化学成份调整和热处理对DS Mar—M200高温合金力学性能的影响

Hf和Zr促进了γ+γ′共晶、MC_((2))和Ni5M相的生成。在含等原子百分数Zr和Hf的合金中,Zr在共晶γ′内的溶解度比Hf低,Ni_5M相中Zr含量比Hf高。Zr的这种分布有利于形成Ni_5M相,降低了Zr的强化效果。1130℃/3小时处理有效地消除了Ni_5M相,因此使合金的初熔温度升高。1100℃/4小时沉淀处理形成尺寸为0.5μm的立方状γ′沉淀,在760～1050℃整个温度范围使含Hf合金的蠕变强度远高于不含Hf的合金。与无Hf合金相比,含Hf合金的低周疲劳(LCF)寿命更长。当以Zr部分或全部代替Hf时也有类似的倾向。更高的凝固速度由于组织更细和取向更优而延长了LCF寿命。表面滑移分析表明,含Hf和不含Hf合金中相邻晶粒都出现两组滑移交割,但无Hf合金的柱晶界易出现开裂。Mar-M200合金LCF试样表面裂纹数目和单位面积上裂纹长度很高。MC开裂主要发生在垂直应力轴方向的长条形碳化物上,然后向枝晶间区扩展。含Hf合金则由于滑移带的分离而沿结晶学平面开裂。     

Ni—Al—C—Ti—（Hf,Nb,Ta）四元合金的凝固组织

对所设计的四种Ni-Al-C-Ti(Hf,Nb,Ta)四元镍基合金分别在相同的工艺条件下进行定向凝固。组织结构分析表明,它们的凝固组织和相变特性均与工业高温合金相似,可作为研究工业高温合金的模型合金。上述四元镍基合金的凝固组织具有以下特点:(1)碳化物形成元素的枝晶偏析按Hf、Nb、Ti、Ta减小;(2)TiC和HfC具有大体相似的形态,呈不规则块状:而NbC和TaC则呈发达的汉字体状,这种差别是引起工业高温合金中MC碳化物形态变化的根本原因;(3)含Ti和含Hf合金中的γ-γ′共晶数量多于含Nb和含Ta合金。     

凝固冷速对铸造镍基高温合金K417G显微组织的影响

对铸造镍基高温合金K417G进行了不同冷却速率的凝固试验,并对凝固后的试样进行了光学金相和定量金相分析,研究了凝固冷速对合金显微组织的影响,通过线性回归的方法确定了平均枝晶间距与凝固冷速的关系.结果表明:凝固冷速增大明显细化树枝晶、MC碳化物和(γ γ′)共晶.冷速对MC碳化物的量影响不大,但对(γ γ′)共晶量有明显影响,过快和过慢的冷速都能引起(γ γ′)共晶量增加.K417G合金的平均枝晶间距(λ/μm)与凝固时冷速(V/℃·s-1)存在λ=85.1V-0.35的对应关系,根据该关系式可以通过测量铸件不同部位的平均枝晶大小确定该部位凝固时的冷却速率.     

凝固参数对定向镍基铸造高温合金中MC碳化物生长特性的影响

本文研究了定向凝固条件下凝固参数对一种镍基铸造高温合金中MC碳化物的形态、数量和分布的影响。在冷却速率很小的平面界面下,少量MC呈块状八面体;当界面转化为胞状时,MC在胞晶间呈长条状或鱼骨状;对于冷却速率较大的树枝状组织,MC则呈粗大的汉字体或较完整的花瓣状。在合金凝固形态由平面状向树枝状的转化过程中,合金中MC碳化物的数量急剧增多。     

喷丸对DZ4 合金旋转弯曲疲劳断裂特征的影响

对喷丸前后DZ4高温合金旋转弯曲高周疲劳断口的断裂特征进行了观察.结果表明,室温和高温(820℃)时,未喷丸的DZ4合金高周疲劳裂纹均萌生于试样表面以及与表面相连的铸造缺陷或碳化物处.Kt=1时,疲劳断口为点源,源区存在滑移平面和滑移台阶;随着应力集中水平的升高(Kt=2,Kt=3),疲劳断口向多源和线源发展,源区滑移面变小甚至消失;随着温度的升高,断口源区滑移特征明显.喷丸后,疲劳裂纹源内移,裂纹萌生于试样次表面的晶体内部或铸造缺陷处.带缺口试样裂纹源减少,起源区域缩小,出现明显的主、次疲劳源.实验证明,喷丸可降低DZ4合金表面和缺口敏感性,对裂纹萌生有抑制作用,可提高材料的疲劳性能,随着温度升高,喷丸的强化作用逐渐减弱,但在820℃仍有强化作用.     

新型Ni_3Al基定向高温合金IC10

介绍一种新型1100℃用涡轮导向叶片合金.该合金不含元素Ti而含有1.5wt%的Hf,并且Al Ta Cr含量高于19wt%,具有良好的抗氧化性能,同时持久强度达到国外一代定向合金水平,铸造性能突出.IC10合金的碳化物主要为TaC和HfC,并且由于次生MC(2)的生成,抑制了产生M6C相.采用1180℃,2h的预处理消除低熔点Ni5Hf相,提高了合金的初熔温度.测得了IC10合金700℃,980℃的低循环疲劳寿命曲线以及600℃1100℃的热/机械疲劳寿命曲线.利用IC10合金研制的某发动机高压涡轮导向叶片正在进行地面试车考核.     

凝固速度对一种新型定向凝固钴基高温合金凝固组织的影响

本文研究了凝固速度对一种新型定向凝固钴基高温合金（ＤＳＸ４０Ｍ）凝固组织的影响。作为该合金强化相的晶间碳化物主要有Ｍ２３Ｃ６、ＭＣ、Ｍ７Ｃ３三种。研究发现，定向凝固速度的变化并不改变碳化物的类型，但对碳化物的体积分数和平均尺寸有强烈影响。给出了该合金碳化物体积分数、平均尺寸和持久寿命随凝固速度变化的规律。采用电子探针技术分析了不同凝固速度条件下合金元素的偏析情况。研究还发现，Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｃｒ     

定向凝固镍基高温合金缺口低循环疲劳性能及寿命预测

针对定向凝固(DS)镍基高温合金DZ125开展了850℃条件下不同缺口形式和不同理论应力集中系数(Kt)下的低循环疲劳(LCF)试验研究.利用弹塑性有限元分析缺口根部的应力应变场,并将传统临界距离理论(TCD)及其Kt修正形式引入SWT参数,以此开展缺口试件LCF寿命预测研究.结果表明:高温LCF强度同缺口几何形状关联不大,但具有强的Kt相关性;无论是将尖锐缺口试件作为校准试件还是对临界距离进行平均处理,传统TCD的点方法(PM)及线方法(LM)其寿命预测大于5倍分散带,且预测能力同缺口应力集中程度相关;改进TCD的点方法和线方法可得到小于2倍的分散带,且其预测精度与缺口几何形状无关.由于SWT参数可考虑平均应力(应力比)影响,故根据光滑试件和某Kt下缺口LCF试验数据便可以采用改进TCD预测其他缺口试件在不同应力比下的疲劳寿命,其应用简单、方便.     

一种定向凝固高温合金低周疲劳性能的研究

研究了同成分合金在定向凝固（ＤＳ）和普通铸造（ＣＣ）状态下７６０℃的低周疲劳性能。结果表明，ＤＳ合金的疲劳寿命比ＣＣ合金在应力控制条件下高２倍左右，而在应变控制条件下可提高寿命２０倍左右。ＣＣ合金的疲劳裂纹往往萌生在与表面相连的晶界或某些缺陷（如孔洞）上，由外向内沿晶界扩展。而ＤＳ合金裂纹则起源于纵向晶界的横段或预开裂的碳化物，并沿枝晶间穿枝干扩展。     

Hf和Zr在高温材料中作用机理研究

在高温合金中,元素Hf和Zr可以促进γ γ′共晶、MC(2)碳化物、M2SC碳硫化物和Ni5M相的形成,改变草书状MC和M3B2成为块状并且通过净化晶界或枝晶间自由态的S来提高这些薄弱部位的结合强度,从而延迟裂纹的形成和扩展.Hf和Zr可提高铸造高温合金室温拉伸和中温持久的强度和塑性.Hf,Zr抑制次生碳化物M23C6和M6C的生成,从而提高了合金在高温长时热暴露时的显微组织稳定性.Hf,Zr降低合金的初熔温度,Ni5Hf和Ni5Zr相的初熔被认为是Hf,Zr影响初熔的主要原因.通过1150℃/8h的预处理,Ni5Hf以Ni5Hf γ(C)→MC(2) γ反应或者固溶两种方式被消除.元素Hf可以缩小枝晶间失去毛细管补缩能力和固相线之间的温度范围,还能降低枝晶间液池沟通所需的液体量.在凝固后期枝晶间的富Hf熔体具有很好的流动性、浸润性和趋肤效应,这些都是降低合金热裂倾向、提高合金可铸性和焊接性能的有利因素.具有高的化学活性的富Hf液膜容易在铸件表面形成Hf2O薄层.Hf和Zr是钎焊用中间层合金的降熔点元素.根据凝固过程中富Hf,Zr熔体的成分最终发展出Ni-18.6Co-4.5Cr-4.7W-25.6Hf和Ni-10Co-8Cr-4W-13Zr两种中间层合金,使单晶高温合金的无Si、B连接成为现实.还发展出了定向凝固片状Ni3Al/Ni7Hf2共晶合金,成分为Ni-5.8Al-32Hf和Ni-4Al-26Hf-8Cr-4W.Ni-5.8Al-32Hf合金的最佳凝固条件为温度梯度G=250℃·cm-1和凝固生长速率R=5μm·s-1;Ni-4Al-26Hf-8Cr-4W,凝固条件为G=350℃·cm-1和R=1μm·s-1.     

定向凝固DZ4合金的低周疲劳行为与稳定循环应力

对定向凝固DZ4合金760℃和800℃下的低周疲劳和稳定循环应力应变行为进行了研究,并结合断口观察试验结果,对其疲劳裂纹的萌生与扩展进行了分析。结果表明,DZ4合金760℃和800℃下的低周疲劳属应力疲劳,其损伤以弹性损伤为主,弹性损伤与疲劳寿命具有很好的相关性。加载频率对DZ4合金760℃和800℃下的稳定循环应力均具有一定的影响,尤其是800℃时,各应变下的稳定循环应力均随加载频率的升高而减小。定向凝固DZ4合金高寿命低周疲劳裂纹易于萌生于试样内部或亚表面的柱状晶界,其疲劳裂纹的稳定扩展也较难形成典型的疲劳条带。     

DZ408合金低周疲劳行为

研究了 DZ408合金在950℃,1000℃和1050℃,应变比为0．05条件下的低周疲劳性能。结果表明：平均应变为正时,非对称循环应变控制会产生平均应力松弛现象,且随着温度与应变幅的增大,平均应力松弛速率增大;在950℃,1000℃和1050℃时,材料具有 Massing 特性,采用修正的 SWT 模型能很好地预测不同温度下应变比为0．05的低周疲劳寿命,且给出了修正 SWT 模型参数随温度变化的关系式Δεt 2σmax ＝（－38．9＋0．101 T）N（0．96－0．0014T）。     

定向凝固涡轮叶片高温低周疲劳的破坏特点

针对几何形状完全相同但材料不同的两种涡轮叶片,采用相同的试验方法进行高温低周疲劳试验,普通铸造K403合金叶片和定向凝固DZ22B合金叶片却在不同的部位破坏,K403合金叶片在试验考核的榫齿部位断裂,而DZ22B合金叶片的榫齿在叶身根部断裂前均未出现裂纹.为了解释上述试验结果,展开了两类叶片试验条件应力场的有限元分析和...     

EFFECT OF SOLIDIFICATION RATE ON MICRO－STRUCTURES OF DIRECTIONALLYSOLIDIFIED SUPERALLOY DZ22

ＥＦＦＥＣＴＯＦＳＯＬＩＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮＲＡＴＥＯＮＭＩＣＲＯ－ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳＯＦＤＩＲＥＣＴＩＯＮＡＬＬＹＳＯＬＩＤＩＦＩＥＤＳＵＰＥＲＡＬＬＯＹＤＺ２２ＬｉｕＺｈｏｎｇｙｕａｎ；ＬｉＪｉａｎｇｕｏ；ＳｈｉＺｈｅｎｇｘｉｎｇ；ＦｕＨｅｉｉ...     

一种TiAl合金高温低循环疲劳性能及失效机理

通过对TiAl合金进行总应变范围控制的高温(750℃)低循环疲劳实验,研究双态(Duplex,DP)和全片层(Fully Lamellar,FL)组织形态对TiAl合金低循环疲劳性能和寿命的影响,并采用总应变幅-寿命方程对两类组态TiAl合金低循环疲劳寿命进行预测。结果表明:在相同温度和应变条件下,DP组态TiAl合金稳态迟滞回线对应的平均应力明显低于FL组态TiAl合金稳态迟滞回线对应的平均应力;采用总应变幅-疲劳寿命方程能够准确预测两种组态TiAl合金在750℃下的疲劳寿命,预测寿命基本位于试验寿命的±2倍分散带以内;另外,DP组态TiAl合金的疲劳源区位于试样的近心部,而FL组态TiAl合金的疲劳源区位于试样的次表面,两类组态TiAl合金的高温疲劳失效机理存在明显差异。     

DZ125定向凝固高温合金长期时效后的显微组织和超高周疲劳行为

 选用950 ℃时效温度,对DZ125定向凝固高温合金进行了500、1 000、1 500 h的长期时效。利用超声疲劳试验机测试了合金的超高周疲劳性能。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和电子背散射衍射(EBSD)研究了合金的显微组织和超高周疲劳行为。结果表明:长期时效对DZ125合金的组织稍有影响,长期时效后合金的点阵错配度降低,随着时效时间的延长,γ'相聚集长大更加明显,未出现拓扑密排相(TCP)等有害相;长期时效对DZ125合金的超高周疲劳性能稍有影响,随着时效时间的延长,疲劳性能呈下降趋势,疲劳断口较平整,裂纹起源于试样的表面,在超高周疲劳后合金的晶粒发生了小幅度旋转。     

锻造TC4钛合金电子束焊接接头的疲劳破坏机制

对锻造TC4钛合金电子束焊接(EBW)接头进行了应力控制的高周疲劳试验和应变控制的低周疲劳试验,利用扫描电子显微镜对疲劳断口进行观察与分析,研究了疲劳裂纹的起裂机制.研究结果表明:所有的高周疲劳试样裂纹起裂位置和最后断裂位置均发生在母材区,而低周疲劳试验试样断裂位置表现出不确定性,在焊缝区和母材区均可导致裂纹起裂.高周疲劳载荷下,裂纹起源于表面滑移;低周疲劳时,裂纹可能在接头母材区的表面起裂,也可能在接头焊缝的内部缺陷处起裂,裂纹起裂模式取决于载荷大小.      

定向凝固涡轮叶片不同部位材料疲劳性能差异研究

为了研究定向凝固涡轮叶片不同部位材料疲劳性能及差异,根据典型涡轮叶片的工艺和几何特征,设计了两类叶片模拟件和用于对比研究的带缺口的对比试件,在此基础上开展了高温低循环疲劳试验和对比分析研究.试验结果表明:缘板模拟件、叶冠模拟件的材料疲劳性能分别为对比试件(和叶身中部材料性能基本相当)的5.93％和7.68％.这说明叶片...     

Statistical analysis of experimental study results on low-cycle fatigue resistance for the EI698-VD high-temperature alloy

The results of low-cycle fatigue tests of smooth cylindrical specimens made of the EI698-VD nickel-base high-temperature alloy widely used in aircraft engine industry are considered statistically. The influence of such factors as an initial level of mechanical properties, operating time and temperature of tests is evaluated. The experimental data on low-cycle fatigue (LCF) are used when determining the cyclic life for disks.     

Al－Cu合金快冷的组织形貌

采用自制超声气体雾化快速凝固制粉装置对Ａｌ－４．５％Ｃｕ（ｗｔ）合金进行了研究,探讨了冷却速度与合金组织形貌间的关系,研究了冷却速度对合金凝固过程及溶质分配的控制机制,得到了平直凝固界面失稳的临界冷却速度Ｔｃ,并用显微组织相似定律对实验结果进了比较。