高温合金涡轮盘坯锭的喷射成形与工艺因素分析

喷射成形作为一种新型快速凝固技术，是适于新型高温合金涡轮盘类坯锭制备的先进金属成形工艺。采用该技术制备的高温合金坯锭具有组织细小均匀、无宏观偏析、改善热加工性和提高材料的使用性能等优点。介绍了喷射成形技术的工艺特点和技术先进性，着重分析了该工艺的重要工艺影响因素及相互关系，并指出其进一步研究的发展趋势。     

SLM成形Inconel 718合金的组织性能调控研究

针对Inconel 718合金零部件传统制造技术中存在的制造极限问题,基于材料合金显微组织与力学性能之间的相关性等内容,开展激光选区熔化(SLM)成形Inconel 718合金性能的研究,建立了适用于SLM成形Inconel718合金的热处理制度,提高了该合金的室温与高温力学性能。考虑到SLM成形Inconel 718合金组织内部晶粒极其细小、内应力积累较大,传统的热处理制度不再适合新技术成形的零部件,根据基体中二次相的析出温度区间,对该合金的传统后热处理制度进行改进。力学性能测试结果证明:项目组提出的均匀化热处理+固溶处理+双时效的热处理制度能有效改善SLM成形Inconel 718合金的显微组织和综合力学性能,并满足锻件的使用要求。     

涡轮盘模锻质量稳定性分析

利用质量管理中常用的分析工具和分析技术——工序能力指数和直方图两种方法对涡轮盘模锻过程进行了分析。两种分析结果一致表明：常温检测项目Ak和800℃高温检测项目δ5、ψ的工序能力不足，应该从模锻工序过程采取措施提高800℃高温δ5、ψ数据，同时控制常温检测项目Ak的波动范围。结合材料的理论组织变化探讨了模锻环节应注意的问题，工艺改进效果明显。     

2214铝合金摇臂等温成形工艺

根据摇臂锻件技术条件要求．确定了等温成形工艺为最佳成形工艺方案。简要介绍了在5×104kN液压机上实现新工艺时模具结构特性．经工艺试验确定了变形温度约为450℃，应变速率为4×10－4S－1～1．4×10－3S－1，及较佳的坯料形状、尺寸及润滑剂。分析了该模锻件产生缺陷的原因和消除缺陷的方法。用新工艺研制的锻件冶金质量符合AIR3385、Z9－J冶－324、Z9－J冶－325技术条件要求，并且锻件的冶金质量有所提高，满足了生产要求。     

特种高温合金涡轮球壳模锻件成型工艺

我国新研制的大型液氧/煤油发动机中,广泛地采用了某牌号高温变形合金,其中主涡轮泵中的涡轮球壳成型工艺比较复杂,经过多次反复研制生产及工艺方案的改进,初步确定了该零件的锻造成型工艺方案和合理的工艺参数,使该锻件获得了良好的机械性能.通过对该锻件成型工艺方案的研究,获得了该合金热加工工艺的应用经验,对所用合金模锻件的生产具有特别重要的意义.     

K4202镍基高温合金激光选区熔化成形室温拉伸性能研究

为了将激光选区熔化(SLM)这项技术推广到液体火箭发动机高温合金复杂结构件的成形,满足其使用要求,对SLM成形K4202高温合金力学性能及其强化机理进行研究。沉积态室温下拉伸试验力学性能指标表现出了很强的各向异性,但均接近或超过GH4202锻件标准值,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等理化分析手段揭示了其强化机理主要为细晶强化、应变硬化、沉淀硬化和过饱和的固溶强化。同时研究了固溶、固溶时效、直接时效三种热处理制度对K4202力学性能的影响,结果表明直接时效后的综合力学性能最佳。     

航天铝合金深腔零件整体成形预制坯优化设计

提出航天铝合金深腔零件整体成形方法,开展预制坯优化设计。对比分析直筒和变径筒两种预制筒坯结构变形规律,数值模拟研究了底部圆角对开口球形件液压成形的影响规律。以直径D=450 mm的球形整体零件为验证对象,进行底部圆角r=60 mm的变径筒形件的液压成形试验验证。结果表明:直筒坯液压成形时,赤道位置发生破裂;变径筒坯液压成形时,当胀形压力为16 MPa即发生贴模;液压成形时,筒端口自适应补料,所以上半球的壁厚分布均匀;随着底部圆角越大,筒底部减薄越小,筒壁厚越均匀;当底部圆角为r=60 mm时,开口球壳赤道位置壁厚减薄最严重,减薄率为11.1%,球底部减薄率为9.8%,开口球壳上半球壁厚差为0.17 mm,下半球壁厚差为0.43 mm。     

Ce元素含量和铸造方法对AZ91-2Ca合金微观组织与力学性能的影响

在AZ91-2Ca合金中分别添加0.5%,1.0%和1.5%的Ce元素,采用重力铸造制备合金并结合组织性能分析,优化出最佳Ce含量。对最佳成分合金进行不同浇铸温度的压力铸造,对比研究Ce含量和铸造方法对AZ91-2Ca合金微观组织和力学性能的影响。研究表明:在重力铸造条件下,随Ce含量提高,合金组织明显细化,强化相Al_4Ce含量逐渐增加,进而改善了力学性能。当Ce含量为1.5%时,强度和延伸率均达到最大值。在压力铸造条件下,随浇铸温度由640℃提高到700℃,压铸AZ91-2Ca-1.5Ce合金微观组织不断细化,Al_4Ce相分布均匀,700℃压铸合金综合性能最高,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为191 MPa,157 MPa和1.7%。相比于重力铸造,压力铸造可进一步提高该合金的强度,从而为解决高Ca阻燃镁合金阻燃效果和力学性能之间的矛盾提供了新思路,促进了该合金在航空航天和汽车领域的应用。     

超声高温熔体处理对Mg-Gd-Y-Zr合金晶粒及力学性能的影响

探究超声处理温度、超声处理时间及超声功率密度对Mg-Gd-Y-Zr合金晶粒和力学性能的影响。结果表明:超声高温熔体处理可有效细化Mg-Gd-Y-Zr合金晶粒,提高其力学性能;在660~750 ℃范围内,随着处理温度的升高,合金晶粒尺寸逐渐增大;相较于未处理合金,处理温度在750 ℃时,合金晶粒的细化效果更为显著。当超声功率密度为0~2.31 W/cm³或处理时间为0~90 s时,随着超声功率密度的提高或处理时间的增加,合金晶粒尺寸先减小后增大,转折点分别为1.29 W/cm³和60 s。合金的力学性能与其晶粒尺寸基本对应,合金的晶粒尺寸越小,其抗拉强度和伸长率越高。当处理温度为750 ℃、超声功率密度为1.29 W/cm³、处理时间为60 s时,与未处理的合金相比,合金晶粒尺寸减小53%,其抗拉强度和伸长率分别提高了31%和79%。     

5A90铝锂合金的蠕变时效行为及机理

研究了在不同时效温度和应力水平的影响下,5A90铝锂合金的蠕变时效行为和微观组织及力学性能演变规律和机理。实验采取先加载后加热的方法,即考虑了蠕变时效非等温阶段。结果表明:在恒定外加应力175MPa下,加热至100、130和160℃时的非等温蠕变应变分别为0.026%、0.036%和0.069%;160℃下等温阶段保持18 h后的蠕变应变达到1.207%,远大于130℃下的0.079%和100℃下的0.039%;蠕变应变速率随温度升高而增加;由于蠕变损伤,160℃下出现蠕变第3阶段。研究了130℃下不同应力水平对微观组织和力学性能演变的影响,发现应力为175 MPa时,非等温蠕变变形很明显,但在125和150 MPa下加热至120℃之前不会发生蠕变,并且等温蠕变应变随应力增大而增加;较高的应力可以促进δ′(Al3Li)、S(Al2MgLi)相的析出和长大;在蠕变时效初期,应力越大,位错密度越小,而在蠕变时效的后期则相反;与125和150 MPa相比,合金在175 MPa下蠕变时效初期表现出最低的强度和最好的塑性,而在蠕变时效后期则相反,这归因于位错强化和δ′相强化之间的协同作用。     

基于应变量耦合的低成本Ti-Al-V-Fe合金本构关系

为了获取新型低成本Ti-Al-V-Fe合金热成形工艺窗口,研究了热加工参数为变形温度875~1100℃、应变速率0.001~1 s^-1、变形量70%的低成本Ti-Al-V-Fe合金热变形行为。结果表明:流变应力与变形温度成反比,与应变速率成正比,合金为典型负温度、正应变敏感材料。以热模拟实验数据为依据,运用多元线性回归方法,确定了材料常数与应变的函数关系,建立了基于应变量耦合的α+β两相区及β单相区Arrhennius本构方程,其耦合系数为0.98,表明建立的模型在给定任意应变量时可准确预测流变应力。根据热激活能,判别合金在不同相区软化机制,单相区为动态回复,两相区为动态再结晶。     

多级涡轮气热耦合仿真性能及强度对比研究

航空航天发动机中,涡轮工作环境恶劣,承受流动传热耦合作用下强烈的热冲击,其结构强度问题十分突出。分别采用气动仿真和气热耦合仿真对某多级涡轮结构开展气动和强度性能仿真研究,提取相应的热边界条件进行涡轮盘结构强度有限元计算。结果表明:两种分析方法得到的涡轮气动性能十分接近,但涡轮盘表面的温度分布存在较大差异,计算得到的径向变形偏差达16%,等效应力偏差达50~100 MPa,气热耦合仿真结果更为可靠。     

新型锆钛合金的动态拉伸力学性能与微观断裂机制试验研究

采用直接撞击式Hopkinson拉杆装置对新型锆钛合金材料在动态冲击载荷作用下的力学性能进行了试验研究,得到了典型动态拉伸真应力-真应变曲线。试验结果表明,在室温、应变率为800~4000s-1的情况下,材料的动态强度（包含屈服强度σ_0.2、抗拉强度σ_b）、失稳应变、伸长率以及应变能密度均随应变率的增大而增大。采用扫描电子显微镜（SEM）对试件断口进行分析,研究了合金材料在不同应变率状态下的失效断裂特征。结果发现,随应变率的增大,材料的断裂方式由准解理断裂变为韧性断裂。     

光纤传感器对合金结构瞬态高温应变测量的适用性研究

高温下结构应变测量数据的重复性是判断测量结果有效性的前提和基础。文章采用石英灯辐射加热技术构建瞬态辐射加热环境，以薄壁平板型合金材料结构为测量对象，对光纤应变传感器在瞬态加热环境下应变测量数据的重复性进行实验研究，以确定其对合金材料瞬态高温下应变测量的适用性。结果表明:光纤传感器与K型热电偶的测温偏离量小于1.76%；在安装面加热状态，瞬态加热温升速率最高达到18 ℃/s，结构最高温度达到850 ℃，此温度下测得的结构件最大应变为9 848.2 με，3次实验测量数据的重复性优于1.42%；非安装面加热状态、结构温度650 ℃下的3次测量数据重复性为0.95%，且与安装面加热状态、相同温度下的测量数据平均值的相对差异仅为0.67%。综上说明，所采用的光纤应变传感器适用于石英灯瞬态辐射加热环境下合金结构件的应变测量。     

由转速判断涡轮盘行波谐振

为找出液体火箭发动机涡轮盘疲劳裂纹故障产生的原因,对包含燃气在冲击式涡轮腔内形成的旋转激励与盘行波模态耦合谐振在内的盘的各种可能的耦合谐振进行了分析研究。在其它耦合谐振的可能性被排除后,将前者作为研究重点,并给出发生此种行波谐振的危险耦合转速范围计算公式。对某发动机大量热试转速数据作了分析,给出判断此类耦合谐振的判断依据。     

低温变形对2A14铝合金组织性能影响

提出了低温变形与热处理协同的2A14铝合金强韧化新方法,借助透射电镜、扫描电镜、金相显微镜、拉伸试验机等测试手段对比分析了室温和超低温变形工艺对2A14铝合金组织性能的影响。结果显示:与室温变形相比,超低温变形与热处理协同能够大幅提升合金综合力学性能。当超低温变形量达到20%,合金内部位错密度上升,第二相粒子尺寸更小,分布更为均匀,晶粒细化显著,合金综合力学性能达到最高,抗拉强度为474.5 MPa,屈服强度为426.5 MPa,延伸率为11.6%。