真空粉末锻造成型FGH95合金的流变行为和组织演变

利用Gleeble-3800热模拟试验机对真空粉末锻造成型FGH95合金的高温变形行为进行研究,在变形温度为1090~1170℃、应变速率为0.01~10 s^(−1)条件下进行热压缩实验,得到相应条件下流变应力-应变曲线,采用EBSD分析变形条件对真空粉末锻造成型FGH95合金微观组织演变的影响。在考虑温度、应变速率、应变量对合金流变行为的影响后,选择Arrhenius方程建立真空粉末锻造成型FGH95合金的本构模型,得出真空粉末锻造成型FGH95合金的材料参数,拟合出材料参数和应变量之间的关系并对得出的本构方程进行验证。结果表明:采用真空粉末锻造成形工艺制备的FGH95合金,在热变形过程中的流变应力随着温度的升高而减小,随着应变速率的升高而升高。变形后组织内的再结晶晶粒的尺寸随着温度的升高而减小,随着应变速率的降低而增大。经过计算得出变形激活能Q为685.7787 kJ·mol^(−1),真空粉末锻造成型FGH95合金流变应力的预测值和实验值的误差为6.33%,预测值和实验值吻合较好。

挤压态AT95-xSb镁合金高温力学性能及组织分析

目的为使AT95-xSb镁合金获得良好的高温力学性能,对挤压态AT95-xSb(x=0.0,0.3,1.0,x表示质量分数,%)镁合金的高温力学性能及组织进行研究,以解决镁合金塑性变形能力较差的问题,为提高镁合金的高温变形性能提供一些新思路。方法所用合金材料是采用真空感应熔炼炉熔炼,国产XJ-500卧式挤压机挤压制备的AT95-xSb镁合金棒材,通过XRF-1800 CCDE型X射线荧光光谱仪、Rigaku D/max 2500PC X射线衍射仪、SEM、TEM及CMT-5105电子万能试验机等对挤压态镁合金棒材的成分、物相、显微组织及高温拉伸性能进行分析。结果Sb元素的添加使得AT95合金的第二相种类增加,数量增多;随着元素Sb含量的增加及拉伸变形温度的升高,AT95-xSb镁合金的高温拉伸强度降低,伸长率和屈强比增大;断口扫描证实拉伸断口主要为韧性断裂,且150℃时拉伸断口的第二相颗粒明显比200℃时数量更多,尺寸更大。结论随着元素Sb含量的增加,挤压态AT95-xSb镁合金高温拉伸强度降低,伸长率和屈强比增大,很大程度上能够提高镁合金的塑性变形能力。

Al对Mg-Zn-Y合金组织和拉伸性能的影响

研究了Al对铸态Mg_(95)Zn_(4)Y_(1)合金组织和拉伸性能的影响。结果表明:随着Al含量的增加,合金晶粒呈先细化后粗化的趋势。Mg_(94.7)Zn_(4)Y_(1)Al_(0.3)合金中初生α-Mg相的晶粒最细,其平均二次枝晶臂间距λ为31.9μm,相比Mg_(95)Zn_(4)Y_(1)合金降低了28.6%。添加Al有利于合金中I-phase的析出。随着Al含量的增加,合金的拉伸性能呈先升高后降低的趋势。Mg_(94.7)Zn_(4)Y_(1)Al_(0.3)合金表现出最优的室温拉伸性能,其极限拉伸强度和伸长率分别为211 MPa和9.7%,相比Mg_(95)Zn_(4)Y_(1)合金分别提高了28.7%和27.6%。

PM René 95合金涡轮盘等温锻造工艺的模拟式设计

利用热力耦合有限元程序FORMT,对PM Rene95合金中等尺寸（外径尺寸约为630mm）涡轮盘的等温锻造工艺进行了模拟式设计.结果表明,采用TZM钼基合金模具。在1050℃以接近10-3s-1的应变速率进行闭式模锻和开式模锻,模具材料均能满足使用要求,且开式模锻设备最大载荷不超过31×103kN;采用K21合金模具,在1000℃以相同条件等温成形。模具材料因变形热效应及边界摩擦引起温升而失效且所需设备吨位相对较大.

等离子旋转电极雾化FGH95高温合金粉末颗粒凝固组织特征

对等离子旋转电极雾化(PREP)FGH95高温合金粉末颗粒凝固组织特征进行研究,并用数值分析方法计算了FGH95合金粉末凝固过程中冷却速率与粉末粒度之间的关系,结果表明:粉末颗粒表面凝固组织主要是树枝晶和胞状长大晶,随着粉末颗粒尺寸的减小,内部凝固组织由树枝晶为主逐渐转变为以胞状晶及微晶组织为主,冷却速率与粉末粒度之间的关系为T=2.267×109d-1.649,由此得出FGH95合金二次枝晶臂距与冷却速率之间的关系为S=36.2T-0.24.

PREP工艺参数对FGH95高温合金粉末特性的影响

研究了采用等离子旋转电极工艺制取FGH95高温合金粉末时各主要工艺参数对粉末平均粒度及其分布的影响。粉末的平均粒度主要取决于棒料的转速,且随棒料转速的增加而减小。粉末粒度的分布则与棒料转速、等离子弧电流强度以及等离子枪与棒料端部的距离等工艺参数有关。提高棒料转速、减小等离子弧电流强度或等离子枪与棒料端部的距离,均可使粉末粒度的分布范围变窄。

FGH95合金中γ′相稳定性研究

利用扫描电镜和透射电镜观察分析了热等静压HIP FGH95高温合金经热处理后,基体中γ′相的形貌、分布和稳定性。结果表明:合金经热处理后基体为再结晶晶粒与原始枝晶的混晶组织。基体中除了晶界上分布的固溶处理未溶的棒状γ′相颗粒外,在再结晶晶粒内部还存在有大、中、小3种尺寸的γ′颗粒,其中大的方形γ′相颗粒尺寸约为0.5～0.8μm,并呈8个一组排列,此8个一组排列的γ′相颗粒是由合金在1160℃固溶冷却过程中所形成的单个高温γ′相分裂而形成。进一步观察发现,分裂后的方形γ′相颗粒在后续热处理过程中又发生了不稳定分解,在其颗粒内部有细小γ′相的重新析出,并且随着新析出γ′相的长大原来的方形γ′相颗粒逐渐消失。

等离子旋转电极雾化FGH95高温合金粉末的预热处理

在不同热处理制度下对等离子旋转电极雾化 (PREP)FGH95高温合金粉末颗粒进行预热处理 ,并对热处理粉末颗粒微观组织、碳化物析出相及γ′相的变化规律进行研究。结果表明 :随着预热处理温度升高 ,树枝晶组织逐渐消失 ,γ′相由圆形逐渐转变为方形 ,粉末颗粒中的MC′型亚稳碳化物发生分解和转变 ,析出稳定的MC ,M2 3C6及M6C型碳化物。M2 3 C6碳化物的析出温度为 95 0℃ ,M2 3 C6与M6C碳化物的相互转变温度为 10 0 0～ 10 5 0℃ ,M2 3 C6和M6C的溶解温度为 110 0℃。

淬火工艺对FGH95合金组织结构与蠕变性能的影响

通过蠕变曲线测定及组织形貌观察,研究固溶及淬火工艺对FGH95镍基合金蠕变行为及变形特征的影响。结果表明:固溶后经油浴冷却的合金的组织结构由不均匀的颗粒及γ′相组成,粗大γ′相在边界区域呈不连续分布,边界区域为γ′相贫化区;经盐浴热处理后合金中无粗大γ′相,晶粒略微长大,晶内细小的γ′相弥散分布,粒状(Ni,Ti)C相沿晶界不连续析出;在650℃和1034MPa条件下,经盐浴热处理后合金的蠕变寿命较长,测定出该合金的蠕变激活能为542.07kJ/mol;固溶后经油浴冷却的合金在蠕变期间的变形机制是位错发生双取向滑移,而固溶后经盐浴冷却合金在蠕变期间可形成位错缠结和层错等位错组态,晶界及晶界处不连续析出的粒状碳化物可有效阻碍位错滑移,这是合金具有较高蠕变抗力和较长蠕变寿命的主要原因。

FGH95高温合金的静态再结晶机制

对热等静压FGH95合金高温挤压形变后的试样进行静态再结晶处理,讨论了其再结晶形核机制及γ′相对再结晶过程的影响。结果表明:合金在γ′相几乎完全溶解温度以上再结晶时,形核以应变诱发晶界迁移机制进行,而在γ′相大量存在的温度范围内则是以亚晶粗化形核机制进行;γ′相的分解速率对再结晶速率有重要影响,随再结晶温度的升高,γ′相分解速率加快,再结晶激活能减小,再结晶速率加快,γ′相分解后以同步或不同步方式重新析出。

FGH95镍基粉末高温合金的研究和展望

粉末高温合金由于自身特有的组织和性能特点成为先进航空发动机涡轮盘和涡轮挡环的优选材料。总结我国20世纪80年代初开始研制的第一代镍基粉末高温合金FGH95在制粉工艺、粉处理工艺、成形工艺和热处理工艺等方面的研究工作。着重介绍FGH95合金生产中所采用的等离子旋转电极制粉工艺(Plasma rotating electrode process,PREP),筛分和静电分离去除夹杂工艺,直接热等静压(Hot isostatic pressing,HIP)和热等静压+包套锻造(HIP+Forging)成形工艺,以及固熔+盐淬热处理工艺。展望氩气雾化制粉(Argon atomizatio,AA)和直接热等静压成形在FGH95合金低成本制造上的发展优势和高固溶缓冷热处理工艺对提高合金抗疲劳裂纹扩展能力的影响,提出下一步的研究方向。

FGH95合金等温锻造工艺研究

对FGH95合金细晶制备和超塑性等温变形工艺进行了研究。结果表明 ,双冷速缓冷处理可以有效细化FGH95合金晶粒 ,改变γ′相的尺寸和分布 ,并且通过粗化的γ′相对再结晶晶粒的钉扎作用 ,使FGH95合金细晶组织保持很高的热稳定性 ;具有细晶组织的GH95合金进行高、低应变速率组合的等温压缩变形时 ,在低应变速率条件下 ,可实现超塑性变形。双冷速缓冷处理 +超塑性等温锻造工艺具有较强的适应性 ,可推广至大尺寸粉末高温合金盘件的等温成形 ,采用该技术研制的等温锻造FGH95合金盘件具有良好的综合力学性能。

Rene95高温合金激光快速成形试样的力学性能

采用优化的激光快速成形工艺参数,获得了成形精度得到控制、组织致密的Rene95高温合金力学性能试样。为了提高成形试样的力学性能,对试样进行了固溶+时效热处理。力学性能测试结果表明,成形试样的强度指标已经接近粉末冶金C级标准,塑性指标超过粉末冶金A级标准。试样平均硬度达到HV496.3。

FGH95合金激光成形定向凝固显微组织与性能

利用FGH95合金粉末在DD3单晶基材和定向凝固镍基高温合金的择优晶面 (与择优晶向垂直的晶面 )上进行激光多层涂覆实验 ,得到了从基材外延生长的单晶涂覆层。涂层由细小柱状枝晶组织组成 ,枝晶一次间距约为 10 μm ,二次臂退化。由于局部凝固条件的不同 ,枝晶干区域的γ′相为球形、枝晶间区的γ′相为立方体形态 ,尺度均小于 0 .1μm。激光涂覆层中的主要元素Cr和Co的偏析比基材铸态组织中的偏析大大减轻。对标准热处理后的试样进行分析表明 :试样中的γ′相主要为方圆形 ,且尺度均匀。涂层中各元素的显微偏析比热处理之前有明显减轻。沿片状力学性能试样柱状晶生长方向进行拉伸 ,强度指标达到同种材料粉末冶金试件的 97.9% ,塑性超过粉末冶金试件。断口分析表明 。

Ni基P/M Rene 95合金中非金属夹杂物导致裂纹萌生和扩展的扫描电镜原位观察

通过ＳＥＭ原位拉伸试验观察了 Ｐ／Ｍ Ｒｅｎｅ ９５合金中的非金属夹杂物在拉伸状态下导致裂纹萌生、扩展的微观力学行为。结果表明：在原位拉伸过程中，裂纹首先在试样表面的夹杂物处产生，裂纹主要萌生于夹杂物／合金基体的界面；随着外加应力的增加，裂纹极易沿夹杂物／基体界面扩展，向基体深入；最后，部分夹杂与基体完全分离、脱落。一些夹杂物在材料制备过程中被破碎成若干碎片，增加了裂纹萌生的几率。

Ag95CuNiLi钎料钎焊钛合金与不锈钢异种金属的性能分析 Ⅱ.钎焊性分析

制备了Ag95CuNiLi钎料 ,参照有关的国家标准 ,评价了钎料的熔化特性、钎料在钛合金和不锈钢上的润湿铺展能力、钎料在钛合金和不锈钢异种金属间的填缝能力 ,以及钛合金 /不锈钢异种金属钎缝的强度。结果表明 ,该钎料的液相线温度为 918℃ ,对钛合金具有较强的铺展能力 ,在不锈钢上的铺展性较差 ,钎料在钛合金和不锈钢异种金属间的漫流距离大于 10 0mm ,钛合金 /不锈钢异种金属钎缝的抗拉强度达到2 2 0MPa。采用金相显微镜、扫描电镜、X射线能谱仪和显微硬度计对钛合金 /不锈钢钎缝进行了微观分析。结果表明 ,钎料与母材冶金结合良好 ,钎缝致密 ,在不锈钢一侧形成了三层金属间化合物组织 ,在钛合金一侧形成了共晶组织。

FGH95粉末镍基合金的组织结构与蠕变特征

通过蠕变曲线的测定及组织形貌的观察,研究了FGH95粉末镍基合金的蠕变行为及变形特征。结果表明:FGH95粉末镍基合金在试验的温度和应力范围内,具有明显的施加温度和应力敏感性,并测算出合金的蠕变激活能和应力指数。合金的组织结构由一次、二次、三次γ′相及弥散分布的碳化物组成,在粉末颗粒之间具有较宽的晶界。蠕变期间,在合金晶粒内的变形以单取向或双取向滑移方式进行,并在滑移迹线附近有细小碳化物析出,而较宽的晶界由于剧烈变形可发生碎化形成细小晶粒。合金在蠕变期间的微观变形机制是位错发生双取向滑移,其中(1/2)〈110〉位错在γ基体相中运动,〈110〉超位错存在于γ′相内,而层错的形成是由于〈110〉超位错分解为(1/3)〈112〉超肖克莱不全位错所致。

热等静压温度对FGH95合金组织和持久性能的影响

通过对FGH95合金进行不同温度的热等静压处理、组织形貌观察及持久性能测试,研究热等静压温度对合金组织结构与持久性能的影响。结果表明:在低于γ′相溶解温度进行热等静压时,粗大γ′相沿颗粒边界区域不连续分布;随热等静压温度的升高,合金中一次粗大γ′相的数量、尺寸逐渐减小,经1 140℃固溶处理后,晶粒尺寸无明显变化;合金经1 180℃热等静压及完全热处理后,粗大γ′相完全溶解及γ′相贫化区消失,晶粒尺寸明显长大,γ′相和细小碳化物沿晶界及晶内弥散析出,因而合金具有较好的持久性能;合金在持久性能测试期间的变形机制是位错在基体中滑移及剪切γ′相。

FGH95合金连续冷却条件下γ′相析出过程的研究

研究了FGH95粉末高温合金的平衡γ′相含量与温度的关系 ,得到了连续冷却条件下合金的γ′相平均粒径与冷速的关系 ,并分析了γ′相的析出规律。研究指出 ,在连续冷却条件下 ,γ′相的析出并非由扩散长大过程所控制 ,而很可能是由析出形核过程控制的。同时 ,FGH95合金淬火时 ,仅在 10 0 0℃以上需要保持较高的冷速 ,低于此温度 ,γ′相几乎不再粗化 ,并根据这一原则为FGH95合金涡轮盘的热处理过程选取了合适的淬火介质。

固溶温度对FGH95合金组织和持久性能的影响

通过对不同工艺处理FGH95合金进行组织形貌观察及持久性能测试,研究了固溶温度对合金组织与持久性能的影响。结果表明:经热等静压后,合金的组织结构由不同尺寸的γ′相和γ基体所组成;经1140℃较低温度固溶及时效处理后,在颗粒边界区域仍存在较多粗大γ′相和γ′相贫化区,随固溶温度提高,粗大γ′相及γ′相贫化区数量减少。当固溶温度提高到1160℃,合金中粗大γ′相完全溶解,γ′相贫化区消失,且高体积分数细小γ′相在晶内弥散分布,并有粒状MC型碳化合物在晶内及沿晶界不连续析出,可改善晶界的结合强度,使合金在650℃、1034MPa条件下具有较高的持久强度。在蠕变期间合金的变形机制是位错以Orowan机制饶过γ′相和位错切割γ′相,其中,<110>位错切入γ或γ′相时,可分解形成(1/6)<112>肖克莱不全位错或(1/3)<112>超肖克莱不全位错+层错的位错组态。