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.     

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。     

镍基单晶高温合金DD2梯度定向凝固行为

利用高梯度（250K／cm）走向凝固装置（LMC），对不同凝固条件下DD2单晶高温合金的定向凝固行为进行了研究。结果表明，在一定温度梯度下，通过改变凝固速率可以得到以平面状、胞状、树枝状凝固界面生长的DD2单晶；随着冷却速率的增大，一次枝晶间距减小、组织均化，且所得一次枝晶间距与凝固参数的关系基本符合Hunt模型。     

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Rene125合金热裂倾向性研究

采用半定量等级评定方法，对定向凝固高温合金Ｒｅｎｅ１２５热裂倾向性进行了研究。试验结果表明，本文提出的热裂倾向性半定量等级评定方法具有较好的重复性；炉膛温度、浇注温度和壳型抽拉速率等定向凝固工艺参数对Ｒｅｎｅ１２５合金的热裂倾向性有明显的影响。     

单晶高温合金固液界面形状及对凝固组织的影响

ＤＤ８单晶高温合金在高温度梯度宽变速定向凝固装置上进行了单晶定向凝固实验，并在实验基础上系统地分析了凝固条件对固液界面形状及凝固组织缺陷的影响。结果表明，提高冷却速率，限制凝固速率在特定临界速率Ｖ＊以下，可以保持平直的固液界面；当超过这一临界速率Ｖ＊时，固液界面出现下凹，下凹的间液界面将导致形成小角度晶界、显微组织疏松及发散凝固组织，高凝固速率将导致定向凝固过程的个稳定性，制造冷却速率的定向凝固装置是实现快速定向凝固的必要条件。     

双合金热等静压复合工艺研究

主要探索采用双合金热等静压扩散连接工艺实现高温合金粉末和ＤＤ３单晶合金间可靠连接的可行性。研究内容包括热等静压（ＨＩＰ）扩散连接温度及热处理对ＦＧＨ９５—ＤＤ３复合界面的成分扩散、界面组织以及叶片材料本身组织性能的影响。研究表明，通过合理的工艺选择与改进，可以在保证对偶材料性能满足要求的前提下实现界面的良好扩散与结合。     

叶片定向凝固工艺

氧化铝壳型是国内目前唯一用于生产无余量定向凝固叶片和单晶叶片的熔模铸造工艺，具有型壳高温强度大、抗热震性好、工艺简单、定向凝固叶片尺寸精确及表面粗糙度低等优点。     

镍基超合金的发展和研究现状

镍基合金是一种最复杂的合金,它被广泛地用于制造各种高温部件,它的相对使用温度在所有普通合金系中是最高的。从高温合金的发展史看,高温合金经历了变形高温合金、普通铸造高温合金、定向凝固高温合金、单晶高温合金四个阶段。同时,给出了合金设计的发展和研究方法,阐述了杂质在晶界偏聚对材料物理性能的影响。     

高温材料定向工艺的模型化及数控研究

本文简述了高温合金定向工艺的模型化及使用计算机对凝固过程实施数值控制的基本方法、探讨了该方法的可行性及其对高温合金试样定向过程和定向组织的影响。结果表明,计算机能真实地模拟实际凝固过程,并能有效地控制该过程及定向组织。     

宽变冷速对定向凝固合金枝晶偏析的影响

利用多种定向凝固技术,研究了冷却速率在10~(-2)～10~2K/s范围内变化时对定向凝固钻基高温合金枝晶偏析的影响。结果表明:增大冷却速率可有效抑制枝晶偏析,对易偏析元素其效果更明显;冷却速率的增大细化了凝固组织的一次间距、加剧了溶质的非平衡分凝是抑制偏析的主要原因。     

镍基合金激光超高温度梯度定向凝固

 采用高能激光束作为定向凝固的热源,研究了镍基合金在超高温度梯度（1.0×104K/cm）定向凝固下的组织结构特征。在定向凝固组织中得到了平均一次枝晶间距仅为10.6μm的细枝晶和完全无侧向分枝的“超细胞晶”.对合金元素在不同组织中偏析行为的分析表明：传统的定向凝固组织中存在严重的微观偏析,而激光超高温度梯度定向凝固组织中,元素的微观偏析大大改善甚至完全消除。     

改进单晶高温合金性能的途径

采用籽晶法在自制的高温高梯度ＬＭＣ定向凝固设备上制取了以平面、胞状、粗枝以及细枝界面形态凝固的ＮＡＳＡＩＲ１００单晶。研究了其铸态以及经１２８０℃、１３００℃和１３２０℃×４ｈＡ．Ｃ．处理的组织和性能。结果表明,快速的抽拉速率和尽可能高的固溶温度显著改善单晶高温合金的性能,在相同的抽拉速率下,高温度梯度显著降低显微疏松含量,缩小树枝晶间距,并且能够得到细小的、形状较规则的γ′相。     

铸件定向凝固过程的数值模拟

 本文探讨大温度梯度下铸件定向凝固过程数值模拟的一些规律性。 为了提高计算精度,讨论了在大温度梯度条件下热传导方程中项对计算结果的影响。对如何处理凝固潜热,铸件-铸型界面热性质和初始条件等问题也进行了分析。 对同一铸件,在初始条件、边界条件和热物理参数相同的情况下,采用有限差分和有限元两种方法进行计算,并比较其优缺点。     

镍基单晶高温合金热机械疲劳行为与寿命建模

通过DD6单晶薄壁管试样机械应变控制热机械疲劳(TMF)试验,获取温度交变、相位角以及载荷控制方式对单晶应力应变响应与疲劳寿命的影响规律。结果表明:温度交变会引起明显的应力不对称性并造成额外损伤,导致TMF寿命明显低于最高循环温度的等温疲劳(IF)寿命,并且反相(OP)循环寿命普遍要低于同等载荷的同相(IP)循环,这种寿命变化趋势与应力控制存在明显差异。采用Walker本构模型进行单晶材料在不同TMF循环下的滑移系黏塑性分析,构建单晶TMF损伤与滑移系细观应力应变参量的关联。在此基础上,选取最大Schmid应力、最大滑移剪应变率、滑移剪应变范围、循环Schmid应力比作为损伤参量,建立基于细观参量的TMF寿命模型,其对不同相位、不同载荷控制方式的TMF寿命预测精度均在2倍分散带内。      

钴,钨和钛对镍基单晶高温合金铸态组织的影响

采用正交实验方法研究了Co,W和Ti对镍基单晶高温合金铸态组织的影响.结果表明,Ti元素偏析于枝晶间并扩大了合金的凝固温度范围,从而显著影响铸态合金中的共晶数量,随着Ti含量的增加,合金中的共晶数量大幅度增加.Co使合金的初熔温度略有降低.在具有大量共晶的高W合金的铸态组织中出现了富W相.     

材料对激光多层涂覆定向凝固显微组织的影响

利用316L不锈钢和Ni35两种合金粉末在定向凝固镍基高温合金基材上进行激光多层涂覆实验,并对涂层内部的凝固显微组织形成机理进行研究。结果表明在本文的实验条件下,利用316L不锈钢材料可以得到晶体取向良好的定向凝固涂覆层。而对于本身容易形成等轴晶的Ni35自熔合金,尽管实验在定向凝固的基材上进行,涂层中的凝固显微组织仍趋向于等轴晶形态。     

粉末高温合金粘塑性试验评定与本构模型参数估计

 开展了粉末高温合金 FGH95 550℃、600℃和 650℃等 3种温度下控制应变率单向拉伸试验和 550℃下循环加载试验研究,结果表明 :600℃以下,快、慢应变率时,5%的试验应变范围内应力—应变曲线都一直上升,不存在应力饱和现象,热恢复效应不显著;但 650℃下慢应变率时则存在较明显的应力饱和现象,反映出在此条件下必须考虑蠕变效应。温度越高应变率对 FGH95的拉伸力学性能影响越明显,但总的说来是一种应变率不甚敏感的循环硬化材料。最后,在试验的基础上建立了 FGH95的 Bonder-Partom统一弹-粘塑性本构模型,理论与试验吻合较好,表明该模型能够模拟 FGH95的应力-应变关系曲线、应变率响应特性以及循环硬化特性,从而为 FGH95粉末高温合金构件的高温应力分析打下了基础。     

基于单片机的多点温度采集系统设计

随着单片机技术的迅速兴起与蓬勃发展,其稳定、安全、高效、经济等优点十分突出。为了实现多点温度数据的精确采集,采用了一种基于单片机AT89C52为核心的数据采集系统,该系统具有电路简单、功耗低、抗干扰能力强、可靠性高等优点,能够通过DBW热电阻变送器对热电阻随温度的变化而得到的模拟信号进行采集,并通过A/D转换器对模拟信号进行模数转换;同时实现基本的人机对话功能,包括使用按键设定温度报警阀值,通过LED数码直读显示检测点、温度等功能。其温度测量精度可达到1℃。     

三维铸件定向凝固过程模拟Ⅰ——稳态定向凝固过程的边界元解

在定向铸件的生产中,由于不能测取许多凝固参数而无法对实际凝固过程实施动态控制,影响了铸件质量的提高。对凝固过程的数值模拟将有助干揭示凝固过程并为过程控制提供重要信息。根据热量传递的特征,实际定向过程可以划分为抽拉前的稳态过程和抽拉开始后的非稳态过程。本文讨论了边界元法对于稳态定向凝固过程的数值模拟;考察了热物性参数和边界条件非线性的影响及其简化的可能性。