K439B镍基铸造高温合金800℃长期时效过程中碳化物的演变规律

K439B镍基合金是一种承温能力达800℃的新型铸造高温材料,在发动机机匣类复杂结构件有重要应用前景。作为该合金中的主要晶界强化相,碳化物在合金长期时效过程中的演化规律尚不清楚。以K439B合金为对象,在800℃下对该合金进行了6000~10000 h的等温时效实验,研究了其长期时效过程中碳化物的演变规律和转变机理。结果表明,K439B合金的组织稳定性优异。经过长期时效后,晶界和枝晶间组织中仍保留大部分标准热处理态时的MC型碳化物,仅有部分MC型碳化物分解为M_(23)C_(6)型碳化物和γ′相,未出现η相和σ相等TCP有害相。晶界M_(23)C_(6)型碳化物表现出两种不同的粗化行为,一是M_(23)C_(6)型碳化物逐渐宽化,在长期时效后宽度均一,碳化物排列整齐;二是在某些晶界部位,粗化后的M_(23)C_(6)型碳化物呈现不规则的形状,甚至向晶粒内部延伸。晶界M_(23)C_(6)型碳化物并未出现沿整个晶界的完全相连情况,其主要是γ′相颗粒将两个相邻的M_(23)C_(6)型碳化物分隔所致。

固溶参数对镍基高温合金K439B显微组织及力学性能的影响

采用金相显微镜和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)研究不同固溶温度(1140,1160℃及1180℃)及固溶冷却方式(AC,FC-900℃+AC,FC)等热处理参数对K439B合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:提高固溶温度后合金的光学组织及γ′相形貌接近,晶界宽度略有增加。当以AC方式冷却时,γ′相均匀分布,尺寸为50.7 nm;以FC-900℃+AC方式冷却时,枝晶间及晶界附近析出250~510 nm的粗大γ′相,γ′相呈双态形貌;以FC方式冷却时,粗大γ′相的含量增多,且晶界颗粒状M23C6碳化物含量有所提高。降低冷却速率后K439B合金的815℃/379 MPa持久寿命得到较大改善,不同固溶参数对热处理K439B合金的室温拉伸性能影响较小。

浇注温度与型壳温度对K4648镍基高温合金组织和性能的影响

针对某型号燃气涡轮导向器用K4648镍基高温合金室温冲击韧性无法达到标准要求(冲击韧性大于20 J·cm^(-2))的问题,在不同的浇注温度与型壳温度(1 490℃/1 050℃,1 490℃/950℃,1 460℃/1 050℃)下制备了K4648镍基高温合金,并进行了固溶+标准热处理,研究了浇注温度与型壳温度对合金显微组织和冲击性能的影响,获得了优化的工艺参数。结果表明:当型壳温度或浇注温度较低时,K4648镍基高温合金的晶粒尺寸和二次枝晶间距较小,块状初生α-Cr相含量较少、尺寸较小,合金的冲击韧性较大,冲击断口处次生裂纹数量较少;优化工艺参数为型壳温度950℃、浇注温度1 490℃,此工艺参数下制备的K4648镍基高温合金的冲击韧性最大,为21.4 J·cm^(-2),满足标准要求。

二次固溶加时效对K4648镍基高温合金组织与性能的影响

采用扫描电镜、能谱仪和拉伸试验等研究了二次固溶加时效对K4648镍基高温合金组织与性能的影响。结果表明:二次固溶加时效处理后,合金中析出了尺寸更大的针状α相,M_(23)C_(6)碳化物的尺寸变小;随着二次固溶温度的升高,针状α相逐渐粗化,M_(23)C_(6)数量增多且大部分在晶界处连续分布。经过二次固溶加时效处理,合金抗拉强度显著提高,塑性略有下降。K4648合金的最佳二次固溶温度为1200℃,此时合金的抗拉强度达到810 MPa,相比一次固溶加时效提高了约39%,伸长率略微下降,从17.2%降为15.3%。

Ti预处理的SiC_(f)/SiC与镍基高温合金复合铸件的界面组织与强度

由SiC_(f)/SiC复合材料与K403镍基高温合金熔体制备的一体化铸件,冷却到室温时会出现自行断裂。通过采用Ti粉埋覆包渗工艺在1100℃下对SiC_(f)/SiC表面进行预处理,并在适当工艺下与K403镍基高温合金熔体进行陶瓷型精密铸造,成功实现SiC_(f)/SiC与K403镍基高温合金的一体化成形和界面的牢固结合。结果表明:Ti预处理层平均厚度为17μm左右,Ti向SiC_(f)/SiC渗透、扩散和反应,形成含TiC,Ti3SiC2,Ti5Si3Cx,SiC相的显微组织;经过与高温镍基金属液复合铸造后,预处理层演变成厚约120μm的界面反应层,其典型界面组织为Ni2Si+C+Al4C3+MC(M主要含Ti及少量的Cr,Mo,W)。预处理层的存在减轻Ni与SiC的有害石墨化反应,缓解高温金属液对SiC_(f)/SiC的热冲击,形成的界面反应层降低热膨胀系数失配造成的热应力,使得SiC_(f)/SiC与K403一体化铸件结合界面的室温剪切强度达到63.5 MPa。

镍基高温合金高温环境下裂纹扩展速率研究

GH4720Li镍基高温合金作为航空发动机涡轮盘的主要材料,其损伤容限性能对航空发动机起主要作用。本文完成了高温环境下的定K、降K两组裂纹扩展速率试验。试验得到的Pairs公式参数n和C与文献相比吻合度很好,并给出了材料的门槛值;对试样断口分析发现定K试样扩展区和瞬断区均出现剪切断裂特征。

固溶温度对含铪高钨K416B镍基高温合金组织的影响

通过对含铪高钨K416B镍基高温合金进行不同温度固溶处理后的组织形貌观察,研究固溶温度对K416B合金组织的影响。结果表明:随着固溶温度的升高,在合金元素的扩散作用下,合金中的二次枝晶尺寸略有增大,使枝晶间的共晶含量逐渐减少,促使合金组织致密化;同时合金中的γ′相发生溶解,使其尺寸减小;在高温固溶处理期间,枝晶间区域的初生条状MC相发生分解形成粒状M6C碳化物;而共晶处的大尺寸块状M6C相形态与数量无明显变化;固溶处理使偏聚于枝晶干的元素W向枝晶间扩散,而Hf、Nb、Ti和Cr元素向枝晶干扩散,大幅降低合金各元素的偏析程度。组织研究结果表明,1220℃保温4h为合金组织状态最佳的固溶热处理工艺。

陶瓷CBN砂轮磨削镍基铸造高温合金K418磨削力研究

系统开展了陶瓷结合剂CBN砂轮磨削K418的试验研究,测试了不同砂轮线速度、工件进给速度及切深条件下的磨削力。通过对试验数据的分析处理,得到上述3个工艺参数对磨削力、力比及磨削比能的影响规律。并拟合出了陶瓷结合剂CBN砂轮磨削基铸造高温合金K418时磨削力的经验公式,该公式估算误差低于10%。磨削力和力比均随着工件进给速度、切深和当量磨削厚度的增大而增大,随砂轮线速度的减小而增大。随着当量磨削厚度的不断增加,磨削比能呈下降趋势。

K418B合金900℃长期时效显微组织和力学性能演变

研究了900℃长期时效对K418B合金的显微组织以及力学性能的影响。采用热力学计算软件JMatPro对合金中相的稳定性及体积百分比进行计算。借助扫描电镜及附带的能谱仪对显微组织及成分进行分析。使用Image-Pro Plus软件对碳化物和γ′相的尺寸以及体积分数进行统计分析。结果表明:随着时效时间的增长,室温拉伸强度σ_(b)和σ_(0.2)逐渐下降,塑性变化不明显;750℃高温下的拉伸性能与室温拉伸的变化规律相同,σ_(b)和σ_(0.2)随着时效时间的增长,总体呈现下降趋势,塑性的变化规律不明显;760℃/530 MPa持久寿命逐渐下降,塑性逐渐上升。982℃/152 MPa持久寿命随着时效时间的增长,持久寿命呈现下降趋势,持久塑性的变化是随着时效时间的增长,塑性得到明显的提升。长期时效后由于组织发生变化导致材料强度逐步降低,材料塑性呈现上升的趋势。

微量元素对K418B合金显微组织和力学性能的影响

研究了微量元素Mg对K418B合金铸态组织以及力学性能的影响。采用热力学计算软件JMatPro对K418B合金中相的稳定性及体积百分比进行计算。借助附带的能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)对两种合金的显微组织及其成分进行分析。使用Image-Pro Plus软件对碳化物、γ′相和共晶相的尺寸以及体积分数进行统计分析。拉伸性能测试分别按照HB 5143和HB 5195的规定在23℃(室温)和750℃(中温)下进行。760℃/530 MPa和982℃/152 MPa持久测试按照HB5150进行。结果表明加Mg后对K418B合金的力学性能有所提升。

高Cr铸造镍基高温合金K4648凝固行为的研究

采用等温凝固淬火工艺与差热扫描量热相结合的方法对高Cr铸造镍基高温合金K4648的凝固过程进行研究,得到合金在不同温度下的等温凝固组织、相析出顺序图和凝固特性曲线。结果表明:K4648合金的液相线温度为1340℃,由DSC确定的宏观固相线(3.1%残余液相,体积分数,下同)和等温凝固法确定的微观固相线(0.5%残余液相)温度分别为1248和1180℃。K4648合金固、液相线温度范围内的初生相主要为MC碳化物和α-Cr相,它们的析出温度分别为1310和1190℃。初生α-Cr相固溶30%(原子分数)以上的Ni,显微硬度是基体的3倍,是一种脆性相。凝固过程中Cr的严重枝晶间偏析促进了该相的形成,初生α-Cr相在铸造过程中应加以控制。

铸造镍基高温合金K35的氧化动力学

用静态增重法研究了K35镍基铸造高温合金的800℃氧化动力学·结果表明,K35合金的氧化动力学遵循抛物线规律,属于完全抗氧化级·利用X射线衍射、扫描电镜和能谱分析确定K35合金氧化膜组成以Cr2O3为主,含有NiCr2O4及TiO·TiO2·由于钛氧化物的存在,在高温氧化期间,K35合金发生了内氧化·

高Cr铸造镍基高温合金K4648与陶瓷型芯的界面反应研究

采用金相显微镜、扫描电镜及能谱、电子探针和X射线衍射对高Cr铸造镍基高温合金K4648等轴晶和定向凝固铸件的合金/陶瓷型芯界面反应进行了系统研究,获得反应时间与反应量关系的界面反应动力学曲线、不同反应时间的反应界面形貌及产物的种类。结果表明:高Cr铸造镍基高温合金K4648与铝基型芯不易发生反应,而与硅基陶瓷型芯发生剧烈的界面反应,反应产生金属瘤状凸起物,造成铸件内腔破坏。此外,白色的硅基型芯内部变成黑色,黑色反应区内含有一定量的Cr,Al,Ti元素。在反应的中、后期型芯黑色反应区内还存在着灰色区,该区的Cr,Al,Ti含量远高于黑色反应区。高Cr铸造镍基高温合金K4648合金与硅基陶瓷型芯反应分为:(1)富Cr,Al,Ti熔体向型芯内的渗入阶段;(2)富Cr,Al,Ti熔体与陶瓷型芯SiO2基体的反应;(3)富Cr,Al,Ti的熔体与型芯中Zr-SiO4颗粒反应三个阶段。反应过程中型芯存在局部液化现象。K4648合金/硅基陶瓷型界面反应产物主要为层状或树枝状Al2O3,块状Cr3Si金属间化合物、ZrO2,富Cr,Zr,Al,Ti的复合氧化物、共晶形态的富Cr,Si,Al,Ti的复合氧化物、块状或树枝状的富Ti,Al,Zr,Cr复合氧化物。反应产物中的Cr,Al,Ti元素来自合金熔体而Zr,Si,O来自陶瓷型芯。

高Cr铸造镍基高温合金K4648的母合金净度研究

对两炉冲击韧性存在明显差异的高Cr铸造镍基高温合金K4648进行了对比研究,通过分析两炉母合金的主量元素和气体含量,采用电子束纽扣锭(EB锭)实验观察合金内夹杂物和对母合金用原材料金属Cr的显微组织分析等方法研究了K4648母合金净度。结果表明:1#与2#炉批母合金主量元素无明显差别。1#母合金由于气体元素O含量高达(20.5±7.5)×10-6,远高于2#合金的6×10-6,造成其室温冲击韧性(aku)不及2#合金的一半,低于技术条件要求的19.6J/cm2。电子束纽扣锭(EB锭)实验可有效地将K4648中的夹杂物汇聚,经分析主要是富Y,Ce的氧化物和富Al氧化物。证明高Cr铸造镍基高温合金K4648中添加稀土元素Y,Ce可有效攫取合金中自由态的O和S,生成稳定的稀土氧化物或硫化物,起到净化合金的作用。K4648母合金原材料中金属Cr基体中固溶有15%(质量分数)的元素O,还分布有富Cr氧化物和Cr,Al,Si的复合氧化物。此外,还存在含N、贫O区域,该区域的维氏显微硬度可达8.2GPa,是Cr基体1.3GPa的6倍,证明N使金属Cr的硬度明显升高。

K44镍基高温合金长期时效过程中γ′相粗化对拉伸性能的影响

研究了一种抗热腐蚀高温合金K44在800,850和900℃经(1-10)×103h长期时效后γ′相的变化和拉伸性能．结果表明,γ′沉淀相的长大动力学符合Lifshitz-Slyozof-Wagner熟化规律,长大激活能为255 kJ／mol．相对较小的γ′相出现与弹性应变能相关的形态不稳定现象．合金屈服强度随时效温度升高和时效时间的延长而降低,可以由Labusch-Schwarz 强化理论来解释,但塑性却出现了波动．合金的强化机制为强相互作用位错对的切割机制．

镍基铸造高温合金K52在900℃恒温氧化性能的研究

研究了镍基铸造高温合金K52在900℃和100 h下的氧化行为,并与ЧC104-Bи合金进行了比较,为K52合金的设计提供了实验基础与理论依据.结果表明,两种合金在900℃和100 h下的氧化动力学曲线均符合抛物线规律,属于完全抗氧化级.X射线衍射、扫描电镜、电子探针元素面分布和能谱分析等实验表明,K52合金和ЧC104-Bи合金的氧化膜相似,可分为三层:外层以TiO2层为主,性质疏松,空隙较多,没有形成连续氧化层;中间层为连续、致密、平直的氧化物,形成保护性氧化层,以Cr2O3为主,并含有少量尖晶石N iCr2O4及TiO2;内层以A l2O3为主,含有少量TiO2氧化物.K52合金的恒温抗氧化性能优于ЧC104-Bи合金.

不同冷速作用下K424镍基高温合金相变及组织形成规律

使用差示扫描量热仪,研究了不同冷却速率作用下K424镍基高温合金的相变过程。使用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱分析仪(EDS)对K424合金二次枝晶间距及成分偏析随冷速的变化规律进行了分析。结果表明,提高冷却速率使合金二次枝晶间距及碳化物的尺寸减小。枝晶组织的细化及相变速率的加快,导致空间上残余液相的分散分布及时间上初生相的不充分生长,从而减弱了枝晶间Ti,Nb等正偏析元素的富集,降低了碳化物的析出温度及转变程度,甚至可抑制其二次析出。

K417镍基高温合金微动磨损行为的研究

研究了K417镍基高温合金的微动磨损行为。结果表明,K417镍基高温合金的微动磨损可以分为开始、过渡和稳定三个阶段,稳定阶段的微动磨损机理是疲劳脱层。高温下K417镍基合金的微动磨损表面可以形成致密的釉质氧化膜,具有良好高温强度的K417镍基合金基体的支撑保证了釉质氧化膜的连续和完整。通过降低剪切应力的大小和改变其分布形式,釉质氧化膜可以缓解K417镍基合金的微动磨损。

镍基钎料钎焊K465高温合金大间隙接头组织与性能研究

K465镍基高温合金为母材,FGH95镍基合金粉为预填粉末,采用预填高熔点粉末的方法对0.5mm大间隙接头进行钎焊,研究不同保温时间对钎缝组织与接头性能的影响。结果表明:1220℃保温0.5h获得的钎缝组织由合金粉颗粒及颗粒间的相构成,颗粒内为γ和γ′两相组织,颗粒间为γ和γ′两相为基体的硼化物、硅化物及γ+γ′共晶组织;随钎焊保温时间延长,合金粉颗粒长大,化合物相及γ+γ′共晶组织合并、总量减少;钎焊保温时间为0.5~16h时,接头平均持久寿命由31.59h提高至54.58h,但不易获得高性能等温凝固接头。

镍基铸造高温合金K24的切削温度实验研究

通过实验,分析了使用YW1刀具切削K24时,切削用量对切削温度的影响。对切削温度影响最大的是切削速度,但是,随着切削速度的增加切削温度的增加量是下降的。这是因为在切削过程中,速度的增加使得副后刀面磨损加剧,切削深度减小,切削力减小,切削温度也随着相对降低。切削用量对切削温度的影响其次是进给量,影响最小的是切削深度。通过实验所得的切削用量与切削温度的经验公式,将这3个公式合并可得到切削用量对切削温度的总的经验公式。