Nimonic 80A镍基高温合金静态再结晶行为

采用Gleeble-1500热模拟实验机对Nimonic 80A高温合金进行了双道次热压缩实验,研究了该合金在变形温度1050～1150℃,应变速率0.01～2.5 s-1,预应变0.08～0.14,不同间隙时间（0.5～5 s）下的静态再结晶行为。得到了Nimonic 80A高温合金不同变形条件下的真应力-应变曲线及变形后奥氏体晶粒组织,分析了变形温度、应变速率和预应变对该合金静态再结晶行为的影响。结果表明：变形温度、应变速率和预应变对Nimonic 80A高温合金的静态再结晶行为有着显著的影响。Nimonic 80A高温合金静态软化分数随着变形温度、应变速率和预应变的增大而增大,且静态再结晶晶粒尺寸随着温度的升高或应变速率的降低而增大。根据实验结果,建立了Nimonic 80A高温合金静态再结晶动力学模型。将静态再结晶动力学模型预测结果和实验结果进行比较,二者吻合良好,表明本文提出的模型可以较为准确的预测Nimonic 80A高温合金静态软化行为。

形变强化工艺对Nimonic 80A镍基合金排气阀硬化层质量的影响

研究了Nimonic 80A镍基合金排气阀盘部锥面温滚压强化工艺中滚压温度及形变量对硬化层质量的影响。结果表明:相同条件下,当滚压温度从655℃逐渐升高至715℃,硬度高于450 HV5的硬化层深度逐渐增加;当滚压温度超过715℃,硬度高于450 HV5的硬化层深度逐渐减少;当滚压温度为715℃,距滚压表面2.7 mm处的硬度值最高。

Nimonic101高温合金室温力学性能的改善

直径为125mm的Nimonic101高温合金棒材抗拉强度不合格。为提高Nimonic101合金的室温力学性能,采用汽轮机叶片的工艺对Nimonic101合金进行了锻造,并采用不同工艺固溶处理、时效和介于固溶处理和时效之间的中间热处理。此后检测了Nimonic101合金的显微组织和力学性能。结果表明:(a)由棒材锻造成的叶片坯料抗拉强度有了较大的提高;(b)固溶处理温度为1125℃的Nimonic101合金力学性能较好;(c)经过1080℃中间热处理的合金强度提高,且冷却越快,强度越高;(d)固溶处理温度为1180℃的合金晶粒变粗,抗拉强度下降;(e)进行中间热处理的合金晶粒尺寸减小,晶内和晶界析出相增多,抗拉强度提高;(f)850℃时效后炉冷或进行温度较低的二次时效的合金析出相数量明显增多,抗拉强度较高,但时效时间延长,析出相长大,抗拉强度下降。Nimonic101合金比较可行的热处理工艺为1125℃保温4h空冷,随后1080℃保温6h油冷和850℃保温4~6h空冷。

AZ80合金高温变形行为及加工图

为实现AZ80合金塑性成形的数值模拟和制定其合理的热加工工艺,利用热模拟机对AZ80合金进行不同变形温度和应变速率的高温压缩变形行为研究。结果表明:AZ80合金的高温流动应力-应变曲线主要以动态回复和动态再结晶软化机制为特征,峰值应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加;在真应力-应变曲线基础上,建立的AZ80合金高温变形的本构模型较好地表征其高温流变特性,模型计算精度高;同时,利用建立的AZ80合金的DMM加工图分析其变形机制和失稳机制,从提高零件力学性能角度考虑,可以优先选择变形温度为300～350℃、应变速率为0.001～0.01s-1的工艺参数。

铸态AZ80镁合金均匀化处理及高温塑性研究

通过光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对组织进行分析,研究了不同均匀化退火温度和时间下铸态AZ80镁合金的显微组织,并进行了能谱(EDS)和XRD分析。通过晶粒大小和成分面积的对比确定最佳均匀化退火工艺为410℃×10h。对AZ80镁合金的高温压缩性能和组织变化的研究发现,在300～400℃时,材料性能最好。

热处理对大规格等温模锻AZ80-Ag镁合金机匣显微组织和拉伸力学性能的影响

研究大规格等温模锻AZ80−Ag镁合金机匣在不同热处理条件下的组织演变和拉伸力学性能。采用扫描电镜和电子背散射衍射对合金的显微组织进行表征,并测试其在室温、120和150℃下的拉伸力学性能。结果表明,室温下强化作用更强的不连续析出相在T5样品中的面积分数高于T6样品的面积分数。因此,T5样品的析出强化作用更强,室温抗拉强度最高。但随着温度的升高,T5样品的抗拉强度迅速下降,在150℃时低于T6样品甚至锻造态样品的抗拉强度。这是由于不连续析出相的抗高温软化能力低于连续析出相的抗高温软化能力。

AZ80变形镁合金高温变形流变应力分析

采用实验法研究了AZ80镁合金高温高应变速率压缩时的流变应力。结果表明,镁合金在200～400℃、应变速率为0.001～10 s-1进行高温压缩的情况下,流变应力随应变速率的升高和变形温度的降低而升高,其稳态流变应力同Zener-Hollomon参数的对数之间呈线性关系。引入Zener-Hollomon参数的指数形式来描述AZ80镁合金热压缩变形时流变应力与变形温度和应变速率之间的关系。

烧结态W-80Cu合金高温压缩变形行为及本构关系

采用Gleeble-1500D热模拟试验机研究了烧结态W-80Cu合金的热变形行为,分析了热变形参数对合金流变应力的影响。研究结果表明:稳态流变应力与应变率呈正相关,与变形温度呈负相关。经热压缩试验后,材料孔隙度减少,两相界面结合紧密,相对致密度得以提高。利用Zene-Hollomon参数的双曲正弦模型,建立了烧结态W-80Cu合金热变形本构方程ε=2.353×10^6[sinh(0.022 96σ)]^4.009 0×exp[-89.596×10^3/(RT)]。该方程预测值与试验观测值重合度好,能较好地描述烧结态W-80Cu合金高温热压缩下的致密化行为。

铸态AZ80A镁合金热加工图及高温变形行为研究

目的采用Instron5500R热模拟试验机，研究铸态AZ80A镁合金在变形温度为270～410℃、应变速率为0．001～0．5s-1条件下的热加工图及高温变形行为。方法利用双曲正弦本构函数模型描述了铸态AZ80A镁合金的高温变形行为，计算获得了该合金的变形激活能，构建了应变量为0．3和O．6时的热加工图。结果得到了合金热变形本构模型及加工图．变形激活能为203．5kJ／mol，确定了应变为0．3和O．6时的动态回复区域为与动态再结晶区域。结论铸态AZ80A镁合金在330～380℃，0．001～0．01s-1时发生了动态结晶，这是该合金最佳的热加工工艺参数范围。

两种唯象型本构方程描述AZ80镁合金高温流动应力的比较研究

基于铸态AZ80镁合金热压缩实验数据,建立了两种唯象型本构方程(应变补偿的Arrhenius模型和动态回复(DRV)+动态再结晶(DRX)的两阶段模型)来描述AZ80镁合金在变形温度523~673 K和应变速率0.001~1 s^-1下的热变形行为。模型材料参数由线性拟合方法确定,对模型拟合精度进行定量分析表明:应变补偿的Arrhenius方程对流动应力的预测效果较好,相关系数R和平均相对绝对误差AARE的计算值分别为0.9930和5.26%;DRV+DRX两阶段本构方程预测结果相对较差,其R值和AARE值分别为0.9916和6.62%。比较分析表明,应变补偿的Arrhenius方程具有良好的适应性,可以在较大的温度和应变速率范围内准确预测不同变形条件下的流动应力曲线,工程适用范围广;DRV+DRX两阶段本构模型具有一定的物理意义,但是不能够很好地预测稳态流动应力,因而预测精度略低。

汽轮机Nimonic 80A材质螺栓频繁断裂分析及“负蠕变”行为研究

以失效断裂的Nimonic 80A材质螺栓为研究对象,进行了细致地案例分析、力学性能试验、三维有限元分析以及理论机理研究等,来综合分析造成Nimonic 80A材质螺栓失效断裂的原因。主要结论如下:Nimonic 80A作为紧固件材质使用时,服役温度对于螺栓内应力存在不寻常的影响。525℃以下偏低温服役导致的负蠕变是造成Nimonic 80A材质螺栓断裂的关键原因,而525℃以上高温服役时运行正常。Nimonic 80A螺栓长期低于525℃服役时会引起螺栓内部大范围Ni2Cr有序化转变,产生负蠕变,引起螺栓应力上升,从而在螺纹应力集中最大的局部区域产生过载开裂。针对负蠕变问题对螺栓进行工程改造,525℃以上螺栓维持不变,525℃以下螺栓进行材料替换;改造工程项目最长已经3年以上,至今服役良好。

Mg-Al-Zn系合金高温压缩流变应力研究

在Gleeble-1500热模拟机上对Mg-Al-Zn系合金(AZ31和AZ80)的高温压缩流变应力行为进行研究.结果表明:材料真应力-应变曲线呈现动态再结晶特征.合金元素含量差异引起材料高温变形行为不同.AZ31合金流变应力行为受变形温度影响:变形温度低于350℃时呈幂指数关系;高于350℃时呈指数关系,应力指数n为7,热变形激活能Q为112 kJ/mol.AZ80合金高温流变应力符合幂指数关系,应力指数n为6,热变形激活能Q为220 kJ/mol.

镍基高温合金热塑性变形晶粒细化与粗化的博弈关系及演进

为深入揭示Ni80A镍基高温合金热塑性变形过程中晶粒细化与晶粒粗化之间的博弈关系及演进,基于晶粒细化等温变形实验和晶粒生长粗化实验分别建立了动态再结晶和晶粒生长数学模型。结合所建数学模型和有限元分析发现,Ni80A镍基高温合金在热塑性变形过程中动态再结晶晶粒细化和晶粒生长粗化的博弈关系及演进共同决定了晶粒尺寸的非线性演变。本工作绘制了两种晶粒尺寸演变机制的博弈关系图并分析其对晶粒尺寸的单独及耦合作用。结果表明:变形初期晶粒生长粗化占主导地位,变形中后期动态再结晶晶粒细化占主导地位,整个热塑性变形过程中二者相互博弈,共同影响试样的晶粒尺寸。

渗铝涂层对Cr20Ni80电热合金丝抗氧化性能的影响

为提高电热合金丝的抗高温氧化性能,采用固体粉末包埋法在Cr20Ni80电热合金丝表面制备渗铝涂层,通过高电阻电热合金快速寿命装置对渗铝试样在恒温1 000℃下进行高温氧化试验、在恒温1 200℃下进行快速寿命测试并拟合电阻随时间的变化曲线,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和热重分析仪(TGA)研究了渗铝涂层结构、氧化膜形貌、氧化膜相组成以及渗铝试样氧化动力学。结果表明:渗铝试样快速寿命相较于未渗铝试样提高了7.62%。渗铝涂层为双层结构,内外层厚度约为5μm和40μm。渗铝试样氧化动力学曲线基本符合抛物线规律。氧化膜分为3层:最外层为Al2O3与微量NiO;次外层为Ni Al及少量Al2O3、NiO;最内层是富Cr层和Cr2O3,并存在少量不连续分布的Si O2。氧化初期,渗铝试样迅速在表面形成了一层均匀致密的Al2O3保护性氧化膜,有效地改善了Cr20Ni80电热合金丝抗氧化性能。

GH80A合金相的溶解析出规律及热处理制度研究

定量分析了合金相的溶解析出规律 ,探讨了不同热处理制度对合金组织和力学性能的影响。结果表明 :合金中γ′相和碳化物相的析出峰分别在 70 0℃和 85 0℃左右 ,其大量溶解进入固溶体的温度分别为大于 1 0 2 0℃和大于 1 0 0 0℃ ,合金较为合适的热处理制度为 1 0 80℃× 8h ,空冷 (或水冷 ) + 70 0℃× 1 6h ,空冷或 1 0 80℃× 8h ,空冷 (或水冷 ) + 85 0℃× 2 4h ,空冷+ 70 0℃× 1 6h 。

AZ80-0.2Sr-0.15In镁合金锻造组织和性能的研究

在AZ80镁合金中添加合金元素Sr和In,制备了AZ80-0.2Sr-0.15In锻造镁合金,并对其进行了5道次多向锻造。对锻后显微组织、织构、室温和高温力学性能、以及耐腐蚀性能进行了测试与分析。结果表明,采用5道次多向锻造制备的合金平均晶粒尺寸为4.6μm,具有优异的室温和高温力学性能、耐腐蚀性能。与商用铸态AZ80镁合金相比,(0002)基面织构最大值减小73%,350℃抗拉强度提高329%、屈服强度提高532%;腐蚀电位正移203 m V。

GH80A经强流脉冲电子束改性后的高温氧化行为研究

目的提高燃气轮机叶片材料镍基高温合金GH80A的抗高温氧化性能。方法利用强流脉冲电子束(High-CurrentPulsedElectronBeam,HCPEB)技术对GH80A合金进行表面处理。研究HCPEB辐照前后GH80A的微观结构变化及在850℃恒温氧化后的氧化动力学行为及氧化机制。利用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电子显微镜对HCPEB诱发的微观结构和氧化产物进行了表征。结果 HCPEB辐照后,GH80A合金表面发生熔化,形成厚约3μm的重熔层,重熔层内形成大量的位错滑移,且晶粒明显得到细化。850℃高温氧化实验结果表明,氧化100 h后,原始样品氧化增重最大,生成的氧化膜较厚,且存在大量裂纹,所生成的Cr_2O_3发生了挥发,导致氧化膜疏松多孔,基体发生了严重的内氧化。HCPEB辐照20次后,样品氧化增重最小,100 h氧化后形成的氧化膜主要由外层TiO_2和内层Cr_2O_3构成。外层连续致密的TiO_2抑制了保护性氧化膜Cr_2O_3的挥发,因此生成的Cr_2O_3氧化膜连续、致密、无剥落,对基体起保护作用。结论 HCPEB辐照后,GH80A合金的抗高温氧化性能明显提升,20次辐照样品的抗高温氧化性能最佳。

GH80A合金相的溶解析出规律及热处理制度研究

本文定量分析了合金相的溶解析出规律，探讨了不同热处理制度对合金组织和力学的影响。结果表明：合金中γ'相和碳化物相的析出峰分别在700℃和850℃左右，其大量溶解进入固溶体的温度辚大于1020℃和大于1000℃，合金较为合适的热处理制度为1080℃×8小时空冷（或水冷）＋700℃×16小时空冷或1080℃×8小时空冷（或水冷）＋850℃×24小时空冷＋700℃×16小时空冷。

Nimonic 80A合金螺栓的组织织构及高温应力松弛行为

利用SEM与EBSD技术研究Nimonic 80A高温合金螺栓的组织织构特点,并对不同温度下的高温应力松弛行为及组织织构演变进行分析。结果表明,合金中γ相组织未形成显著织构,晶粒取向择尤情况与晶粒尺寸无对应性。合金中第二相主要为γ′相与Cr的碳化物,γ′相在基体中弥散分布,而Cr的碳化物分别在晶界析出和沿螺栓轴向“链状”分布,其分布特征与γ晶粒组织及取向无显著关联性。应力松弛前后,晶粒组织、碳化物分布及织构均无明显变化,但γ′相发生了一定的粗化。载荷一定时,温度对应力松弛行为存在显著影响,即较高温度下样品的应力松弛率较高。较高温度下位错滑移更易开动,与样品中更多晶粒表现出较高晶粒取向散布(GOS)值相对应,但各晶粒GOS值的高低未表现出晶粒取向与晶粒尺寸依赖性。

高温轧制工艺微观机理研究

改变材料中微合金元素的组成和含量是高温轧制工艺(HTP)的基础,高温轧制工艺改善了材料的组织结构和力学性能并降低了生产成本,同时,轧制时变形抗力的减小也降低了轧机的负荷并有利于板形的控制。为了使高温轧制工艺广泛应用于轧制工程领域,从微观机理角度对该工艺进行研究就显得很有必要。本文以低碳、高铌和低钼成分的X80管线钢为研究对象,分析了试轧钢板的微观组织和力学性能并利用透射电镜重点研究了析出粒子的大小、形貌、成分及其析出行为。研究结果表明,高温轧制工艺生产的高铌针状铁素体钢的微观组织和力学性能满足了工程要求,析出物大部分为圆形Nb(C,N)附着在热稳定性较高的方形TiN粒子上形成的不规则复合析出。