Ru对DD22镍基单晶高温合金组织和持久性能的影响

通过对两种不同Ru含量(0％和2％,质量分数)的新一代镍基单晶高温合金DD22铸态及热处理态组织定量表征与1100～ 1150 ℃持久性能测试,研究了Ru对相转变温度、(γ+γ')共晶组织、凝固偏析、合金元素相成分、合金元素分配比及持久性能的影响.结果表明:Ru降低了合金的固液相线、铸态共晶组织体积分数以及凝固偏析程度.合金热处理后,与无Ru合金相比,含Ru合金γ '尺寸更为细小,γ/γ'两相中对TCP相析出有重要影响的Re和Cr元素分配更加均匀.Ru通过降低γ'相尺寸,增加γ/γ'错配度,提高固溶强化效果,抑制持久加载过程中TCP相析出,显著提高DD22合金持久性能.     

Re对γ'相粗化行为的影响

研究了三种不同Re含量(wt%)的新型单晶高温合金(DD6+0Re合金, DD6+1Re合金, DD6+2Re合金)在1100℃下的γ'粗化动力学.结果表明,Re可以有效地阻碍γ'相的粗化,提高γ'相的粗化激活能,从而可以Re改善单晶高温合金的高温力学性能.     

用人工神经网络法预测含Re镍基单晶高温合金中TCP相的含量

根据大量含Re镍基单晶高温合金试验所测TCP相含量的数据,采用一种先进的人工神经网络方法建立运算模型,对合金的TCP相含量进行预测,并与报道所用回归方法进行了比较。结果表明,所建网络模型能够比较准确地预测含Re镍基单晶高温合金中TCP相的含量。将正交分析与网络预测相结合,获得几种主要合金元素对TCP相含量的影响顺序。     

多元高温合金固溶极限预测

综合考虑了溶质元素与基体元素的原子半径、电负性以及外层电子数的立方根对溶质元素固溶度的影响，推导出二元合金的固溶度定量方程，提出了多元高温合金固溶极限曲线的预测新方法，并将其应用于计算镍基和钴基三元合金相图的γ／（γ＋σ）相界和γ（γ＋μ）相界。结果表明，计算的固溶极限曲线与已知相图的固溶极限曲线较吻合，与Ｍｄ值法计算的相界比较，该方法具有较高的精度。     

铼(Re)对定向高温合金组织与性能的影响

以第二代定向柱晶DZ9合金成分为基础,调整Re含量,通过对三种不同Re含量的定向合金的研究,探讨了Re含量的变化对定向高温合金组织和性能的影响。结果表明:加入Re可提高合金的初熔温度和γ'相的回溶温度;Re的含量显著影响合金的γ+γ'共晶相形态和γ'相的尺寸和形态;增加Re含量,可提高合金的室温拉伸强度和合金的高温持久寿命。     

Re对γ′相粗化行为的影响

研究了三种不同Re含量 (wt % )的新型单晶高温合金 (DD6 0Re合金 ,DD6 1Re合金 ,DD6 2Re合金 )在 110 0℃下的γ′粗化动力学。结果表明 ,Re可以有效地阻碍γ′相的粗化 ,提高γ′相的粗化激活能 ,从而可以Re改善单晶高温合金的高温力学性能     

熔体处理时间对铸态镍基高温合金K465组织和力学性能的影响

用金相显微镜和扫描电镜研究了镍基高温合金K465在1530-1540℃下进行1-10min熔体处理后碳化物尺寸、分布以及枝晶杆区γ'相尺寸、形态立方化效果的变化,并研究了其对合金室温拉伸性能和高温持久性能的影响。结果表明,熔体处理5-7min能减小碳化物和枝晶杆区γ'相尺寸,改善碳化物分布和γ'相立方化程度,而使合金得到良好的室温塑性和高温持久性能。     

基于热力学计算对GH4169合金的成分设计

利用Thermo-calc热力学计算软件和相应的镍基高温合金数据库,预测了GH4169合金在凝固过程中合金元素在液相中再分配的规律,结果表明,Nb元素在凝固过程中偏析最为严重,Mo,Cr等元素也存在一定程度的偏析。综合分析了主要合金元素对GH4169合金的两相区温度差以及平衡析出相的析出规律,尤其是对强化相γ'以及"黑斑"中的主要组成相δ相析出规律的影响。结果表明,合理调整GH4169合金中的主要合金元素的含量后,可以缩短合金两相区温度差,促进强化相γ'相的析出,同时抑制δ相的析出,从而得到偏析少、性能稳定的GH4169合金。     

Hf和Re含量对Co-Ti-V高温合金γ/γ′两相晶格错配度的影响

通过对不同含量Hf和Re的Co-Ti-V高温合金进行组织形貌观察和X射线衍射分析,研究不同含量Hf和Re合金中γ′相形貌与γ/γ′两相晶格错配度的关系。采用EDS分析合金中各元素的分配行为与γ/γ′两相晶格错配度的关系。通过对不同成分的合金进行1000℃高温压缩实验,研究Hf和Re含量对合金高温压缩性能的影响。结果表明:随着Hf含量的增加,γ′相的形貌由立方形转变为球形,γ/γ′两相的晶格错配度减小;随着Re含量的增加,γ′相的形貌由立方形变为长条状,且γ′相变得粗大,γ/γ′两相的晶格错配度减小;通过EDS分析,Co、Hf和Re元素在γ相中富集,而Ti和V元素在γ′相中富集;随着Re含量增加,合金的屈服强度和抗拉强度均增加;随着Hf含量的增加,合金的屈服强度和抗拉强度先减小后增大。     

一种含铼和碳的镍基单晶高温合金显微组织的研究

研究了一种含铼和碳的镍基单晶高温合金的铸态和热处理态的显微组织。结果表明:合金铸态组织中枝晶干和枝晶间区域的γ'相呈近立方状,枝晶间区域析出了少量的共晶相和MC型碳化物;合金经固溶处理后,共晶相完全消除,显微偏析得到明显改善。经标准热处理后,枝晶干和枝晶间的γ'相立方度提高,枝晶干区域γ'相的体积分数和尺寸都小于枝晶间区域的,其体积分数和尺寸分别为61%,0.32μm和68%,0.41μm,而碳化物的形貌和尺寸无明显变化。合金经1095℃/100h处理后,枝晶干析出了一定量富集Re和W的TCP相。     

大间隙钎焊用混合粉状高温镍基钎料的润湿性和显微组织

用一种含Al,Ti元素的镍基钎料粉末与γ’相沉淀强化型镍基高温合金FGH95的粉末混合,制备了大间隙钎焊用混合粉状高温镍基钎料。实验表明,采用合适的混合比例,混合粉状钎料对1Cr18Ni9Ti不锈钢具有较好的润湿铺展性。该混合钎料所获得的钎缝金属的合金化效应显著,Al+Ti合金元素的最大含量达到了5.49%。焊态钎缝中,除Nb,W等个别元素外,其他主要强化元素无明显偏析,且经1180℃/4h扩散处理可消除合金元素的偏析。钎缝金属的组织状态较为均匀,基体为等轴γ固溶体枝晶,枝晶间分布有颗粒状、短条状的化合物相以及少量的γ+γ’共晶组织。另外,在γ固溶体中分布着大量弥散细小γ’沉淀强化相。     

Mo含量对Mo-Ni-B堆焊合金组织和性能的影响

设计制备了Mo-Ni-B系合金粉块新材料,采用TIG堆焊工艺在Q235钢基体上制备Ni基三元硼化物堆焊合金。研究了合金粉块中Mo含量对三元硼化物堆焊合金层组织、物相、硬度、耐磨性、耐蚀性的影响。结果表明,堆焊金属主要由三元硼化物Mo2M’B2、Mo Ni4、Mo5(B、Si)3、γ-(Fe,Ni,Mo,Cr)等相组成;Mo含量对堆焊合金的显微组织有较大影响;随着合金粉块中Mo含量的增加,堆焊合金和三元硼化物的显微硬度均明显下降;在所研究堆焊合金中,Mo 44.18%的耐蚀性最好,Mo 37.53%的堆焊合金的耐磨性能是Q235钢的27.7倍。     

Nb-Si-Mo三元系合金相图

 Nb/Nb5Si3原位复合材料是一种有望替代镍基超合金用做飞机发动机叶片的新一代超高温结构材料。采用非自耗电弧熔炼技术制备出不同成分的Nb/Nb5Si3原位复合材料,利用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪对Nb-Si-Mo三元系合金的相组成和微观组织进行研究。结果表明：Nb-Si-Mo三元系部分液相面投影图（<37.5 at% Si）含有4个初生相区,其立体相图中存在2个液固四相平衡反应和1个固态四相平衡反应。在2个液固四相平衡反应面之间存在一个三相共晶平衡棱柱,成分位于该棱柱内的合金会通过L→Nbss+β-Nb5Si3反应凝固生成Nbss/β-Nb5Si3片层共晶。     

Evolution of Ni-based superalloys for single crystal gas turbine blade applications

The chemistry of the Ni-based superalloys designed for single crystal gas turbine blades has significantly evolved since the development of the first generation of alloys derived from columnar grained materials. The overall performance of the second and third generations has been significantly improved by the addition of increasing amounts of rhenium. However, the problems of increased density, grain defects and microstructural stability have also become more and more acute and render necessary to carefully control the level of the various alloying elements in order to effectively benefit from the high potential of the most recently developed third generation alloys.     

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。     

Ni-Co-Al合金非连续沉淀相变及其对合金力学性能的强韧化作用研究

多元合金中非连续沉淀(Discontinuous Precipitation,DP)的出现通常被认为对力学性能有害。最近研究表明,Ni-Co-Al合金通过非连续沉淀析出过程可以形成双相层状纳米结构,实现“类珠光体型”的强化效果。为了进一步探究非连续沉淀对Ni-Co-Al合金力学性能的影响,总结并讨论了在不同合金成分和热处理条件下,Ni-Co-Al合金的显微组织及力学性能的变化规律。结果表明,Co元素含量的增加以及时效温度的降低有利于非连续沉淀析出,而且接近完全转变的DP组织能有效地提高Ni-Co-Al合金的强度和塑性。通过理论模拟、显微结构表征和力学性能分析,讨论了非连续沉淀的析出行为以及该反应对Ni-Co-Al合金力学性能的强韧化作用机制,指出该处理方法为镍基高温合金的强韧化研究提供了新的思路。     

Surface Recrystallization in Nickel Base Single Crystal Superalloy DD6

The samples of single crystal superalloy DD6 are grit blasted and then heat treated either with the standard heat treatment procedure or in the temperature range of 1 000-1 250 °C for 4-16 h at vacuum atmosphere, then the recrystallization behavior of DD6 alloy is investigated. The results show that the equiaxed recrystallization grains form in the γ phase region where the as-cast γ′ phases have been dissolved completely, and cellular recrystallization forms in the region where the as-cast γ′ phases have been dissolved partially. The cellular recrystallization area consists of cellular grains, and the cellular grain consists of cubic γ′ phase, lamellar γ′ phase and γ+γ′ The coexistence of the equiaxed recrystallization zones and cellular recrystallization zones is a recrystallized characteristic of the cold worked single crystal samples which are heat treated at a temperature lower than the solution temperature. When the heating temperature is higher than 1 150 °C, with the increase of heat treating temperature, the equiaxed recrystallization zone expands, whereas the cellular recrystallization zone shrinks. All the deformed regions are consumed by equiaxed recrystallization after annealing at solution temperature.     

涡轮叶片合金筏化量化表征及寿命退化研究

针对单晶/定向凝固涡轮叶片服役过程中微观组织筏化及其造成的叶片力学性能劣化问题,发展了一种基于旋转割线方法的微结构筏化参数提取方法,并提出筏化状态的量化表征因子。对不同组织筏化和粗化状态的定向凝固高温合金开展高温低周疲劳试验,建立了量化筏化状态和合金疲劳寿命退化的映射关系。结果表明:无论是粗化还是筏化都会造成合金疲劳寿命的大幅劣化,所建立的镍基高温合金筏化量化因子能够有效地表征合金疲劳寿命的衰减。     

新型高强度抗热腐蚀单晶高温合金研究

对新研发的M09A高强度抗热腐蚀单晶高温合金的组织结构、力学性能、抗热腐蚀性能及长期时效组织性能稳定性进行了研究。结果表明：M09A合金相对IN738合金适当降低Cr含量,为增加强化元素含量提供了可能,从而提高了M09A合金沉淀强化和固溶强化水平;取较低的Ti/Al比可以改善组织稳定性;应用单晶技术和高温热处理,可进一步提高M09A合金的高温力学性能、抗热腐蚀性能和组织性能稳定性;M09A合金抗热腐蚀性能与IN738合金的相当,高温力学性能超过现有的抗热腐蚀合金和典型的高强度定向凝固合金DZ125的,并达到第1代单晶合金的水平;合金组织性能稳定,不含Re、Ru、Hf等贵重金属元素,成本低,密度小,铸造性能较好。