长时热暴露对Mar-M247合金组织演变及高温拉伸性能的影响

研究了等轴Mar-M247高温合金在800℃热暴露长达24000 h过程中的组织演变规律和800℃的高温拉伸强度和塑性。结果表明:热暴露5000 h前,合金的枝晶干二次γ′相、三次γ′相尺寸显著增大,热暴露5000~240000 h时,枝晶干二次γ′相尺寸没有明显变化,枝晶干三次γ′相尺寸略微增长。随热暴露时间延长,枝晶干二次γ′相体积分数增大,三次γ′相体积分数下降。根据两种γ′相的尺寸分布(PSD),两种γ′相的粗化均符合跨界面扩散控制(Trans-interface diffusion-controlled,TIDC)粗化理论;晶界处MC型碳化物通过MC+γ→M_(23)C_(6)+γ′反应逐渐分解,在晶界处形成γ′相膜,包裹着MC型碳化物和M_(23)C_(6)型碳化物。高温拉伸实验结果表明,随热暴露时间的延长,合金的屈服强度和抗拉强度先减小后基本不变,伸长率和断面收缩率先增大后减小再增大,在热暴露5000 h后,屈服强度和抗拉强度分别减小了164和76 MPa,而在热暴露5000~24000 h时,屈服强度和抗拉强度分别稳定在750和950 MPa。

Mar-M247合金双性能铸造整体叶盘热处理制度研究

研究了Mar-M247合金双性能整体叶盘的热处理工艺,具体为:1180℃×2h+1230℃×3h空冷+1100℃×4h空冷+870℃×20h空冷。

Mar-M247铸造高温合金平衡析出相热力学计算与分析

以Mar-M247合金为对象,通过热力学模拟计算,研究合金元素变化对平衡析出相、合金初熔温度和终熔温度的影响规律。结果表明:合金的主要平衡析出相为γ'相、MC、M6C、M23C6型碳化物、μ相及MB2、M3B2型硼化物,合金凝固过程中Hf和Ta元素偏析比较严重;在成分标准范围附近波动时,对初熔温度影响最大的合金元素为Cr、Mo、Ti、Hf;碳化物的析出温度和析出量均随C含量的增加呈线性递增趋势;另外,Hf、Ti、Ta含量的提高有利于MC型碳化物的析出;Cr含量的提高有利于M23C6型碳化物的析出;而W和Mo含量的提高则有利于M6C型碳化物的析出;μ相主要受Mo和W元素影响,随着二者含量的升高。μ相的析出温度和质量分数均升高;Al、Ti和Ta含量变化均会影响合金中γ′相的析出量及析出温度,并且三者对于γ′相的影响程度依次减弱。

Mar-M247合金高温拉伸断裂机制的原位研究

利用原位高温拉伸台在扫描电镜中研究了镍基铸造高温合金Mar-M247在室温、400与760℃拉伸过程中的动态组织演变和断裂机制。原位测试结果表明,在室温到760℃范围内,Mar-M247合金的屈服强度与抗拉强度随温度的升高略有下降,拉伸塑性略有提高。室温原位拉伸过程中,并没有出现滑移带;400和760℃原位拉伸时,只在样品断口附近存在少量的滑移带。随拉伸温度的提高,合金的断裂机制并无明显变化,均表现为韧性穿晶断裂。合金的微裂纹主要来源于变形过程中碳化物的破裂,晶内与晶界都存在因碳化物破裂而形成的微裂纹。

镍基铸造高温合金Mar-M247的高温氧化行为

研究了某工业重型燃气轮机叶片材料Mar-M247合金在800℃和900℃的恒温氧化行为。结果表明,Mar-M247合金在两个试验温度下的氧化动力学符合抛物线规律,并且均为完全抗氧化级,Mar-M247合金的氧化激活能约为268.4 kJ·mol^-1,氧化过程主要是由Cr2O3的形成来控制。借助场发射扫描电镜和能谱对氧化层组成进行分析,结果表明,合金在800℃下氧化100 h后,氧化膜最外层为Cr2O3,中间层为TiO2以及少量Ta2O5与HfO2,内层为钉楔状的氧化物Al2O3;而900℃下氧化100 h后,氧化膜最外层是NiO和CoO,中间层为相对致密的Cr2O3和少量小块状不连续的TiO2、Ta2O5与HfO2,内层为尺寸较大的钉楔状氧化物Al2O3。内氧化区和贫化层区域随着氧化温度的升高而扩大。

拉伸速率对Mar-M247镍基高温合金高温强度的影响

采用不同的拉伸速率测试了900℃下Mar-M247镍基高温合金的拉伸强度,研究了高温条件下拉伸速率对高温合金材料强度的影响。结果表明:恒定试验速率下,较高的速率使得Mar-M247镍基高温合金的规定塑性延伸强度和抗拉强度更高。横梁位移速率不同时,Mar-M247镍基高温合金的高温抗拉强度随拉伸速率的增加而增大。高温拉伸时在屈服强度以后阶段是否需要加速或者在什么时候加速所得到的结果更为准确,还缺乏理论和实践的支撑,需要开展大量的试验研究工作。

冷却速率对MarM247铸造合金组织及拉伸性能的影响

通过研究定向凝固Mar M247合金冷却速率和显微组织,显微组织同拉伸性能间的关系,推导出合金冷却速率同拉伸性能间的关系。结果表明,冷却速率0.15~2.00℃/s,随着冷却速率的增加,合金二次枝晶臂间距(λ^(2))、最大碳化物尺寸(C_(1))和共晶平均尺寸(E_(4))逐渐减小,且分别满足λ_(2)=42.68·^(■-0.2548),C_(1)=-22.95·log■+38.59,E_(4)=-11.21·log■+26.88关系式。而相同浇铸温度(1480℃)和模组结构,不同模壳温度(950℃、1000℃、1100℃、1180℃)试验浇铸所得铸件合金组织(二次枝晶臂间距、最大碳化物尺寸和共晶平均尺寸)同其屈服强度和抗拉强度也呈负相关关系。借助合金组织特征参数推导出的冷却速率和拉伸性能关系式,为利用冷却速率评估、计算铸件力学性能提供了参考。

AlSi+CoCrAlY复合涂层对MAR-M247合金力学性能的影响

采用AlSi+CoCrAlY复合涂层能更好地满足MAR-M247合金的高温防护要求。利用试验方法研究AlSi+CoCrAlY复合涂层对MAR-M247合金高温拉伸和疲劳性能的影响,为AlSi+CoCrAlY复合涂层的可靠使用和工程应用提供数据支持。

基于神经网络MM247合金冷却速率与力学性能的研究

采用ProCAST数值计算、凝固组织观测及人工神经网络相结合的方式,研究了凝固组织与冷却速率的关系、凝固组织与力学性能的关系,从而建立了冷却速率与力学性能的关系。研究结果表明,人工神经网络在建立复杂的凝固组织与冷却速率关系方面具有明显的优势。通过建立冷却速率与力学性能的关系,可以在工艺设计端准确预测不同位置的力学性能。

热处理工艺对激光选区熔化AM247LC合金组织与性能的影响规律

目的研究不同热处理制度对激光选区熔化(SLM)AM247LC合金微观组织和力学性能的影响规律。方法对激光选区熔化制备的AM247LC合金分别进行900/16 h℃的直接时效热处理和1210/30℃min+1050/℃30 min+950/16 h℃的固溶时效热处理,通过OM、SEM、EBSD、XRD等表征手段研究合金热处理前后的晶粒组织、碳化物及析出相等微观组织的变化,并对打印态及不同热处理态样品的室温拉伸性能进行测试,以表征热处理对其力学性能的影响行为。结果打印态AM247LC合金中存在大量粗大柱状晶和细小晶粒组织;直接时效热处理(900/16 h℃)后的AM247LC合金晶粒组织与打印态类似,但析出了大量γ'强化相;固溶时效热处理(1210/30 min+1050/30 min+950/16℃℃℃h)后,AM247LC合金发生了再结晶,形成大量退火孪晶,并且析出沿晶界分布非连续的微米级碳化物及大量γ'强化相。合金打印态的屈服强度为846.5 MPa,断裂伸长率可达19.6%;直接时效热处理后,合金屈服强度为1042.8 MPa,断裂伸长率明显降低,仅为11.2%;固溶时效热处理后,合金屈服强度减小至767.8 MPa,但断裂伸长率提高到25.1%。结论直接时效热处理有利于AM247LC合金室温强度的提高;固溶时效热处理会提高AM247LC的室温塑性;打印态AM247LC具有较为平衡的室温强度与塑性。

镍基高温合金CM247LC增材制造研究进展

航空航天领域的热端部件逐渐呈现结构复杂化和高耐热高承载的发展趋势,高温合金增材制造已成为高耐热承载复杂结构部件成形制造的重要技术方案。主要介绍了增材制造CM247LC合金微观组织特点,并对冶金缺陷形成机理与消除方法进行了综述。已有研究表明,增材制造CM247LC合金具有精细的晶粒尺寸,表现出强烈的<001>织构,增材制造CM247LC合金的胞界处存在尺寸约50 nm的颗粒状γ'相,并且胞界处存在Ti、Hf、Ta、W、C等元素明显富集的碳化物。裂纹是CM247LC合金在增材制造过程中最难以解决的冶金缺陷,仅通过优化工艺参数难以真正解决裂纹缺陷,合理优化成分有望实现裂纹消除,但优化了成分的合金在增材制造后的全面性能有待进一步评估。

定向凝固镍基高温合金CM247LC热处理工艺优化及持久性能研究

目的研究定向凝固镍基高温合金CM247LC的最优热处理工艺制度,通过优化热处理工艺提高合金的力学性能。方法分别用JMatPro热力学分析软件和金相法判断CM247LC合金的初熔温度点,并确定合金的热处理窗口温度;利用光学显微镜(OM)和能谱分析仪(EDS)观察合金经不同固溶处理后的微观组织和元素偏析情况;利用扫描电子显微镜(SEM)观察合金经不同时效处理及持久断裂后的微观组织形貌。结果CM247LC合金的初熔温度为1260℃,热处理窗口温度为1215-1255℃。根据热处理窗口温度,设计了6种固溶处理工艺,对比发现,经1228℃/2 h+1240℃/2 h+1255℃/2 h、AC固溶工艺处理后,合金的组织均匀化程度最高,元素偏析得到了显著改善,γ/γ′共晶的体积分数从铸态时的18.9%降至5.04%,确定此工艺为合金优化固溶处理工艺参数。合金经优化固溶处理后再经1080℃/4 h、AC高温时效处理和870℃/22 h、AC中温时效处理,析出的γ′相尺寸(337.3 nm)、体积分数(67.81%)适宜且立方度最高,确定此工艺为最优热处理工艺。经最优热处理工艺处理的合金在980℃/205 MPa下的持久寿命为162 h,相比于铸态和固溶态处理的合金持久寿命分别提高了87 h和45 h。结论通过优化固溶处理和时效处理,确定合金最优热处理工艺参数为:1228℃/2 h+1240℃/2 h+1255℃/2 h、AC(固溶处理)+1080℃/4 h、AC+870℃/22 h、AC(时效处理),经最优热处理工艺处理的合金持久寿命显著提高。

Mar M247透平叶片残余应力X射线测试参数优化研究

为提高Mar M247透平叶片残余应力X射线测试精度,用OM/SEM/EDS、X射线应力仪进行显微组织表征和残余应力测试,分析Mar M247合金显微组织对X射线衍射效应的影响,以及测试参数对衍射峰强度、峰形拟合度、数据拟合度和残余应力测试结果的影响规律。结果表明:Mar M247合金组织粗大且不均匀,导致X射线衍射效应变差,引起d-sin2ψ图上的数据点无规则跳动或有规则震荡,降低了残余应力测试的准确性。残余应力测试中,随准直管直径的增大,X射线衍射峰的强度增加,峰形改善,峰形拟合度提高,降低了残余应力测试误差。当准直管直径较小时,增加曝光次数可提升X射线衍射峰的强度,提高测试结果的准确性。增加曝光时间未提升测试准确性,反而降低了测试效率。

热处理对MAR-M247焊件微区组织和力学性能的影响

对MAR-M247焊件进行了时效热处理,以光学显微镜和扫描电镜表征热处理前后焊件微观形貌和组织变化;用维氏硬度计测量热处理前后焊件各区域的维氏硬度,并用纳米压痕仪测量热处理前后焊件各区域的纳米硬度和弹性模量.实验结果表明,在时效热处理后,焊件母材区域的γ/γ′共晶相减少,热影响区中最容易产生开裂的晶岛组织完全消失,焊缝区域颗粒碳化物和γ/γ′共晶相变多;热处理前后焊件的维氏硬度在母材区域变化不大,在热影响区和焊缝区域明显减小;相比于原始焊件,时效焊件各区域的纳米硬度和弹性模量虽然均有减小,但是其各区域之间的差异明显降低.

Characterization of shear stresses in nickel-based superalloy Mar-M247 when orthogonal machining with coated carbide tools

Mar-M247 is a nickel-based alloy which is well known as difficult-to-machine material due to its characteristics of high strength, poor thermal diffusion and work hardening. Calculation of shear stress by an analytical force model to indicate the effect of coating material, cutting speed, feed rate on tool life and surface roughness was conducted experimentally. Cutting tests were performed using round inserts, with cutting speeds ranging from 50 to 300 rn/min, and feed rates from 0.1 to 0.4 mm/tooth, without using cooling liquids. The behavior of the TiN and TiCN layers using various cutting conditions was analyzed with orthogonal machining force model. Cutting results indicate that different coated tools, together with cutting variables, play a significant role in determining the machinability when milling Mar-M247.

激光增材制造Mar-M247和CM247LC高温合金抗开裂行为研究进展

综述了激光增材制造镍基高温合金Mar-M247和CM247LC中裂纹的类型、形成机制以及抑制方法的研究现状。从参数优化、外场辅助以及材料开发等方面对激光增材制造无裂纹Mar-M247和CM247LC合金的发展趋势进行了综述,指出采用更为优化的参数统计方法加速工艺筛选、设计更具灵活性的预热方式以及人工智能赋能新型打印材料开发可能是该领域重要的发展方向。

镍基高温合金CM247LC定向凝固组织的演化研究

采用Bridgman法以2.5 mm/min的抽拉速度制备高温合金CM247LC定向凝固试样,研究定向凝固高度方向上的组织演变。采用体视显微镜(SM)、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及JMatPro热力学计算软件、ProCAST铸造模拟软件等对铸态试样组织和性能进行表征和研究。结果表明,柱状晶粒的竞争生长主要发生于距水冷盘60 mm以下的高度范围内;枝晶臂间距的变化主要依赖于轴向温度梯度与生长速度的变化,随距水冷盘距离提升,枝晶臂间距增加的趋势变缓。CM247LC的铸态组织除γ枝晶外,还包括γ/γ'共晶和MC碳化物,其尺寸变化规律与枝晶臂间距一致。

某重型燃机透平叶片异常组织形成机理研究

采用数值模拟计算方法并结合实验研究了MAR-M247镍基高温合金高温透平叶片异常组织形成机理。结果表明:异常组织是由宏观偏析导致;形成封闭孤岛,无液体对流交换,冷却速率慢是形成宏观偏析的充分条件;形成封闭式温度梯度,且温度梯度变化大,凝固方式发生改变是形成宏观偏析的必要条件。通过优化浇注系统消除了宏观偏析。

渗硼

Development and practical application of boride as engineering ceramics；Development and practical application of boride as engineering ceramics； Effect of boron micro-alloying on microstructure and mechanical properties of fine-grained CM247LC superalloy； Effects of metallic elements on thermoelectric properties of silicon