高强度定向凝固高温合金DZ22的研究和应用

DZ22合金具有较高的中、高温性能,与国外著名的定向合金PWA 1422相当。它的成分以PWA 1422为基础,通过试验确定了更合适的Hf、C和Zr含量范围。现行的母合金熔炼工艺和铸件定向工艺是可靠的、稳定的。经过专门处理的返回料可以应用。在定向凝固过程中的铸型移动速度对零件的结晶取向和组织有较大影响。提高固溶热处理温度对高温纵向持久寿命和中温横向持久寿命有相反的作用。批生产实践证明:DZ22合金不仅具有较高的力学性能,而且具有良好的铸造、焊接和磨削加工性能,是制造先进航空发动机和地面燃气涡轮用的带有复杂薄壁内冷通道的涡轮叶片的理想材料。     

第二代定向柱晶高温合金的发展

近年来研制成功的一系列第二代定向凝固柱晶高温合金具有相当于第一代单晶合金,如PWA1480、CMSX-2的高温强度、优良的抗氧化性和可铸性,而且作为叶片合金,其工艺成本和检验成本比单晶合金低。因此,它们正作为理想的侯选材料取代某些单晶合金在先进的军用和民用航空发动机(如PWA2037,CF6—80C等)中获得应用。本文对这类合金的成分、热处理和性能特点作一评述。     

γ’粒子尺寸对定向凝固高温合金拉伸和持久性能的影响

研究了一种定向凝固高温合金析出 γ′粒子尺寸的控制规律。结果表明 :γ′粒子尺寸随固溶处理后冷却速度提高而减小 ,抗拉强度和蠕变寿命随 γ′粒子尺寸增大而降低 ,而合金的拉伸塑性将随之提高     

DD3单晶镍基高温合金凝固过程的研究

 DD3合金是国产第一代单晶涡轮叶片材料,它去除了普通铸造高温合金中常存的微量合金化元素,使合金的初熔温度大大提高。这一特性使高温固溶处理得以在单晶合金中广泛应用,大幅度提高了合金的力学性能。同时,微量成分的调整,使得合金的凝固特性产生明显的变化。本研究工作通过对三种成分合金的凝固试验以及对凝固组织的显微分析来判断DD3合金凝固特性的变化规律。     

镍基高温合金HRS定向凝固过程的计算机模拟及控制

本文通过计算机模拟镍基高温合金平板试样HRS定向凝固过程,建立了二维瞬态导热数学模型,并用此模型和以TP801B单板机为核心的控制系统,对镍基高温合金平板试样定向凝固过程中的固/液界面位置进行了实时控制,结果表明,受控试样的固/液界面位置能很快地趋于并稳定在隔热板附近。对界面位置的控制能有效地提高固/液界面前沿液体中的温度梯温及其稳定性,对合金的宏观和微观组织均有明显的改善。     

改进DZ—22定向凝固高温合金热处理制度的研究

研究了一种新的热处理制度对DZ－22走向凝固高温合金组织和性能的影响。结果表明，采用新热处理制度先进行预处理，可以消除低熔点相，提高合金的初熔温度，然后提高合金的固溶温度。在随后的冷却和时效过程中，析出更多的细小γ'相使合金的拉伸强度和持久性能得到明显提高。     

Hf对IC10高温合金凝固特性的影响

采用等温凝固和差热分析相结合的方法,研究Hf含量对定向凝固柱晶IC10高温合金凝固特性的影响,得到Hf含量变化时合金在不同温度的凝固组织和凝固顺序.结果表明:随着Hf含量增加,合金的液相线及固相线温度均降低,凝固温度范围扩大,γ+γ’共晶析出温度提高.增加Hf含量还缩小了枝晶间丧失补缩能力温度与固相线温度的温度范围,并降低枝晶间液池保持连通时所需的最小液体量,提高IC10合金的铸造性能.     

定向凝固和单晶高温合金再结晶影响因素

定向凝固和单晶高温合金具有优异的高温力学性能,是制造先进航空发动机涡轮叶片的主要材料。定向凝固和单晶高温合金的优异性能主要来源于消除了与应力轴垂直的晶界,而再结晶的出现会显著降低合金的高温力学性能。本文基于近年来国内外对于定向凝固和单晶高温合金再结晶行为的研究,系统分析和总结了定向凝固和单晶高温合金再结晶的主要影响因素,包括热处理温度、热处理时间、第二相粒子、变形温度、高温氧化、以及表面处理工艺等因素对再结晶的影响。     

固溶温度对定向凝固高温合金DZ22的组织和性能的影响

 随着固溶温度的提高,显微组织发生明显的变化,共晶Υ′相和初生的粗大Υ′相不断回溶,重新析出更多更细的Υ′相。与此同时,晶界状态也逐渐变成“细线”状。元素的枝晶偏析减小,中、高温的纵向持久寿命增加。但是,中温横向持久寿命显著降低。在试验中测定了DZ22合金的初熔温度为1230～1240°C,并进行了提高初熔温度的试验。文中讨论了确定定向凝固合金回溶温度的原则,根据试验结果,认为DZ22台金选用1200～1210°C为宜。     

重复固溶对Inconel 718合金组织性能的影响

以982℃固溶水冷状态的Inconel 718合金棒材为研究对象,分析该合金经重复固溶再时效处理后的组织性能,并与直接时效处理进行对比。结果表明:在941~1010℃范围内重复固溶,随着固溶温度的升高,晶粒无明显变化,但是δ相含量逐渐减少,主要强化相γ′′的析出量增多,使合金硬度、高温拉伸强度和高温持久寿命显著提高,高温拉伸塑性、高温持久塑性在982℃固溶时达到极大值。与直接进行时效处理相比,经982℃重复固溶再时效处理后的组织性能无明显变化,更低的重复固溶温度对性能不利,而更高的重复固溶温度则使性能提高。     

DZ125定向凝固高温合金的研究

研究了可用作先进航空发动机定向薄壁空心叶片的DZ125合金,该合金具有高的综合性能,其力学性能水平高于国内外广泛应用的同类商用典型定向合金,同时具有良好的定向铸造工艺性能和高的薄壁力学性能.合金已用于铸造某航空发动机的具有复杂内腔的薄壁定向叶片,并已通过台架试车,投入小批量生产.     

DZ22定向高温合金的初熔及其控制

含Hf合金的Ni₅Hf相含量超过1.0％（体积）时,在加热示差热分析曲线的1135～1160℃温度范围出现Ni₅Hf熔化峰。 Ni₅Hf相的存在诱发了含Hf铸造镍基高温合金的初熔。低碳或无碳DZ22合金形成更多的Ni₅Hf相,促进了合金的初熔。 通过1150℃/8h预处理可消除合金中的Ni₅Hf相,从而可使最终固溶处理温度提高50℃,取得明显的均化效果,进一步提高定向合金1040℃持久性能。     

DZ40M合金缺陷试样TLP-DB接头力学性能研究

开展定向凝固钴基高温合金DZ40M的过渡液相扩散焊试验,研究不同界面缺陷率DZ40M合金TLP-DB接头的高温力学性能。结果表明:采用1260℃/0.5h+1200℃/6h规范可实现DZ40M合金过渡液相扩散焊的良好结合;接头高温持久强度达到等条件下母材的70%以上;当界面缺陷率达15%时,接头高温持久强度仍达到母材的70%以上;但随着缺陷比例的增大,断裂位置由母材转移到焊缝。     

定向凝固钴基高温合金DZ40M的热处理研究

研究了热处理对新研制的定向凝固钴基高温合金DZ40M组织和性能的影响。结果表明 :12 80℃ / 4h固溶处理可完全溶解DZ40M合金中初生碳化物M7C3 和MC ,合金成为单相固溶体。95 0℃和 10 5 0℃时效处理可使DZ40M合金发生硬化 ,以 95 0℃时效硬化效果更为明显 ,相应的峰时效制度为 95 0℃ / 12h和 10 5 0℃ / 2 4h。时效处理引起M2 3 C6沉淀析出。 95 0℃ / 12h时效显著提高DZ40M合金室温强度和高温持久寿命 ,同时也减少了合金塑性 ,但合金仍保持一定的塑性。 10 5 0℃ / 2 4h虽然能增加室温拉伸性能 ,但削弱了高温持久性能     

800℃以上服役涡轮盘用难变形镍基高温合金研究进展

大推重比航空发动机涡轮盘需在更高温度下服役,为满足更高温度服役航空发动机涡轮盘材料的需求,在新合金的发展过程中合金化程度和γ′相含量逐渐提高。其中GH4151、GH4175和GH4975合金是800℃以上服役变形高温合金的典型代表。对难变形高温合金国内外的发展趋势、3种典型合金的特征和发展过程进行了概述,并对难变形高温合金制备过程中开坯工艺和超塑性等问题进行了探讨。为充分发挥800℃以上服役高相含量难变形高温合金的优势和作用,需对合金成分设计特点、组织特性、热变形和超塑性变形过程中相的作用机制等方面开展相应的理论研究工作。     

热暴露对带热障涂层DD6单晶高温合金组织的影响

采用0.3 MPa压力对DD6单晶高温合金进行水吹砂,然后用电子束物理气相沉积的方法在DD6合金基体上制备了热障涂层,将带热障涂层试样置于1100℃空气气氛中分别进行50 h和100 h热暴露,在1100℃/130 MPa条件下测试持久性能。研究了水吹砂及高温热暴露对带热障涂层DD6合金组织的影响。结果表明：0.3 MPa压力水吹砂制备热障涂层并高温热暴露后没有发现再结晶组织;热暴露过程中,基体和涂层之间的元素会发生不同程度的互扩散;表面残余应力和元素互扩散导致了γ′相粗化方向的变化;性能测试后试样断口附近的涂层与基体界面下方局部区域形成了二次反应区。     

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）。     

相位角对定向合金DZ125热/机械疲劳行为与寿命影响的试验研究

对DZ125定向凝固铸造镍基高温合金进行了同相位、反相位和-135°相位的550℃～1000℃热/机械疲劳试验研究。试验结果表明:同相位寿命曲线与反相位寿命曲线有一交点,-135°相位的热/机械疲劳寿命比同相位热/机械疲劳寿命与反相位热/机械疲劳寿命长。试样的微观断口分析显示了在热/机械疲劳试验中同时存在疲劳、蠕变和氧化损伤。对同相位、反相位和-135°相位热/机械疲劳循环应力响应行为进行了研究。用Manson-Coffin方程、微裂纹扩展模型和拉伸迟滞能(Ostergren)寿命预测模型对DZ125合金的热/机械疲劳寿命进行了预测(分散带为2倍左右)。