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。

K418高温合金涡轮裂纹产生原因分析

某K418高温合金涡轮超转试验后发现裂纹,采用金相检验、化学成分分析、断口分析及能谱分析等方法,对裂纹的形成原因进行了分析。结果表明:由于涡轮熔模铸造用型壳在浇铸前未清洗干净或型壳结合不牢,使得在铸造过程中型壳中的物质被卷到液体合金里形成沿晶分布的夹杂物,造成晶界结合力弱化,从而导致涡轮在超转试验的作用力下沿晶界薄弱处产生裂纹。

母合金法MIM418涡轮的近终成形与致密化机理

以母合金粉末和羰基镍粉为原料,采用母合金法制备MIM418高温合金,并通过注射成形实现增压涡轮的近终成形。研究结果表明:通过真空烧结与热等静压,MIM418涡轮相对密度达到99%以上。对烧结态的合金显微组织进行表征,发现γ'相形貌和大小均匀,为0.5μm左右。在烧结过程中产生了瞬时液相,液相中主要合金元素为Cr,在等温凝固后演变为晶界碳化物。瞬时液相的出现大大促进了致密化与扩散均匀化过程。母合金法MIM418合金的抗拉强度、屈服强度分别为931 MPa和788 MPa,比铸造K418合金的抗拉强度和屈服强度分别提高了48%和126%。

K418高温合金下引式热型连铸温度场模拟

建立了镍基K418高温合金下引式热型连铸(OCC)凝固过程温度场模型,采用试验与ProCAST模拟相结合的方法修正了界面换热系数条件,使模拟结果与试验结果的最大差异不超过4%,可以较好地模拟实际凝固过程温度场。模拟结果表明:当浇注温度从1460℃升高到1540℃时,两相区宽度由15mm减小到10mm,温度梯度从33K/cm增大到40K/cm;当冷却距离由13mm增大到33mm时,两相区宽度从12mm增大到16mm,温度梯度从28K/cm降低到23K/cm;当平均拉坯速度从9mm/min增大到18mm/min时,两相区宽度从12mm增大到15mm;当温度梯度从35K/cm减小到25K/cm、拉速增大到36mm/min时,固液界面位置下移到BN铸型出口处,有拉断、漏钢的风险。K418高温合金铸锭(?10mm)合理的下引式热型连铸制备参数范围为:熔体浇注和BN铸型温度1500~1540℃,冷却距离23mm,平均拉坯速度9~18mm/min。

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。

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。

工业生产镍基高温合金K418脱氧脱氮工艺研究

采用镍基高温合金K418回收料、各种单质原料和ZrO过滤片等辅料,以4种真空感应熔炼工艺方法生产了K418母合金。利用钢研纳克检测技术股份有限公司的ON-3000氧氮分析仪、SparkCCD7000全谱直读光谱仪进行了化学成分分析。根据分析结果,探讨了回收料比例、过滤净化、原材料种类等因素对真空感应熔炼生产K418母合金脱氧脱氮的影响。结果表明:使用K418回收料会提高合金的氧氮含量,且随着回收料比例增加产品氧氮会提升;使用ZrO过滤片能有效降低合金的氧氮含量,且过滤片孔径越小、比表面积越大,越有利于氧氮的去除;使用高纯金属铬可以进一步去除K418合金中的氧氮含量。

汽车增压涡轮用K418高温合金粉末的烧结行为研究

文章以水雾化K418高温合金粉末为原料,研究了不同烧结温度对合金组织、结构和相关力学性能的影响。研究结果表明,随着温度的升高,合金致密度与显微硬度均呈上升趋势。在1240℃烧结时达到最大值,分别为97.3%和431HV0.3。

增压器中铸造镍基高温合金K418的切削加工研究

因高温合金材料的特殊性,它的切削加工是国际公认的难题。高温合金又称耐热合金或热强合金,它具有优良的高温强度、热稳定性及抗热疲劳性能,能够在高温氧化气氛或燃气条件下工作。随着国内外对高温合金研究的深入,目前其已广范应用到各个领域。

铁对K418合金组织性能的影响

着重研究了铁的质量分数从0.85%变化到3.32%时对K418镍基高温合金的组织及性能的影响。研究表明,铁含量的变化,没有改变K418合金中主要相的组成,且铁含量对高温拉伸强度的影响较小。当铁的质量分数超过1%后,使材料的延伸率发生了波动,但波动幅度较小,并且这也可能是因为熔炼过程不均匀造成的。

Sr和Ce对镍基高温合金高温力学及热疲劳性能的影响

K418镍基高温合金广泛应用在农业拖拉机等内燃机上,在K418镍基高温合金中复合添加合金元素Sr和Ce,制备了K418-Sr-Ce新型镍基高温合金,并进行了高温力学性能和热疲劳性能的测试与分析。结果表明:与K418合金相比,新型合金具有更好的高温力学性能和热疲劳性能,新型合金在800℃测试环境下的高温抗拉强度提高了30MPa、收缩率提高了2%,经过1000次800℃~20℃冷热循环后的主裂纹长度减小35%、主裂纹宽度减小36%。

K418高温合金增压器涡轮精密铸造工艺数值模拟研究

该文采用MAGMA铸造仿真软件模拟了K418高温合金增压器涡轮精密铸造工艺,研究了合金液在浇铸过程中的流体温度场、凝固过程中的液相温度场等,然后结合模拟结果试制了增压器涡轮,并对其进行了金相组织分析。结果表明:采用底浇式浇铸系统并将浇注温度设定为1550℃,可以保证合金液具备良好的充型能力;铸件的凝固顺序为:叶片边缘-叶片-叶片轴心-浇冒口-冒口中心,可以保证涡轮零件实现良好成型,并且缩松等缺陷可能出现的位置位于冒口区域;涡轮叶片组织致密,无明显缺陷,叶片位置由柱状晶和细小等轴晶组成,根部及轴心部位为排列整齐的等轴晶。所设计的浇注系统和浇铸温度等工艺合理,可作为实际生产的指导方案。

K418/42CrMo异金属连续驱动摩擦焊研究

采用连续驱动摩擦焊对K418/42CrMo异金属进行了焊接工艺试验,对焊接接头抗拉强度、断口形貌、金相组织、显微硬度等进行分析。结果表明:焊接接头质量良好,抗拉强度达到700MPa以上,焊缝区域有碳元素从42CrMo侧向K418侧转移扩散现象。

K418/42CrMo异种金属连续驱动摩擦焊次生摩擦面研究

采用连续驱动摩擦焊进行K418高温合金/42CrMo异种金属的焊接,对焊接接头金相组织、元素含量等进行了分析。结果表明:焊缝处K418侧各主要元素向42CrMo侧发生扩散,42CrMo侧碳元素向K418侧发生扩散,K418侧近焊缝区形成了次生摩擦面,焊接完毕后析出带状碳化物,带状碳化物与焊缝之间的K418发生再结晶。

K418/42CrMo连续驱动摩擦焊接头动态再结晶研究

采用连续驱动摩擦焊对K418/42CrMo进行焊接,对焊接接头金相组织等进行分析。结果表明:K418/42CrMo焊缝冶金结合面积大,42CrMo钢发生软化并流动,K418合金侧紧靠焊缝处组织发生再结晶,晶粒组织呈细小均匀的等轴晶特征。

激光成形修复K418高温合金的显微组织与开裂行为

研究了激光成形修复航空发动机涡轮叶片用K418高温合金的组织特征与开裂行为。研究发现:K418合金激光修复区组织主要由γ-FeCr0.29Ni0.16C0.06固溶体基体、方形γ′相、枝晶间杆状或骨架状初生MC碳化物和骨架状(γ+MC)共晶组成。激光成形修复所用铸件基体中MC碳化物为TiC,呈块状分布在晶内和晶界;而激光修复区中MC碳化物为(NbTi)C,呈骨架状或杆状分布于枝晶间。从基体、热影响区到修复区,γ′相形貌、尺寸和数量呈现不同特征。修复区裂纹为与液膜有关的结晶裂纹,裂纹沿枝晶晶界扩展。通过试验优化,确定了较佳的激光成形修复K418合金的工艺参数,大大降低了其开裂倾向。

K418/42CrMo异金属连续驱动摩擦焊焊接接头组织与性能研究

采用连续驱动摩擦焊进行K418/42CrMo异金属焊接,焊接接头质量较好,抗拉强度提高。

K418/42CrMo异种金属连续驱动摩擦焊焊接面元素扩散研究

涡轮增压器的核心部件转子轴一般由K418高温合金、42CrMo钢焊接而成,两者焊接质量直接影响到涡轮增压器的质量。采用连续驱动摩擦焊对K418高温合金、42Cr Mo钢异种金属进行焊接,对焊接接头金相组织、元素含量等进行分析。结果表明:K418高温合金、42CrMo钢焊接面冶金结合面积大,元素在摩擦面两侧发生不同程度的扩散,强规范参数效果更明显。以上研究为涡轮增压器K418高温合金、42CrMo钢异种金属焊接提供了技术参考。

激光熔覆K418高温合金温度场的数值模拟

采用ANSYS有限元软件对K418高温合金激光熔覆过程中的温度场进行了计算,得到了激光熔覆层中心温度的变化规律。结果表明,熔覆层中心温度表现出明显的快速熔凝特征,熔覆层中心温度与激光功率成正比,与扫描速度成反比。计算结果为优化K418高温合金激光熔覆工艺参数提供了理论依据。

激光成形修复K418高温合金的微观组织与硬度

采用激光立体成形技术对K418合金进行了成形修复,研究了其微观组织与硬度。结果表明,修复K418合金由基体区、热影响区与激光修复区组成,分别由形貌、大小及数量不同的γ-FeCr0.29Ni0.16C0.06基体相、γ′-Ni3Al相及碳化物相组成;铸造基体区与修复区呈紧密的冶金结合,修复区组织呈沉积方向外延生长的柱状晶及连续的层带状结构。在同一沉积层中由于存在粗大树枝晶区与细小树枝晶区而具有不同的硬度。铸造基体区、热影响区与激光修复区的平均硬度值(HV)分别为432.4、499.4、490.6。