能的影响规律。结果表明:合金的组织性能受固溶温度的影响比固溶时间的影响更为显著。结合综合评分法可得,Haynes230合金在固溶温度1215℃、固溶时间15~60 min并水冷处理后,可获得良好的组织分布和性能匹配,对优化固溶工艺和指导工业实践具有重要意义。

Haynes230镍基合金拉伸DSA效应和循环硬化特性研究

基于Haynes230镍基合金760℃下的拉伸和疲劳实验结果,讨论了拉伸过程中的动态应变时效(DSA)效应以及不同应变幅值下的循环硬化特性,采用ABAQUS有限元软件对拉伸和疲劳特性进行了模拟。实验结果表明,Haynes230镍基合金在760℃拉伸过程中表现出明显的DSA效应,最大应力跌幅为3.8 MPa。在单轴疲劳过程中,材料表现出明显的循环硬化现象。采用ABAQUS有限元软件和基于热激活位错运动的指数流动准则对拉伸过程中的DSA效应进行了模拟。模拟结果与实验结果吻合很好,整个拉伸过程最大应力误差仅为3.9%,最大应力跌幅为9.3 MPa。选择Chaboche混合模型进行了应变范围0.6%和0.8%下的循环硬化模拟计算,模拟得到的前100周次内峰值应力的平均误差分别为4.3%和3.4%。

Haynes242高温合金热加工图及再结晶行为研究

目的Haynes242高温合金由于弹性模量几近恒定,膨胀系数低,被广泛应用于生产航空发动机高温密封环件。但是,由于Haynes242合金中Cr、Ni、Mo合金元素含量高,使得其热加工成型性对工艺参数极度敏感。因此,探索其最优热加工工艺参数,以期提高该合金热加工成型件的质量。方法采用Gleeble热模拟试验机研究Haynes242合金在950~1100℃温度范围内和0.001~1 s^(-1)的应变速率条件下的热变形行为。随后,通过光学显微镜分析各变形条件下Haynes242合金的微观组织演变规律。结果通过对Haynes242合金能量耗散图和失稳图的绘制,获得了该合金在不同变形量下的热加工图。通过分析Haynes242高温合金的热加工图及显微组织的演变规律,发现该合金材料的再结晶行为对变形速率和变形温度非常敏感。高温、低应变速率时发生动态再结晶程度最大,材料的可加工性更好。结果显示,Haynes242高温合金的最佳热变形工艺参数为1050~1100℃/0.001 s^(-1)。结论基于Poliak和Jonas提出的临界再结晶模型,确定了Haynes242合金的临界再结晶应变模型。此外,还揭示了变形温度和变形速率对动态再结晶行为的影响机制。

航空发动机用Haynes242高温合金热变形行为

采用Gleeble热模拟实验机,在变形温度为950~1100℃、应变速率为0.001~1 s^(-1)条件下进行了热压缩实验,通过对流变应力曲线的分析,建立了Arrhenius本构方程,并对该方程进行了修订,获得了包含变形温度、应变速率及应变量相关的Arrhenius应变补偿本构方程。采用对比及平均误差分析检验本构方程的有效性和精确性发现:修正后的本构方程计算得到的应力值和实验数据吻合较好,方程的相关系数r值为0.967、平均相对误差AARE值仅为7.35%,具有较高的准确性。此外,基于Zener-Hollomon参数建立了Haynes 242合金动态再结晶的临界应变模型,并通过对能耗图和失稳图的绘制获得Haynes 242合金的热加工图,定量揭示了变形工艺参数在变形过程中对组织演化的影响,获得了最优的热加工工艺参数。

Haynes230合金凝固过程中的相变及元素偏析

利用差热分析(DTA)研究了Haynes230合金凝固过程的相变,结合光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)分析了该合金的凝固组织和偏析程度,计算了主要偏析元素的偏析系数。结果表明:Haynes230合金铸态组织主要是由γ固溶体基体,M6C型碳化物和W(Cr)的体心立方相组成,合金的凝固顺序为L→L+γ→L+(γ+M6C)+γ→M6C+W(Cr)+γ,Cr、W、Mo元素的偏析系数分别为2.03、1.96、1.81。

超高温气冷堆中间换热器用Haynes 230合金的热拉伸行为研究

利用Gleeble-3500热模拟试验机研究了Haynes 230合金在应变速率为1 s^-1,温度为1000~1250℃时的热拉伸行为。结果表明:在1050~1225℃时拉伸试样断面收缩率≥61.68%,合金具有较好的塑性,在1200℃时塑性最佳;Haynes 230合金在1000~1225℃时的拉伸试样断口均有不同程度的颈缩,随着温度的增加,断口韧窝数量增多、变深,塑性也随之增加。当温度达到1200℃时,塑性最佳,温度继续增加,韧窝数量开始缓慢减少;温度升到1250℃时,为沿晶韧窝断口,塑性急剧下降。合金在1000及1050℃时均未发生明显的动态再结晶,温度升到1100℃时发生了局部动态再结晶,且动态再结晶百分比随温度的增加而增大,温度达到1175℃时,发生完全动态再结晶,温度继续增加,再结晶晶粒不断长大;当温度达到1250℃时,动态再结晶晶粒异常长大。Haynes 230合金在应变速率为1 s^-1时最佳的热加工温度为1175~1225℃。

Haynes282合金在长期时效和持久过程中的组织稳定性

分别在700℃、760℃、800℃下对Haynes282合金进行长达10 000h的时效试验,在700~850℃、80~520 MPa的范围内对合金进行持久试验,采用扫描电子显微镜、能谱仪和透射电子显微镜观察和分析了合金的显微组织,研究了合金在高温时效和持久过程中的组织稳定性.结果表明:当Haynes282合金在760℃以下温度时效时,其γ′相长大较慢,在800℃下时效时,γ′相长大较快;在700℃、760℃、800℃下,时效时间超过1 000h后,冲击性能均下降较快;在800℃长期时效及850℃持久试验过程中,晶界和晶内会析出针状或长条状富Mo的μ相,且发生MC碳化物退化.

Haynes 282新型高温合金晶粒长大行为及数学模型研究

为了研究新型合金在高温状态下的晶粒长大行为,进行了Haynes 282合金在973~1 373 K条件下保温0~10 800 s的晶粒长大实验,通过实验分析了保温时间和保温温度对其晶粒尺寸的影响,研究了晶粒尺寸在其实验条件下的演变规律。由此构建了符合Haynes 282合金晶粒长大的数学模型,该模型的建立能够有效表征Haynes 282合金在高温下的晶粒长大行为。

新型固溶强化型镍基高温合金——Haynes230

Haynes230合金是一种新型镍基高温合金，广泛用于制造航空涡轮发动机燃烧室、地面燃气轮机燃烧室以及化工工业领域的高温耐蚀零部件，而且其应用领域还在进一步扩大。从研究背景、合金设计思路出发，结合实验数据对Haynes230合金的微观组织、力学性能、热稳定性和抗氧化性进行分析介绍，为扩大舍金在工业领域的应用提供了依据。

Inconel740H镍基合金与Haynes282镍基合金的焊接接头组织和力学性能

采用热丝TIG焊方法对Inconel740H镍基合金与Haynes282镍基合金异种材料进行焊接,并对采用Inconel Filler Metal 740H镍基合金焊丝和Haynes 282 Wire镍基合金焊丝两种不同焊接填充金属分别经过两步时效强化热处理(1010℃/2 h/空冷+788℃/8 h/空冷)和一步时效强化热处理(800℃/4 h/空冷)后的接头拉伸性能、弯曲性能、硬度和微观组织进行对比分析。试验结果表明,焊接接头的抗拉强度均大于1035 MPa,弯曲试验均合格,焊接接头的硬度均大于314 HV。焊接接头金相组织检验合格,焊缝组织均为奥氏体,焊缝内的晶界处均存在细小的碳化物析出,未发现有害相的析出。

基于神经网络的Haynes 282合金高温流动行为表征及其有限元应用

通过在热/力学模拟试验机上开展等温压缩试验获得了Haynes 282合金的真应力-应变数据。Haynes 282合金在高温变形过程中表现出显著的动态再结晶特性,其流动应力对热力参数敏感度较高,且与热力参数呈复杂的非线性关系。为了准确地描述和预测Haynes 282合金的真应力-应变关系,将热变形参数作为输入,将流动应力作为输出构建了反向传播神经网络。对神经网络的评估结果表明所构建的神经网络能够精确地表征Haynes 282合金的高温流动行为。通过将构建的神经网络以材料子程序的形式植入有限元软件中,建立等温压缩试验有限元模型,实现了Haynes 282合金高温流动行为的精确仿真。

Haynes282合金中不同元素含量对析出相析出行为的影响

采用JMatPro软件对Haynes282合金进行热力学计算,得到温度由1 400℃降至600℃时合金内不同析出相的含量,分析了铬、钴、钼、钛、铝、碳、硼等元素含量对析出相析出行为的影响。结果表明:碳化物的析出量主要由碳含量决定;铬元素可以增强M23C6的稳定性;铬、钴、钼、钛、铝能促进σ相的析出及稳定;钼含量增加可以促进μ相的析出,而硼、钴、铬、钛、铝等元素会抑制μ相的析出;硼元素对M3B2的稳定性没有影响,但含量增加会增大其析出量;钛元素能促进γ′相的析出并增强其稳定性,铝元素可增加γ′相的析出量。

Haynes 282合金高温塑性变形的热加工图

采用Gleeble-3800型热模拟试验机研究了变形参数对Haynes^(-1)282合金热变形时流动应力的影响规律,建立了Haynes^(-1)282合金高温塑性变形时的热加工图。结果表明:在达到峰值应变后,当变形温度在1000℃及以下时,合金的软化速率一直大于硬化速率,应力持续下降;当变形温度大于1000℃时,加工硬化速率和再结晶软化速率达到动态平衡。合金热加工图包含两个危险区,危险区Ⅰ:温度900~1000℃、应变速率0.1~10 s^(-1)和危险区Ⅱ:温度1000~1200℃、应变速率1~10 s^(-1);热加工图中失稳区是由温度900~1000℃、应变速率0.1~10 s^(-1)^(-1)和温度1000~1150℃、应变速率0.1~1 s^(-1)组成的区域;安全区对应的温度范围为1000~1200℃,应变速率为0.01~0.1 s^(-1),该区的功率耗散系数为0.34~0.44,是合适的热加工区。

Haynes 230镍基合金高温拉伸特性分析

针对Haynes230镍基合金进行了室温、650℃、700℃、760℃和800℃下的拉伸试验.结果表明:随着温度的增加,材料的屈服强度明显下降,从室温下的444 MPa下降至800℃下的252 MPa;在650~760℃范围内,温度对屈服应力影响较小,维持在300 MPa左右.该材料在650℃温度下表现出明显的动态应变时效(DSA)效应,但当温度达700℃时,DSA现象减弱.不同温度下屈服后直到断裂前材料的加工硬化率-流变应力呈直线关系,随着温度的增加直线段部分在整个加工硬化的分数逐渐减小,这与高温下线位错的增殖速率降低有关.

固溶处理对热变形Haynes230奥氏体晶粒长大的影响

研究了固溶温度和保温时间对热变形Haynes230奥氏体γ基体相晶粒长大的影响。结果表明：在1200-1250℃固溶处理时,合金的晶粒长大明显,晶粒长大动力学指数为0.112-0.361,随着固溶温度的升高,晶粒长大动力学指数降低。当固溶时间为1 h,在1100-1200℃固溶处理时,晶粒长大较慢;在1200-1250℃范围内,晶粒长大较快;在1250-1310℃温度区间,晶粒长大由于碳化物的阻碍作用而变缓。晶粒长大的表观激活能为310.79 kJ/mol。

基于元胞自动机的Haynes230动态再结晶组织演变

采用元胞自动机(CA),通过Matlab编程实现不同温度、不同应变速率下Haynes230镍基高温合金动态再结晶微观组织演变的动态观测,获得微观组织、位错密度、动态再结晶体积分数等微观层次的演变规律及宏观层次的流变应力-应变变化规律。研究结果表明:随着温度的升高和应变速率减小,动态再结晶分数增加、流变应力减小,因此,较高温度及较小的应变速率有利于Haynes230难变形金属热成形中动态再结晶的发生。Haynes230合金动态再结晶分数随着应变的增加而增大,其增长经历缓慢-快速-缓慢3个过程。CA模拟获得的再结晶分数与已有试验规律一致,最大相对误差为14.6%。

重型燃气轮机用Ni-Cr-Co基高温合金组织稳定性研究

采用Thermal-Calc(TCW2)软件结合Ni基数据库(2003P)对Haynes 282合金的平衡凝固组织进行计算,并提供了Haynes 282合金等温时效组织转变曲线(TTT曲线),采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子衍射和综合相分析方法研究了Haynes 282合金经过高温长期时效处理和在持久试验断裂后的微观组织。结果表明:Haynes 282合金在800℃下经过长期时效处理后会析出TCP相;Haynes 282合金中析出的针状相均为富含Mo元素的μ相;温度为700~800℃时,Haynes 282合金中μ相析出的尺寸和含量均会随时效时间的延长和温度的升高而增大,表明Haynes 282合金在高温长时应力作用下的组织不稳定性。

Haynes230镍基合金的高温拉伸变形行为

针对Haynes230镍基合金进行了不同温度下的拉伸实验,采用电子背散射衍射(Electron backscattered diffraction,EBSD)技术研究了该材料高温下的拉伸变形行为的微观机理。结果表明:Haynes材料在800℃以内有较高的抵抗塑性变形的能力;650℃温度下,材料表现出了明显的动态应变时效(dynamic strain aging, DSA)现象,700和800℃下的DSA效应相差不多,760℃下的DSA效应最弱。DSA效应的强化作用,使得650℃下合金仍保持较高的强度,且800℃抗拉强度与760℃的相比下降不多。EBSD结果表明,室温下断口附近组织出现了大量的变形孪晶,晶粒取向以<111>为主;650℃下断口附近组织的<111>取向特征更为明显,且晶界发生了弯曲变形,对位错运动的阻力增加;随着温度增加,断口附近在晶间和晶内均出现了动态再结晶晶粒。

Haynes230高温合金研究现状

HayneS230合金是一种Ni-Cr-W系固溶强化与碳化物强化Ni基高温合金,该合金因其良好的综合性能,目前广泛应用于各个工业领域,特别是航空航天、能源和化工行业等。近年来,国内外对HayneS230合金的均匀化、再结晶和热处理等方面进行了大量的研究,本文综述了近年来针对HayneS230合金开展的一些研究成果。