镍基粉末高温合金的研究进展

镍基粉末高温合金主要应用于航空航天领域,是高推重比发动机的关键材料.本文综述了近年来国内外镍基粉末高温合金在成分设计、粉末制备、成形、烧结及后续热处理等方面的研究成果和存在的问题,提出了镍基粉末高温合金今后的发展方向.     

粉末冶金技术在航空发动机中的应用

概述了粉末冶金技术的优势,简要介绍了镍基高温合金、钛基合金、难熔金属、超高温合金、氧化物弥散强化合金和喷涂合金粉末等几种典型的航空发动机用粉末冶金材料。重点阐述了镍基高温合金粉末钛基合金粉末和喷涂合金粉末的制备关键和研究热点,分析了热等静压、喷射成形、注射成形和快速成形工艺的特点和发展状况。最后指出了粉末冶金技术在航空发动机中的应用潜力和研究方向。     

大尺寸薄壁Inconel 718环件粉末热等静压近净成形

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法(Electrode induction melting gas atomization, EIGA)制备了Inconel718预合金粉末,并对预合金粉末进行了表征。通过预合金粉末热等静压工艺制备了Inconel 718粉末合金坯料并测试力学性能,力学性能接近锻件。采用有限元法进行了Inconel 718环件的热等静压数值模拟,并结合模具设计,实现了粉末高温合金复杂结构件的整体近净成形。     

激光选区熔化成形高温镍基合金研究进展

高温镍基合金在高温高压条件下具有高强度、优异的抗疲劳性能与蠕变特性,是航空航天领域中重要的高温合金材料之一。综述了基于粉末床激光熔化成形技术进行镍基高温合金零件快速制造的国内外研究进展,首先系统地介绍了成熟应用于金属3D打印技术和正处于研究开发中的高温镍基合金材料,接着总结了经SLM成形后高温镍基合金材料的微观组织结构与缺陷,以及相应热处理后零件的组织变化和力学性能特征。最后,进一步概述了SLM成形高温镍基合金零件热点科学问题。     

Inconel625合金摩擦焊接工艺研究

研究与评定了Inconel625镍基高温合金的摩擦焊接性能,在本文所优化的摩擦焊接工艺条件下,Inconel625合金均可获得焊区100%焊合、焊态组织结构良好、焊合区强度系数满足要求、焊件同轴度精度较高的摩擦焊接头。     

喷射成形技术在涡轮盘高温合金中的应用

喷射成形是一种新型快速凝固技术,采用这项技术制备的镍基合金,具有细小、球状的晶粒和均一的组织,从而提高其性能。本文综述了喷射成形技术在涡轮盘用镍基高温合金中的应用及其发展与研究现状。     

特种金属材料及工艺事业部简介

<正>航天材料及工艺研究所成立于1957年,是中国航天领域材料及工艺技术研究中心。其下属的特种金属材料及工艺事业部,主要从事航天型号用黑色金属、有色金属、粉末冶金材料、高温抗氧化涂层及特种加工工艺的研究和生产。开展了航天用铝合金、钛合金、铌合金、铜合金、镍基高温合金、新型高强韧钢、金属热防护系统、高温抗氧化涂层以及高性能永磁合金等材料研究,并进行了旋压成形、粉末冶金成形、电铸成形、超塑成形、锻造成形以及无机高温抗氧化涂层制备等工艺技术研究。五十年来,事业部紧密结合航天型号发展,研制开发出大量高性能金属材料新产品,推进了中国航天事业的快速发展。     

特种金属材料及工艺事业部简介

<正>航天材料及工艺研究所成立于1957年,是中国航天领域材料及工艺技术研究中心。其下属的特种金属材料及工艺事业部,主要从事航天型号用黑色金属、有色金属、粉末冶金材料、高温抗氧化涂层及特种加工工艺的研究和生产。开展了航天用铝合金、钛合金、铌合金、铜合金、镍基高温合金、新型高强韧钢、金属热防护系统、高温抗氧化涂层以及高性能永磁合金等材料研究,并进行了旋压成形、粉末冶金成形、电铸成形、超塑成形、锻造成形以及无机高温抗氧化涂层制备等工艺技术研究。五十年来,事业部紧密结合航天型号发展,研制开发出大量高性能金属材料新产品,推进了中国航天事业的快速发展。     

定向凝固镍基高温合金上激光熔覆Inconel 738的裂纹敏感性研究

针对定向凝固镍基高温合金叶片的强化与修复需求,研究了在定向凝固镍基高温合金基体上激光熔覆Inconel 738的裂纹敏感性问题.在定向凝固镍基高温合金基体上激光熔覆Inconel 738合金对裂纹非常敏感,所产生的裂纹为热裂纹,由定向凝固基体晶界处引发并穿过界面向熔覆层发展;多层熔覆过程中熔覆层间也会产生热裂纹,热裂纹沿晶界纵向扩展.定向凝固高温合金基体晶界处的低熔共晶成为主要的裂纹源.严格控制激光熔覆过程中的热输入量可以显著降低裂纹敏感性.选择适当的熔覆工艺方法和参数可以在定向凝固镍基合金基体上形成良好冶金结合且无裂纹的基本保持定向凝固特性的熔覆层组织.     

特种金属材料及工艺事业部简介

<正>航天材料及工艺研究所成立于1957年,是中国航天领域材料及工艺技术研究中心。其下属的特种金属材料及工艺事业部,主要从事航天型号用黑色金属、有色金属、粉末冶金材料、高温抗氧化涂层及特种加工工艺的研究和生产。开展了航天用铝合金、钛合金、铌合金、铜合金、镍基高温合金、新型高强韧钢、金属热防护系统、高温抗氧化涂层以及高性能永磁合金等材料研究,并进行了旋压成形、粉末冶金成形、电铸成形、超塑     

高温合金涡轮盘的细晶超塑性模锻技术

综述了前苏联高温合金锻造成形技术的发展情况,介绍了高合金化镍基高温合金细晶制坯＋普通模锻（或热模锻）精密锻造变形技术。以此技术为基础研制的涡轮盘性能达到国际先进水平。     

喷射成形高温合金及其制备技术

简要地总结了喷射成形高温材料近年来的研究状况,包括专用高温材料喷射成形装置、技术及其应用结果.同时比较了喷射成形技术与用常规铸锭冶金工艺和粉末冶金工艺制备高合金化高强度高温合金的异同.通过优化氮气与氩气雾化喷射沉积技术,制备了多种优质高温合金沉积坯,沉积坯整体致密、晶粒细小、组织均匀、无宏观偏析、含气量低、冷热加工性能显著改善、力学性能明显提高.     

航空用镍基高温合金切削现状研究

镍基高温合金的力学、抗氧化、抗高温变形的性能很好,但是导热系数低、材料塑性大和加工硬化等问题常常制约着镍基高温合金的广泛使用。所以分析和研究零件材料的切削性、刀具制作材料以及切削参数等现状,对解决镍基高温合金难加工问题有很大的帮助。     

O相合金Ti2AlNb的超塑性研究进展

以O相为基础的Ti2AlNb合金具有高的比强度、比刚度以及良好的高温蠕变性能和抗氧化性能,己经成为最具潜力的航空航天高温结构材料.在其实用化进程中,超塑成形是该材料成形加工形成制件的理想工艺.本文综述了Ti2AlNb基合金材料超塑性研究的最新进展,对其超塑变形中的组织特征和变形机制进行了详细讨论.最后,展望了Ti2AlNb基合金超塑性加工未来的发展趋势.     

钛合金热成形和超塑成形金属平台材料选型和制备

介绍了钛合金热成形和超塑成形用金属平台的材料选型和制备工艺研究情况,研究认为,选择高温合金替代目前国外采用的耐热钢材料优势非常明显;钢铁研究总院自主开发的热成形金属平台制备工艺比国外相关技术更加先进,制备的K403高温合金热成形平台服役表现良好,具备了生产钦合金热成形和超塑成形金属平台的能力.     

镍基高温合金电火花辅助电弧高效铣削技术

镍基高温合金因具有独特的物理化学性能，在航空、航天和军事工业等领域得到了广泛应用。然而，国内外常用的镍基高温合金机械铣削方法存在着材料去除率低、成本高和刀具损耗大等问题。尤其用其加工航空航天领域的整体叶盘、涡轮盘、机匣、航天器连接框和航天器返回舱体等零件时，上述问题更加突出。针对这些问题，开展了镍基高温合金电火花辅助电弧高效铣削技术的研究工作。采用高纯石墨工具电极内冲液、外冲气的工作介质冲注方式，使用自行研制的电火花辅助电弧高效铣削数控机床，试验研究了不同工艺参数对加工镍基高温合金GH4169的材料去除率、电极相对损耗率、加工误差等工艺性能的影响关系，揭示了工件加工表面的微观结构特性。试验结果表明，加工镍基高温合金GH4169的材料去除率达11 523 mm³/min,电极相对损耗率约为1.5%,加工成本远低于机械铣削。     

特种金属材料及工艺事业部简介

<正>航天材料及工艺研究所成立于1957年,是中国航天领域材料及工艺技术研究中心。其下属的特种金属材料及工艺事业部,主要从事航天型号用黑色金属、有色金属、粉末冶金材料、高温抗氧化涂层及特种加工工艺的研究和生产。开展了航天用铝合金、钛合金、铌合金、铜合金、镍基高温合金、新型高强韧钢、金属热防护系统、高温抗氧化涂层以及高性能永磁合金等材料研究,并进行了旋压成形、粉末冶金成形、电铸成形、超塑成形、锻造成形以及无机高温抗氧化涂层制备等工艺技术研究。五十年来,事业部紧密结合航天型号发展,研制开发出大量高性能金属材料新产品,推进了中国航天事业的快速发展。特种金属材料及工艺事业部现有高性能金属材料及工艺技术、粉末冶金材料及工艺技术、姿/轨控发动机材料及工艺技术、精密成型加工、电铸工艺技术以及溅射靶材制备技术共六个专业组。在职人员70余人,其中硕士以上学历人员占一半以上,拥有一支高素质的专业技术和经营管理团队,专业从事基础材料和高技术航天金属材料研究、特种工艺产品研发以及航天产品生产。通过了军品质量体系认证,取得了武器装备科研生产许可证,并承担总装备部、国防科工委预先研究、国家"863"高新技术等科研课题,先后取得国家、部委科技进步奖130多项。     

粉末耐热钛合金组织性能及成形技术

采用热等静压技术及旋转电极粉,采用预合金粉粉末冶金工艺开展了粉末耐热钛合金TC11(Ti-6.5AJ-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)制备技术研究,研制出了全致密粉末TC11合金,通过热处理工艺研究优化粉末TC11材料的组织和性能.利用光学显微镜,对其组织进行了分析,用SEM观察了旋转电极粉末形貌,对室温及高温(550℃)拉伸性能及弹性模量等进行了测试分析.粉末TC11合金的组织和性能与同批次TC11锻棒材料进行了对比研究.利用特殊模具成形,开展了粉末TC11构件近净成形技术的研究,实现了整体大尺寸、带网格加强筋的薄壁粉末TC11合金航天飞行器舱体件近净成形,且未检测出内部缺陷.研究结果表明,粉末TC11合金具有与锻造材料相当的拉伸性能,而弹性模量更优,其金相组织均匀细致,形成了网篮组织,并有围绕其分布的等轴α.粉末TC11合金及合适的近净成形技术可在高性价比、高可靠性的轻质耐热航天飞行器构件制备中得到应用.     

镍基三号高温钎焊合金钎焊性能研究

镍基三号高温钎焊合金是一种典型的镍基高温钎料,具有优良的钎焊工艺性能、耐高、低温性能和耐多种介质腐蚀的性能,广泛用于各类不锈钢、耐热钢和高温合金等材料的真空钎焊、气保护钎焊及高频感应钎焊。 本文简要地对该合金的钎焊性能及应用情况作了介绍。     

定位于材料基因组计划的镍基高温合金互扩散系数矩阵的高通量测定

寻找新一代镍基单晶高温合金中Re的替代元素以实现少Re甚至无Re化是当前高温合金领域的研究热点。从扩散系数角度出发寻找具有与Re相当或者更低扩散系数的元素是有效的研究策略之一。在多元合金中,互扩散系数矩阵可全面表征任一合金元素的扩散能力。因此,精确测定不同合金元素在镍基高温合金γ和γ'相中随成分和温度变化的互扩散系数矩阵是当务之急。首先,概述当前镍基高温合金互扩散系数矩阵测定的现状,以及用于多元合金互扩散系数测定的传统Matano-Kirkaldy方法和新型数值回归方法。由于传统Matano-Kirkaldy方法效率低,文献中鲜有镍基高温合金三元及更高组元体系互扩散系数矩阵的报道。本研究小组最近基于Fick第二定律和原子移动性概念发展起来的新型数值回归方法,可用于任意组元合金精准互扩散系数矩阵的高通量测定。随后以Ni-Al-Ta三元合金γ相为例详细阐述新型数值回归法用于合金互扩散系数矩阵高通量测定以及测定结果的可靠性验证过程。之后,简述本研究小组关于镍基高温合金γ和γ'相互扩散系数矩阵测定的最新进展。目前已经完成了核心三元合金体系Ni-Al-X(X=Rh,Ta,W,Re,Os和Ir)γ及γ'相互扩散系数矩阵的高通量测定,并对结果可靠性进行了细致的验证。通过对比不同元素在镍基高温合金中的互扩散系数,初步提出新一代镍基高温合金中Re的可能替代元素及合金成分设计的关键。最后,指出镍基高温合金互扩散系数矩阵测定的下一步工作和互扩散系数矩阵高通量测定的发展方向。