球形弹丸高速冲击IN718合金板的变形与破坏模式

为研究IN718镍基高温合金在高速冲击作用下的抗侵彻能力,采用直径为5 mm的304不锈钢球形弹丸,利用二级轻气炮试验装置对IN718靶板进行了一系列弹道冲击试验。通过高速摄像机进行拍摄,弹丸的入射速度范围为548.2~1067.0 m/s。对弹丸的剩余速度进行了测量和分析,并对弹道极限速度进行了验证,观察了靶板的变形和破坏模式以及弹孔直径。结果表明:在试验冲击范围之内,随着冲击速度的升高,靶板的变形模式由撕裂破坏到剪切破坏转变,靶板的穿甲破坏模式与冲击速度密切相关;靶板能量吸收效率随弹丸初始动能的增加而降低,且趋于常值0.7;靶板变形挠度随着冲击速度的升高呈减小趋势,且最大变形挠度出现在弹道极限附近;靶板正面和背面所形成的弹孔直径均随着冲击速度的升高而增大,且背面所形成的弹孔直径大于前面所形成的弹孔直径。

钛铝含量对IN718合金激光增材试样组织性能的影响

为提升激光增材IN718合金部件的力学性能和服役温度,按梯度增加Ti+Al含量制备了五种改进型IN718激光增材样品,采用万能实验机、SEM、XRD和JMatpro软件等研究了样品的常温和高温力学性能及组织结构。结果表明,随着Ti+Al含量的增加,γ′相占比逐渐上升,样品室温强度增大而延伸率明显下降。当Ti+Al含量增加到7.6%时,样品中的γ′析出相占比是γ相的5倍,硬度为55.6 HRC,因脆性相的大量析出导致裂纹萌生;经1 100℃×1 h+850℃×8 h热处理后的样品在850℃时的强度随Ti+Al含量的增加先升高后降低,Ti+Al含量为5.6%时其高温屈服强度和延伸率达到最大值,分别为553 MPa和12%,且各向同性,此时γ′析出相和γ相占比接近,分别为41.5%和39.9%。在后续研究中,可将标准IN718合金中的Ti+Al含量提高到5.6%,恰当利用γ′强化获得优良的高温力学性能和激光增材工艺相容性。

纳米压痕测量因素对IN718力学行为测试结果的影响

采用试验测试与有限元模拟相结合的方法,研究纳米压痕测量因素对IN718合金力学行为的影响。结果表明,对于IN718材料,存在明显的压痕尺寸效应,随着压入深度的增加,硬度逐渐降低,且在压入深度达到1000 nm之后硬度值的变化趋于稳定;当试样厚度与压入深度之比(“厚深比”)≥20之后,载荷位移曲线趋于一致,推荐最佳“厚深比”为20;摩擦系数对压痕的载荷-位移曲线几乎没有影响,但会影响压痕表面堆积轮廓,随着摩擦系数的增加,压痕表面材料的堆积逐渐减小,当摩擦系数达到0.2之后,表面材料堆积的减少逐渐趋于稳定;被压试样表面倾斜角对压痕的载荷-位移曲线有一定影响,倾斜角在5°以内时,压痕的载荷-位移曲线差别不大,峰值载荷最大误差均在5%以内,即可认为倾斜角≤5°时误差在可接受范围内。

选区激光熔化IN718合金固溶过程成分均匀化规律的研究

选区激光熔化技术具有成形自由度高、成形精度高、成形效率高的优势,在高温合金的曲面结构的制造中具有巨大的应用潜力。本工作采用选区激光熔化技术制备IN718合金,并对合金进行不同条件下的固溶热处理,利用SEM、TEM以及XRD等多种手段研究了沉积态合金中的成分偏析、析出相的分布、固溶过程中成分均匀化的规律、最短固溶时间和固溶温度之间的函数关系,以及固溶冷却过程中析出相的形成过程。结果表明:合金制备过程中较快的凝固速率使得合金在晶界处及亚结构的边界处产生了Nb、Ti元素的成分偏析带,偏析带的厚度约为50 nm,并且在成分偏析带形成了Laves相和MX相。在高于980℃的条件下对沉积态合金进行固溶处理,成分偏析带回溶,最短固溶时间与最低固溶温度的关系为:t=1/3167·exp (21597/T)。固溶后较低的冷却速率会使合金中产生γ″相,增加合金的硬度。

激光重熔对In718熔覆层组织与性能的影响

为了解决激光熔覆In718合金力学性能差的问题,选择不同的扫描速率对In718合金熔覆层进行了激光重熔处理,采用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪观察显微组织结构和特征,检测不同物相的成分并分析微观偏析对显微组织的影响,通过力学检测设备对涂层的显微硬度与抗拉强度进行检测。结果表明,Laves相主要由Nb与Mo元素的偏析所导致,与未重熔相比,重熔后的涂层气孔明显减少,且不同的重熔扫描速率对组织与性能的影响也不同,4个涂层的Laves相体积分数由34.1%减少至24.6%、16.7%和19.6%,平均硬度由250.3 HV提高至261.5 HV、276.9 HV和268.0 HV,抗拉强度由678 MPa提高至728 MPa、879 MPa和808 MPa,而重熔对涂层延伸率的影响不明显;最优的重熔扫描速率为15 mm/s,Laves相的体积分数最低,平均显微硬度和抗拉强度最高;激光重熔能有效改善熔覆层的形貌、降低孔隙率、减少或抑制Laves相的析出,并且减少Laves相有助于提高In718合金的力学性能。此研究为后续的离心球墨铸管模具的再制造奠定了理论基础。

In718合金激光粉末床熔融悬垂结构成形数值模拟与实验研究

针对激光粉末床熔融(LPBF)成形中点阵倾斜支杆的悬垂打印质量问题,以In718悬垂熔道为研究单元,建立三维介观数值模型.基于离散单元法在建模软件EDEM中建立粉末床模型,基于有限体积法在Flow-3D中实现LPBF熔道成形过程,通过数值模拟分析激光-粉末颗粒相互作用的流动、传热、熔化、凝固过程.结果表明,实体-粉末交界区域容易出现不连续的熔道,改善工艺参数可以提高该区域熔道成形的连续性.在低能量密度(44.19 J/mm^(3))下,施加高激光功率(300 W)不会产生匙孔缺陷,能够以比低激光功率(87.5 W)更强的马兰戈尼流动、更快的熔池流动速度填充不连续点,提高实体-粉末交界区域的熔道连续性.

电磁辅助激光熔覆IN718/WC复合涂层组织及性能

采用电磁复合场辅助激光熔覆制备IN718/WC复合涂层,系统地研究了涂层的宏观结构、微观组织、显微硬度和耐磨性能.结果表明,电磁复合场形成向下的安培力,增强了熔池中的Marangoni对流.增强的Marangoni对流使WC颗粒均匀分布在复合涂层中.然而,过度的Marangoni对流会导致WC颗粒从熔池中逸出,尤其是小的WC颗粒.20 mT稳态磁场与100 A直流电组合效果较好.WC颗粒在熔池中分解,形成亚微米共晶碳化物、羽毛状共晶碳化物和等轴共晶碳化物.其分解程度与WC颗粒的空间位置和颗粒之间的距离有关.颗粒的空间位置越高(相对于熔池),颗粒间的距离越大,分解越严重.此外,直流电提高了共晶碳化物的形核率,增强的马兰戈尼对流打断了长柱状共晶碳化物,这些作用共同细化了涂层的微观结构.在该复合场(20 mT,100 A)作用下,硬质相的衍射强度最高,涂层平均显微硬度为530 HV0.2,大于无能场下制备的涂层(400 HV0.2),缓解了涂层摩擦磨损过程中的黏着磨损形式.

送粉速率对IN718熔覆涂层拉伸性能的影响

采用单因素变量法,保持扫描速度22 mm/s、激光功率1800 W和光斑直径φ2 mm,研究送粉速率分别在18、20、22 g·min^(-1)条件下IN718熔覆涂层截面形貌、显微组织、拉伸性能及其断口特征。结果表明:随着送粉速率的增加,熔覆层的组织晶粒尺寸先减小后增大。送粉速率20 g·min^(-1)时,熔覆层中部、下部组织由具有方向性的小尺寸(30μm以下)柱状晶和树枝晶构成,此时制备试件的拉伸性能最优,其屈服强度与基材相近、抗拉强度高于基材,两个强度值分别为(1047±45)MPa和(1245±54)MPa,而杨氏模量、伸长率依次为(185±3)GPa、(7.1±0.3)%,拉伸断口呈韧性断裂特征,具有较好的塑性。

重熔扫描对激光选区熔化成形IN718孔隙缺陷的影响

激光选区熔化技术以其一体化制造特点和对于复杂零部件制造的优势,在航空工业领域受到广泛关注,然而孔隙缺陷在成形零件中始终不可避免,通常有未完全熔合缺陷、气孔和封闭匙孔三种。针对零件成形过程中形成的孔隙缺陷,探索三种不同重熔扫描策略的最优成形工艺参数,并对重熔消除孔隙的机理进行了分析。研究表明,使用高于初次扫描的功率进行重熔能够形成足够深度的熔池以消除熔道内部孔洞,且重熔工艺还能提高成形样件的塑性性能。

激光选区熔化成形316L/IN718混合粉末工艺研究

为获得高致密度的316L/IN718混合金属粉末零件,基于激光选区熔化(SLM)技术,分别选取不同的激光扫描速度和扫描间距,通过单熔道实验、单层实验以及块体实验探究了316L/IN718混合金属粉末的成形工艺。实验结果表明:单熔道实验当0.54 J/mm≤激光线能量密度(L)≤0.76 J/mm时,熔道成形效果较好。当激光功率P=200 W、扫描速度v=280 mm/s、扫描间距=0.12 mm时,可获得致密度为99.99%的块体,拟合得到激光体能量密度-相对致密度关系,该工艺研究具有应用和推广价值,为实现成形梯度功能材料提供了重要的实验数据和技术支撑。

IN718合金民航发动机盘锻件的研制

设计了IN718合金民航发动机盘锻件的制造工艺,包括镦粗、模锻、固溶和时效处理及附加热处理。对锻件镦粗和模锻过程中累积的应变场以及模锻过程中锻件的温度场和应变场进行了数值模拟。试制了IN718合金盘锻件,检测了锻件的室温和高温力学性能和晶粒尺寸。结果表明:盘锻件的平均晶粒度为ASTM No.10.5~12;室温、650℃抗拉强度和屈服强度分别为1478 MPa和1255 MPa,1207 MPa和1106 MPa,其他力学性能均满足要求;试制的盘锻件质量也符合要求。

IN718高温合金热腐蚀行为及其对力学性能的影响

研究了IN718高温合金在650℃下的熔盐(75%Na2SO4+25%NaCl)热腐蚀行为及其对合金力学性能的影响。研究表明,IN718合金热腐蚀层分为两层,外层由Fe3O4,FeCr2O4和Cr2O3等氧化物组成,内层由Ni和Ni的硫化物组成。热腐蚀过程中S沿晶界快速扩散并在晶界形成硫化物。IN718合金在650℃,100h浸盐热腐蚀预处理后,室温拉伸性能和650℃拉伸强度变化不大,合金在650℃拉伸塑性略微降低,但650℃,700MPa持久性能显著降低,其主要原因是S降低晶界强度,同时外加应力提高腐蚀速率。

变能量激光选区熔化IN718镍基超合金的成形工艺及高温机械性能

开展了基于激光选区熔化技术对IN718镍基超合金直接激光熔化成形的研究。将零件分为心部与轮廓区,通过改变激光线输入量进行选区熔化研究。首先,建立熔池内烧结的数值模型,改变激光线输入量,获得了激光线输入量对零件致密度的影响规律并观察了成形体中的组织生长。然后,增加轮廓部位扫描,改变激光线输入量与扫描顺序,获得其对零件表面质量的影响规律。最后,通过优化热处理工艺提高零件高温拉伸强度和高温持久性能。试验结果表明,在激光线输入量为300J/m时,成形体致密度最高,为98.9%,成形体沿层间方向组织为树枝晶加等轴晶,在层内方向组织为等轴晶。采用心部+后轮廓扫描的方式,轮廓激光线输入量为100J/m时表面质量最优,粗糙度为3.1μm。对成形体采用1 065℃固溶+双时效的热处理可以获得最佳高温性能组合,高温拉伸强度为1 356MPa,高温持久时间为34h。结果显示,通过激光选区熔化制作IN718镍基超合金可以满足航空结构件对致密度、表面质量和高温性能要求。

磷含量对IN718合金持久和蠕变性能的影响

研究了不同含量的磷在IN718合金中的作用。结果表明 ,磷对持久和蠕变性能有显著的影响 ,可提高IN718合金晶界抗蠕变开裂的能力。将磷含量由 0 .0 0 3%提高至 0 .0 3% ,持久寿命先是增加而后降低 ,并在含磷0 .0 2 5 %处达到持久寿命峰值。磷对应力指数影响不大 ,但对表观蠕变激活能影响显著。磷的有益作用主要来自于抑制晶界扩散和改善晶界δ相。

Al对IN718合金拉伸性能及稳定性的影响

Al对IN718合金拉伸性能及其稳定性影响的研究结果表明,在标准热处理状态下,Al增加合金中γ″和γ′相析出总量,提高合金室温和680℃的抗拉伸强度,但Al抑制晶界δ相析出,促进Laves相、M7C3相和σ相等在晶界析出,恶化合金的拉伸塑性。经680℃长期时效以后,γ″和γ′相粒子长大,其中高Al合金中析出的γ″/γ′"包覆组织"的长大速率比常规合金中的γ″相小,但两者拉伸强度下降的速度基本相同;合金晶界状态恶化,使室温拉伸塑性明显降低;强化相粒子长大,合金基体的高温强度降低,使680℃拉伸塑性升高。

α-Cr相在IN718合金中的析出及其热力学计算

通过热力学计算，建立了Ｃｒ，Ｍｏ及 Ｎｂ与ＩＮ７１８合金的赝二元相图以及Ｃｒ－Ｆｅ－ＩＮ７１８赝三元等温截面图．研究了ＩＮ７１８合金中α－Ｃｒ相析出条件和化学成分对α—Ｃｒ相析出温度及析出量的影响．确定了α－Ｃｒ相析出的临界成分和不同成分条件下α－Ｃｒ相开始析出温度及析出量，同时得出了Ｃｒ，Ｍｏ和 Ｎｂ含量与α－Ｃｒ相开始析出温度和析出量的关系式．利用Ｘ射线衍射对萃取相的分析及选择性浸蚀方法，验证并显尔了α—Ｃｒ相在ＩＮ７１８合金中的存在和分布．

镍基IN718合金时效过程中α-Cr相演变行为

通过力学性能试验,扫描电镜观测和化学重量分析,研究了直接时效与标准热处理工艺处理的IN718合金盘材经593℃～677℃高温长期时效至2 000 h后力学性能和微观组织行为.结果表明,直接时效的DA718合金在未经长期时效前已含有约0.006 w/%的α-Cr相,于650℃和677℃时效2 000 h后α-Cr相均达0.6 w/%左右,而在相同时效条件下,标准IN718合金α-Cr相比DA718要少.合金强度的变化规律与冲击韧性明显不同,2种合金微观组织演变行为也有明显区别,特别是α-Cr和δ相的变化行为.因此,合金微观组织行为对综合力学性能的影响需要进行综合考虑.

磷对IN718合金蠕变性能的影响

研究了磷对ＩＮ７１８ 合金蠕变性能的影响． 结果表明， 磷显著提高蠕变抗力．磷对应力指数没有明显的影响，掺杂０．０２％ 磷使表观蠕变激活能由６７８ ．５ｋＪ／ｍｏｌ 提高至７４６．１ｋＪ／ｍｏｌ．磷的有益作用可能是通过抑制晶界扩散实现的．

等温锻造对IN718合金组织和性能的影响

对IN718合金在1020℃下以应变速率0.01进行变形量为40%的等温锻造,并对锻造过程进行数值模拟,预测了涡轮盘件锻造载荷的情况。试验结果表明:经等温锻造后IN718合金具有细晶组织,晶粒度为ASTM10级,其力学性能高于指标要求。通过数值模拟等温锻过程并与试验结果对比可以看出:数值模拟等温锻造过程中变形量与成形件几何尺寸。

掺杂硫对IN718合金性能的影响

研究了掺杂硫对ＩＮ７１８合金的影响结果表明，硫使蠕变抗力和持久寿命降低．硫对 ＩＮ７１８合金的有害作用具有明显的表面效应。