镍基焊丝氩弧焊K438合金接头组织与性能研究

针对某型燃气轮机动力涡轮转子叶片磨损失效要求,通过钨极氩弧焊制备了无裂纹的K438接头,分析了K438接头的显微组织和力学性能。结果表明,接头成形美观、无裂纹,堆焊区组织中γ基固溶体上弥散分布着富Cr的柱状、颗粒状、树状等形态各异的M_(23)C_(6)和M_(6)C白色相,结合线硬度达452 HV0.5,堆焊区硬度约278 HV0.5,接头平均抗拉强度403.3 MPa,接头断裂于堆焊区,断裂形式为脆性和韧性混合断裂。

K438高温合金补焊接头热处理裂纹研究

对K438高温合金补焊件热处理裂纹进行了研究,观察了裂纹的分布特征,分析了不同裂纹的形成机理。结果表明,热处理后热影响区出现两类裂纹:不连续的液化裂纹和起始于熔合区,向母材扩展的应变时效裂纹。应变时效裂纹取决于焊缝的残余应力和敏感组织,M_(23)C_6和M_6C的存在增加了晶界脆性,增大了裂纹开裂的倾向性。当应力超过合金的强度极限即发生开裂。液化裂纹是由于晶界的低熔点(γ+γ′)共晶相在热处理时被重新熔化,削弱了晶粒间的内聚力,导致裂纹的产生。

镍基合金K438高温弹塑性变形行为与本构模型研究

针对涡轴发动机动力涡轮叶片复杂应力状态下的变形失效问题,以涡轮叶片材料K438为研究对象,开展了高温下光滑和缺口特征件准静态拉伸试验。结合试验结果分析了叶片材料在复杂应力状态下的变形行为和断裂特征,构建了叶片材料本构模型和损伤断裂模型,并验证了模型的有效性和适用性。同时还探讨了温度、应力集中系数、试样截面几何形状对K438材料屈服行为及抗拉强度的影响。研究结果为K438材料的选用及相关结构件设计与应用提供了理论依据。

K438高温合金Al-Si涂层的高温氧化表面形貌分析

为提高航空发动机使用寿命,航空发动机涡轮机叶片表面均采用防护涂层技术,以提高基体合金的抗高温氧化腐蚀性能.采用热扩散的方法,在K438镍基高温合金表面制备了Al Si涂层.依据GB/T13303 91标准,对制备了Al Si涂层的K438高温合金进行了1 000℃×500h高温氧化性能试验.用XL 300FEG扫描电镜对氧化后的涂层表面进行观察分析,分析结果表明,K438高温合金表面的Al Si涂层,在高温氧化过程中已转变成连续致密的αAl2O3 氧化膜,该氧化膜无裂纹、剥落发生,可有效地阻止氧原子的渗入.涂层中Si元素的加入,能有效地阻止涂层元素与基体元素的互扩散,起到了扩散障的作用,延长了涂层的退化周期,使涂层获得了优良的抗高温氧化性能.

浇注温度对K438高温合金组织和力学性能的影响

通过金相显微镜、扫描电镜、拉伸试验研究了不同浇注温度下的K438合金试样组织和力学性能。结果表明:1450℃浇注后,合金中碳化物以块状和长条状为主;1410℃浇注后,合金中碳化物以块状为主。随着浇注温度的降低,室温抗拉强度和屈服强度由991 MPa和922 MPa升高至1006 MPa和936 MPa,伸长率和断面收缩率由5.0%和15.3%降低至4.0%和7.5%,而650℃高温抗拉强度和屈服强度由982 MPa和657 MPa升高至1075 MPa和849 MPa,伸长率和断面收缩率由10.1%和21.9%降低至8.8%和10.5%。

热等静压温度对K438合金显微组织和高温力学性能的影响

研究了热等静压(HIP)温度对K438合金显微组织和高温力学性能的影响。结果表明,1170℃/150 MPa/4 h和1177℃/150 MPa/4 h热等静压能使K438合金显微疏松闭合。合金标准热处理(ST)后,枝晶杆由大、小两种尺寸的γ'相组成,其中较大的γ'相尺寸约为0.2μm;热等静压后,γ'相尺寸变大,接近0.5μm,未析出较小尺寸的γ'相;HIP+ST后,重新析出大、小两种尺寸的γ'相。力学性能测试结果表明,与标准热处理态相比,加入热等静压后,合金的815℃/420 MPa持久寿命相当,850℃/365 MPa持久寿命和800℃抗拉强度降低,而800℃拉伸伸长率和断面收缩率显著提高,其中,1170℃热等静压状态合金的800℃抗拉强度从902 MPa降到836 MPa,伸长率从6.8%提高到16.6%,提高了144.1%。

K438铸造高温合金表面热浸镀铝涂层的抗氧化性能

针对K438镍基高温合金在高温条件下抗氧化性能不足的问题,采用热浸镀铝技术在其表面制备了铝化物涂层。经1000℃、1 h真空扩散退火处理后,对高温合金的热浸镀铝涂层开展了1000℃、250次的高温循环氧化试验,并采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪等分析测试手段,对高温氧化后涂层截面组织进行了研究。结果表明,试验合金在1000℃、40次循环氧化后氧化增量曲线便开始下降,高温抗氧化性能较差,经1000℃、250次循环氧化后,形成了Al_(2)O_(3)、TiO_(2)、Cr_(2)O_(3)、NiO和尖晶石NiCr_(2)O_(4)、NiAl_(2)O_(4)等氧化产物。而热浸镀铝涂层经1000℃、40次循环氧化后,氧化增量变化较小,且经250次循环氧化后,氧化产物中未发现Cr_(2)O_(3)的存在,其高温抗氧化性能均较基体明显提高,其中热浸镀90 s的涂层高温抗氧化性能更好。