不同时效处理对GH4169合金组织性能的影响

为了解GH907合金时效制度对GH4169合金组织和性能的影响,对分别进行GH907和GH4169两种时效处理后的GH4169合金进行组织、力学性能的对比分析与测试.结果表明,相对于GH4169时效处理,775℃时效处理使GH4169合金的(6)相的析出量有所增加,γ'、γ″相略有长大,但合金的晶粒度没有发生明显变化.经775℃时效GH4169的缺口持久性能基本不变,不存在缺口敏感,但其室温和650℃抗拉强度、屈服强度、光滑持久寿命以及硬度均有所降低.     

直接时效喷射成形GH4169合金的组织和性能

采用扫描式双喷嘴喷射成形装置制备了大尺寸GH4169沉积坯,经热等静压和热模锻得到了直径600mm的模锻件.研究了直接时效(DA)热处理对喷射成形GH4169合金的显微组织和力学性能的影响.结果表明:直接时效喷射成形GH4169合金晶粒细小均匀,晶粒度在ASTM10左右,其第二相主要有δ相、碳氮化物、γ'相和γ'相.与喷射成形标准热处理态和常规变形直接时效态GH4169合金相比,直接时效喷射成形GH4169合金的拉伸和持久性能较高.     

热等静压对激光选区熔化成形GH4169合金持久性能的影响

采用激光选区熔化(SLM)成形技术制备了GH4169合金,运用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)等分析手段分析了热等静压对SLM成形GH4169合金组织及持久性能的影响规律。结果表明:沉积态合金组织中,沿沉积方向的晶粒为柱状晶,晶粒内枝晶组织细小,枝晶间分布大量Laves相;热等静压处理可有效消除组织中气孔缺陷,溶解大部分Laves相,促使组织晶粒等轴化,并减少后续980℃固溶处理过程中δ相在晶内的析出;热等静压处理能提高合金的持久寿命,但会降低合金的持久塑性。     

直接时效处理对热连轧GH4169合金蠕变行为的影响

通过对热连轧GH4169合金进行直接时效处理、蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了直接时效对热连轧合金蠕变行为的影响。结果表明:直接时效可明显提高热连轧GH4169合金的蠕变抗力,在660℃/700MPa条件下,使合金的蠕变寿命由60h提高到126h,在试验的温度和应力范围内,测定出该合金在蠕变期间的激活能和应力指数分别为Qa=559.2kJ/mol和n=17.6。合金在热连轧期间的变形特征是孪晶和位错在孪晶内的双取向滑移,且有较小的晶粒尺寸;经直接时效后,合金中弥散析出的细小γ″相是有效提高合金蠕变寿命的主要原因。在蠕变期间,合金的变形特征是孪晶及位错在基体中滑移;蠕变后期,在与应力轴垂直的晶界处首先出现微裂纹,随蠕变进行,微裂纹沿晶界扩展并发生沿晶断裂。     

刷式密封结构GH4169+Haynes214电子束焊接组织及密封性能研究

为了发展航空用先进的柔性密封技术,采用电子束焊接对GH4169+Haynes214刷丝进行了刷式密封结构的研制,研究了不同的焊接工艺对焊缝成形规律的影响,焊接接头的组织特征、显微硬度及密封性能。结果表明,采用电子束焊接技术能够获得成形良好、无裂纹和气孔的焊接接头。焊缝组织为横向短枝晶、长主轴的树枝状晶,主要是由γ相、γ’相及γ’’相（Ni3Nb）构成,在横向枝晶间形成共晶组织（γ+Laves）。熔合线区的碳化物在热循环下发生了长大,在晶界上团聚。焊接接头的显微硬度呈近似对称分布,焊缝区域的平均硬度约435HV,小于GH4169母材（约540HV）,由于焊缝区域主要为Haynes214,其Ni和Al的含量高,在焊缝凝固时Haynes214与GH4169的合金元素发生了混合,凝固后的焊缝组织差异引起显微硬度变化。刷式密封结构常温（20℃）和高温（403℃）的泄漏率均小于20 g/s。常温（20℃）下泄漏系数稳定在0.006附近,小于预期泄漏系数0.007,当加温到403℃条件时,随着压力升高泄漏系数逐渐升高,最终稳定在0.004左右,表明刷式密封结构具有优越的密封性能,可在航空航天发动机上...     

冷轧变形量和热处理状态对GH4169合金板材组织及硬度的影响

对GH4169合金开展不同变形量的冷轧和热处理实验，分析不同冷轧变形量和随后的不同热处理状态对板材显微组织及硬度的影响。不同冷轧变形量研究结果表明：随着变形量的增加，冷轧板材中的位错密度升高并形成滑移带，织构组织逐渐增强，退火孪晶界逐渐消失，板材硬度随之增大。不同热处理状态研究分析表明：980℃×10 min固溶处理后，变形量小于20%时，板材中仍残留有变形晶粒和位错，随着变形量增加再结晶逐渐发生，晶粒度尺寸逐渐细化，板材硬度随变形量的增加而升高；变形量达到25%以上时，固溶态板材可完成再结晶，变形晶粒和冷作硬化基本消除，板材的硬度降低至未变形的水平并且不随变形量增加而改变；时效热处理后板材中析出γ’’和γ’强化相，板材硬度显著高于冷轧态和固溶处理态且硬度基本不受冷轧变形量的影响；GH4169合金在980℃下固溶处理而发生再结晶的冷轧变形量门槛值处于5%～10%范围内，完全再结晶的冷轧变形量门槛值为25%左右。综合考虑实际生产情况，GH4169合金板材优化的制备工艺为冷轧变形量大于25%，相应的固溶处理制度宜选择为980℃×10 min。     

热等静压对激光选区熔化成形GH4169合金组织与高温性能的影响

GH4169合金通常于高温环境下服役,增材制造的GH4169合金高温性能往往低于锻件标准,影响其服役安全性,有必要通过热处理手段提高其安全性。采用激光选区熔化技术（SLM）制备GH4169合金,利用金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱分析（EDS）等表征手段,探究热等静压热处理工艺对SLM成形GH4169合金微观组织、高温拉伸性能和高温持久性能的影响。结果表明：与常规热处理工艺相比,经过热等静压处理后的GH4169合金晶粒为等轴晶,气孔基本消失,Laves相基本消失,短棒状δ相在晶界处更加连续,颗粒状γ’’相在晶粒内部大量析出,晶粒得到明显细化。热等静压处理后GH4169合金在扫描方向与沉积方向上的650℃抗拉强度分别为1053 MPa和1051 MPa,断后伸长率分别为8.6%和8.5%;高温持久时间分别为1620 min和2065 min,高温持久时间分别提升了90倍和30倍。高温抗拉强度和高温持久时间均高于锻件的性能指标,断后伸长率尚未超过锻件标准。     

δ相对GH4169合金热变形行为的影响

对GH4169合金进行四种不同工艺的热处理以得到不同的δ相析出状态,采用Gleeble-1500试验机在980℃下测试合金热变形特性.结果表明,GH4169合金经不同热处理后可获得不同初始状态的δ相含量及分布状态,合金中δ相的增加将降低合金变形抗力;δ相的存在促进变形合金再结晶形核和长大;晶界δ相的存在有利于热变形过程中的再结晶,而晶内δ相则阻碍形核过程;预先析出的δ相在变形过程中发生溶解.     

一种热连轧GH4169合金的蠕变行为与断裂机制

通过蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了热连轧直接时效处理的GH4169镍基合金的蠕变行为和断裂机制。结果表明:热连轧GH4169镍基合金的组织结构由γ′,γ″相和γ基体相组成,具有较小的晶粒尺寸,晶内存在高密度位错和孪晶。经直接时效后,合金中弥散分布的细小γ″相数量增加,及高密度位错引起的形变强化效果,是使合金在650℃/725MP条件下具有较长的蠕变寿命的主要原因;蠕变期间,合金的变形特征是孪晶变形和位错的双取向滑移;随着蠕变进行,位错的数量逐渐增加,并在晶界处引起应力集中,致使裂纹在晶界处萌生及扩展是合金的蠕变断裂机制。     

GH4169合金超塑性及其复杂构件超塑成形

对GH4169高温合金板材超塑性及超塑成形进行了研究.研究结果表明:在典型的超塑成形应变速率范围(10-3～10-4)内,细晶GH4169合金在较宽的温度范围(920℃～980℃)内的延伸率都高于250%,最高延伸率可达513%,应变速率敏感性指数m值都大于0.3;合金在超塑过程中发生了晶粒动态长大,并且超塑变形后仍为等轴晶;利用超塑成形方法研制出了飞行器用GH4169合金燃气岐管,并通过了30MPa液压压力、保压10min的打压试验及20MPa、保压5min的气密试验.     

冷却速率对GH4169合金显微组织和持久性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜和物理化学相分析对经时效后两种不同冷却速率的GH4169合金的显微组织和持久性能进行了研究,结果表明:冷却速率的改变,对合金中碳化物的含量和晶粒尺寸没有明显影响,但显著改变了(γ'+γ')相的平均尺寸和δ相的含量;当冷却速率较快时,合金的持久性能较好.     

GH4169材料磨削后数控抛光表面完整性试验研究

针对航空发动机叶片材料GH4169高温合金,采用CBN砂轮磨削后进行羊毛毡轮数控抛光.首先,研究了抛光预压量对抛光轮寿命和工件表面粗糙度的影响,找到了抛光轮寿命的评价方法和优化的预压量;然后,研究了抛光深度对磨削后GH4169表面完整性的影响.结果表明:表面粗糙度Ra随抛光深度的增加先减小后稳定,表面显微硬度HV随抛光深度的增加呈显著下降趋势,进给方向表面残余正应力随深度增加先升高后下降,而垂直进给方向表面残余正应力先基本不变后下降.最终试验优选出了深度参数为2μm,预压量0.5～1.0mm.采用羊毛毡轮对GH4169磨削表面进行抛光,既能达到较小的表面粗糙度值(Ra=0.3μm),又可以有效维持CBN砂轮磨削形成的两个方向较大的表面残余应力.     

GH4169合金真空自耗重熔铸锭显微疏松的形成规律及熔速影响

利用金相显微镜和扫描电镜研究了熔速对GH4169合金真空自耗重熔铸锭显微疏松和金相组织的影响;采用金相图像分析软件定量分析了熔速对铸锭显微疏松数量的影响。GH4169合金真空自耗重熔铸锭显微疏松的形成规律以及熔速影响的研究结果表明,由于金属气体凝结和喷溅等原因的影响,真空自耗铸锭表面激冷层中存在大量边界粗糙曲折的显微疏松。在激冷层下方的铸锭边部组织中,显微疏松数量明显减少,边界圆滑,气泡是疏松形成的重要原因。铸锭心部显微疏松尺寸增大,倾向于沿枝晶间通道分布。铸锭心部位于糊状区的底部,由于熔池较深,凝固速率缓慢,使该处二次和三次枝晶比较发达,偏析严重,从而容易阻塞补缩通道,所以易形成沿枝晶间通道分布的大尺寸疏松。随熔化速率增大,枝晶倾向于水平生长,熔池加深,二次和三次枝晶更加发达,偏析更加严重,显微疏松的尺寸和数量显著增加。     

原位拉伸研究热处理对激光选区熔化GH4169合金组织及650℃力学性能的影响

研究热处理制度对激光选区熔化成形GH4169合金组织及高温力学性能的影响。通过自主研发的SEM原位加热拉伸测试平台,探究热处理前后650℃合金力学性能变化与动态组织演变的关系。结果表明：热处理后合金的晶粒形态由柱状晶转化为等轴晶,Laves相溶解,析出大量γ’和γ’’强化相;在650℃下,沉积态合金的屈服强度和抗拉强度分别为574 MPa和740 MPa,热处理态（HSA态）合金的屈服强度和抗拉强度分别为818 MPa和892 MPa,较沉积态分别提升了42.5%和20.1%;沉积态合金表面晶粒起伏更大,协调变形能力更强,塑性流动能力好;裂纹在Laves相周围萌生沿枝状晶向最大切应力方向扩展,样品颈缩后发生剪切断裂;HSA态裂纹在碳化物周围萌生沿晶界扩展,断裂方式为沿晶和穿晶相结合的混合断裂。     

GH4169合金晶粒尺寸与持久性能的关联性

以GH4169合金大规格棒材为研究对象,结合棒材的加工过程,利用OM、FE-SEM、EBSD和TEM等手段分析了该合金不同晶粒尺寸试样的持久性能。结果表明:在长时高温应力作用下,不同晶粒尺寸试样呈现不同的持久性能和不同的晶粒取向演变规律。发生变形至断裂的位置,晶粒尺寸较小时,部分〈101〉取向明显转向〈001〉或〈111〉取向,加上宏观变形协调性较好,促使应力集中得到有效释放,表现出较好的塑性;但细晶试样中更多晶界带来的扩散蠕变对高温强度不利,裂纹也容易在与〈111〉硬取向晶粒接邻的晶界处形核并扩展,降低持久寿命;此外,细晶试样的变形程度较大,应变主要集中于晶界处,且大角度取向差的含量较多,这些位置容易萌生裂纹而使寿命降低。     

热处理对激光选区熔化GH3536合金高温拉伸性能的影响

利用激光选区熔化（selective laser melting,SLM）技术可近净成形GH3536合金复杂零件,其高温力学性能是能否安全服役的重要考量指标,本工作研究热处理对SLM成形GH3536合金的微观组织与高温拉伸性能的影响。在1225℃下进行1 h热处理以探究组织性能调控机制,测试GH3536增材试样沉积态与热处理态高温下的拉伸性能,采用扫描电镜研究热处理前后增材GH3536试样的微观组织演变。结果表明：热处理可有效消除晶粒内部的胞状亚晶结构,使位错滑移能力显著增强,其在室温、650、815℃环境下断裂伸长率分别提高75%、92%、683%;另外,柱状晶纵横比的减小使热处理试样的各向异性显著降低;断口分析表明随着拉伸环境温度的增加,热处理试样的断裂模式由沿晶断裂转变为混合断裂。     

喷射成形GH742y合金晶粒长大规律的研究

研究了不同固溶温度热处理对氮气雾化喷射成形GH742y合金相组成和晶粒尺寸的影响,并重点分析了第二相对晶粒长大的抑制作用.结果表明:氮气雾化喷射成形GH742y合金具有良好的高温抗晶粒长大特性,极限晶粒尺寸约为40μm;γ′相固溶温度约为1127℃;高于γ′相固溶温度热处理时,弥散分布MC型碳氮化合物阻碍晶粒长大;Gladman方程可以估计氮气雾化沉积坯的极限晶粒尺寸.     

GH909合金长期时效后组织和性能的研究

研究了GH909合金在650℃长期时效后的组织和性能的变化.结果表明,合金在650℃长期时效后,针状ε和ε″相大量析出并粗化,γ'相数量增加,尺寸基本不变;合金的拉伸强度下降,塑性提高,650℃×510MPa缺口持久寿命提高.合金在650℃长期时效2000h后组织和性能比较稳定,具有较好的综合性能.     

GH141合金工艺特性研究

研究了GH141变形高温合金的冷加工硬化特性、静态再结晶及热处理对合金硬度、组织的影响。结果表明,GH141合金固溶温度须在1060℃温度以上,在1060℃保温4min硬度才出现较显著下降;冷却速度对硬度影响显著,水冷软化效果明显好于空冷;1000℃以上退火,冷却速度的影响超过了热处理温度的影响,说明冷却过程中析出硬化掩盖了热处理软化效果;γ′大幅度回溶需1050℃以上;冷变形后的合金在1050℃即能完成再结晶,1120℃以上会发生晶粒长大。     

GH4169合金激光选区熔化成形工艺与缺陷特征的相关性

通过改变激光选区熔化成形工艺,即激光功率和扫描速度,制备多个GH4169试样。采用金相法观察显微组织及其内部缺陷的形貌与分布,采用X射线断层成像获得试样孔隙率,并统计分析缺陷三维特征,研究成形工艺与缺陷特征的相关性。结果表明：当能量输入密度为59.1 J/mm³的优化工艺时成形试样中互相搭接的熔道形貌齐整、随机分布的规则气孔尺寸小于30μm、致密度高达99.9998%。在较窄的工艺窗口下(220～300 W、700～1300 mm/s),试样致密度对扫描速度更为敏感,高扫描速度易形成分布在熔道搭接区内极不规则的未熔合。偏离优化工艺时,缺陷数量增多,部分缺陷尺寸大于30μm,其中高激光功率形成的气孔形状或高扫描速度形成的未熔合形状都与各自的尺寸密切相关,即尺寸越大,形状越不规则,产生的不利影响要远大于规则气孔。