DD6单晶涡轮叶片缘板裂纹与再结晶研究

针对DD6单晶涡轮叶片在试车后缘板出现裂纹的现象,通过裂纹外观检查、断口形貌观察、显微组织及化学成分分析等工作,开展基于裂纹特征的缘板失效模式研究.研究结果表明:DD6单晶涡轮叶片缘板裂纹是由表面再结晶导致的疲劳开裂,其形成与存在富钨白色析出相的枝晶界面有直接关系;在试验条件下裂纹沿富钨(W)的白色颗粒链扩展,并沿界面延伸,导致疲劳失效.同时,发现缘板表面再结晶在叶片使用之前已存在,是缘板凝固区域因过大铸造热应力而形成碳化物,进而在热处理过程形成晶界富钨白色析出相的再结晶晶粒.      

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。     

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。     

NiCrAlYSi涂层/DD6单晶高温合金界面再结晶和互扩散行为

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)在单晶高温合金DD6基体上沉积NiCrAlYSi涂层.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)以及透射电镜(TEM)等研究了高温扩散过程中NiCrAlYSi/DD6的界面再结晶和互扩散行为.研究结果表明合金表面喷砂处理后的涂层试样经1 323 K真空热处理4 ...     

Ti-22Al-25Nb合金剪切旋压过程中显微组织演化

通过剪切旋压试验,研究了旋压温度(910℃和1000℃)和减薄率(0、10%和30%)对Ti-22Al-25Nb合金显微组织的影响,探讨了旋压过程中的显微组织演化规律。结果表明:Ti-22Al-25Nb(原子数分数)合金旋压组织主要由α2相、B2相和O相组成,在旋压过程中,B2晶粒沿旋轮进给方向被拉长,且伴随有动态再结晶现象发生;温度主要影响Ti-22Al-25Nb合金中α2相与O相的尺寸和形貌,随着旋压温度的升高,O相片层逐渐变短并粗化,α2相趋向等轴化;变形量主要影响α2相体积分数与O相形貌,随着减薄率的增大,α2相体积分数逐渐减少,O相从片层状转变为短棒状。因此,Ti-22Al-25Nb合金剪切旋压过程中不仅发生晶粒变形与动态再结晶现象,更涉及复杂的相变行为,组织控制困难。     

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。     

C含量对第二代单晶高温合金组织的影响

在高温度梯度真空定向凝固炉中,制备不同C含量的单晶高温合金,研究不同C含量对第二代单晶高温合金显微组织的影响。结果表明:C含量对合金枝晶间距的影响较小;随着C含量增加,共晶含量和尺寸减小,碳化物含量增加,其形貌由块状向骨架状、汉字状转变;随着C含量增加,Ta元素枝晶偏析减轻,Re,W,Mo,Nb元素枝晶偏析加重;C含量对铸态和热处理γ'相尺寸和形貌影响较小;热处理后碳化物的形貌无明显变化。     

单晶叶片表层组织转变影响因素及其控制方法

针对单晶叶片铸件在高温热处理后,极易在结构畸变区域发生结构再结晶问题,本研究提出了一种基于单晶再结晶临界应力特性的叶片结构残余应力控制方法,旨在通过研究单晶合金再结晶的临界应力特性,并结合结构细节优化设计方法,将叶片结构残余应力水平控制在单晶再结晶临界应力的安全区域内。结果表明：诱发单晶叶片结构再结晶的两大因素是温度和应力集中水平,再结晶起源于不连续的胞状组织,且发生单晶再结晶时的临界应力与叶片结构设计参数、热处理温度之间存在一定的函数关系,经真实叶片试验验证,证实该方法可实现单晶叶片结构完整性与表层组织连续性的控制,有效抑制单晶叶片表层组织的转变。     

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。     

TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头组织特征及其形成机制

研究TC4-DT损伤容限型钛合金线性摩擦焊(linear friction welding,LFW)接头的组织特征及形成机制。利用光镜和扫描电镜对接头各区域微观组织进行表征,利用显微硬度计测试接头的显微硬度分布。结果表明:接头焊缝区(WZ)发生动态再结晶,焊接过程中WZ温度超过β转变点,焊后快冷的条件下发生了β→α′及β→α两种相变并析出了大量α′马氏体以及二次层片α;TC4-DT钛合金母材(BM)组织具有较高的变形抗力,使得接头形成的热力影响区(TMAZ)较窄。TMAZ内组织在强烈的热力耦合作用下拉长变形并破碎,焊后快冷的条件下析出少量α′马氏体及大量二次层片α;毗邻TMAZ的热影响区(HAZ)基本保留了BM不同位向的α集束的组织特征,但受热的影响α集束内α/β相界两侧元素相互扩散,层间β消耗,初生α长大;WZ组织的细晶强化和第二相强化,TMAZ组织的应变强化和第二相强化,以及HAZ内α相的长大使得接头上述区域显微硬度均高于BM。     

2014铝合金搅拌摩擦焊缝的拉锻式摩擦塞补焊

采用拉锻式摩擦塞补焊方法对4mm厚的2014铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷进行了补焊,焊后对塞补焊接头的微观组织和拉伸性能进行了分析。研究结果表明,摩擦塞补焊接头分为焊缝区、热影响区和母材区三部分,焊缝由细小的等轴再结晶组织构成。选择合适的焊接参数和接头结构,塞补焊接头的抗拉强度可以达到330MPa以上,达到或超过搅拌摩擦焊接头强度。塞补焊接头微观硬度分析表明,塞补焊后接头焊缝区硬度较高,但整体硬度变化不大。     

热处理对激光快速成形TC21钛合金组织和硬度的影响

采用激光快速成形技术制备出TC21钛合金块状坯料,研究了去应力退火及固溶时效热处理对成形件组织和硬度的影响。结果表明:去应力退火后,成形件组织和显微硬度基本无变化;固溶+时效热处理后,原沉积态明暗两区统一,硬度基本无差别,表明组织已均匀化。随着固溶温度的升高,网篮组织中的α片变宽,球状α相的数量增多,晶界α相发生粗化。当固溶温度为932℃时,成形件沉积态中粗大的柱状晶发生再结晶,转变为较细小的等轴晶。     

某涡轮后机匣裂纹失效机理分析

为排除某航空发动机斜支板涡轮后机匣在试车后出现裂纹的故障,进行了裂纹宏观检查、断口宏观和微观形貌分析、材质检查、细晶层成因及其对疲劳特性影响分析,并对裂纹性质进行了判定,分析了产生裂纹故障的原因。结果表明:斜支板涡轮后机匣裂纹为疲劳性质,原始铸造冷隔缺陷、热等静压工艺产生的细小再结晶层、基体晶粒粗大是促使涡轮后机匣过早疲劳开裂的主要原因。为避免该类故障再次发生,建议提高浇注温度以增强浇注液流动性,从而排除冷隔缺陷;防止热等静压时产生表面细小再结晶;添加细化剂使基体晶粒细化。     

定向凝固合金叶片的再结晶与疲劳失效

 对定向凝固合金叶片的裂纹与断裂进行了分析,在断口观察与金相组织分析的基础上,对叶片的失效模式与失效原因进行了研究,并提出了预防该类故障发生的措施。研究结果表明,定向凝固合金叶片的裂纹与断裂为同一失效模式,均为叶片表面的再结晶而导致的疲劳失效。叶片表面的再结晶在叶片使用之前就已存在,是由于固溶热处理前叶片的表面存在塑性变形,在固溶热处理过程中形成的。     

Microstructure and mechanical properties of hybrid fabricated 1Cr12Ni2WMoVNb steel by laser melting deposition

 Laser melting deposition was carried out to deposit a 1Cr12Ni2WMoVNb steel bar on a wrought bar of same material. Room-temperature tensile properties of the hybrid fabricated 1Cr12Ni2WMoVNb steel sample were evaluated, and microstructure, fracture surface morphology, and hardness profile were analyzed by an optical microscope (OM), a scanning electron microscope (SEM), and a hardness tester. Results show that the hybrid fabricated 1Cr12Ni2WMoVNb steel sample consists of laser deposited zone, wrought substrate zone, and heat affected zone (HAZ) of the wrought substrate. The laser deposited zone has coarse columnar prior austenite grains and fine well-aligned dendritic structure, while the HAZ of the wrought substrate has equiaxed prior austenite grains which are notably finer than those in the wrought substrate zone. Besides, austenitic transformation mechanism of the HAZ of the wrought substrate is different from that of the laser deposited zone during the reheating period of the laser deposition, which determines the different prior austenite grain morphologies of the two zones. Microhardness values of both the laser deposited zone and the HAZ of the wrought substrate are higher than that of the wrought substrate zone. Tensile properties of the hybrid fabricated 1Cr12Ni2WMoVNb steel sample are comparable to those of the wrought bar, and fracture occurs in the wrought substrate zone during the tensile test.     

7075-T6铝合金厚板FSW焊缝沿厚度方向上的显微组织演变规律

采用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和背散射电子衍射（EBSD）技术表征7075铝合金厚板搅拌摩擦焊（FSW）焊核中心区的微观结构，研究沿焊缝厚度方向上的显微组织演变规律。结果表明，焊核中心区发生了明显的动态再结晶，由原始粗大的板条状组织转变成了细小的等轴晶；随着距焊缝上表面距离的增加，中心区等轴晶晶粒尺寸呈现逐渐增大的趋势。其中，中心区上部4 mm处的晶粒尺寸最小，仅为7.8 μm；底部19 mm处的晶粒尺寸最大，达18.6 μm。中心区动态再结晶分数随距离的增大而逐渐减小，从中心区顶部1 mm处最大值90.4%减小至底部19 mm处最小值57.5%。受动态再结晶影响，焊核中心区主要以大角度晶界（HAGB）分布为主，且中心区大角度晶界随距离的增加呈逐渐降低的趋势；但每一个典型位置处的大角度晶界分布呈现先增大后减小的趋势，且在45°左右时达到最大值；此外，中心区并没有强取向组织产生。同时，焊核中心区主要以细小、弥散的二次析出强化相η相为主，且二次析出强化相颗粒尺寸随距离的增加而呈逐渐增大的趋势，但二次析出强化相颗粒总体数量却呈相反的趋势变化。     

Microstructural evolution and hardness of as-cast Be-Al-Sc-Zr alloy processed by laser surface remelting

As-cast beryllium-aluminum (Be-Al) alloy exhibits a coarse microstructure with pore defects due to a large solidification interval, greatly limiting its mechanical properties. In this research, the relationship between laser surface remelting process and microstructure and hardness of as-cast Be-Al-Sc-Zr alloy was established. The experimental results demonstrated that a pore-free refined microstructure of remelted layer was obtained by controlling the parameter of effective laser energy input. The microstructure of as-cast Be-Al-Sc-Zr alloy consisted of equiaxed grains with Al phase forming a continuous frame wrapping Be phase, which was significantly refined in the remelted zone (from 25 μm to 2 μm). The Vickers hardness in the remelted zone (approximately 210 HV) was approximately 3 times that of as-cast Be-Al-Sc-Zr alloy. Analysis of the Vickers hardness and the Be phase size showed a good agreement with a Hall-Petch equation. In addition, transmission electron microscopy (TEM), auger electron spectroscopy (AES) and X-ray diffraction (XRD) analysis evidenced that Sc and Zr elements formed a single blocky phase Be₁₃(Sc_x,Zr_1-x), which was also greatly refined from 8 μm to 1.5 μm in the remelted zone. The results obtained in this study indicate that the laser surface remelting allowed refining the microstructure and further strengthening the Vickers hardness of Be-Al-Sc-Zr alloy.     

Effects of different aging treatments on microstructures and mechanical properties of Al-Cu-Li alloy joints welded by electron beam welding

Post-weld single aging treatment(solution treatment at 510 ℃ for 1 h, water quenching,and aging at 155 ℃ for 16 h) and post-weld double aging treatment(solution treatment at 510 ℃ for 1 h, water quenching, aging at 155 ℃ for 16 h, and aging at 130 ℃ for 12 h) are carried out on Al-Cu-Li alloy joints by electron beam welding(EBW) respectively. The effects of aging treatments on microstructures and mechanical properties of welded joints are investigated. Results show that the mechanical properties of welded joints are obviously improved after both aging treatments. The strength coefficient of joints is increased from 0.64 in an as-welded condition(AW) to 0.90 after post-weld double aging treatment. Microstructure analysis shows that the precipitates of the fusion zone within grains and grain boundaries are less in the AW condition. After post-weld heat treatment(PWHT), a lot of fine needle-like phases T_1(Al_2 Cu Li) precipitate in grain boundaries of the fusion zone, and more horseshoe-shaped β' (Al_3 Zr) particles precipitate within grains. In addition,grains of the fusion zone are refined after post-weld double aging treatment, which leads to an effect of grain refinement strengthening. Consequently, the mechanical properties of welded joints are greatly improved.     

纯钛搅拌摩擦焊晶粒细化机制

通过搅拌摩擦焊实现了5 mm纯钛的可靠连接,并对焊接接头组织进行了细致研究。通过光学、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对纯钛搅拌摩擦焊组织进行了精细表征,对焊接过程中的再结晶机制进行了研究。结果表明：采用搅拌摩擦焊可以得到成型良好,组织致密的焊缝;焊缝组织可以分为焊核区( NZ)、热机影响区( TMAZ)、热影响区( HAZ)和母材区( BM);根据各区组织形态和结构特点对纯钛搅拌摩擦焊动态再结晶过程进行了分析,揭示了纯钛搅拌摩擦焊焊缝细化机制;钛的层错能较大,搅拌摩擦产生的位错不能完全分解,遇到阻碍时,只能通过滑移和攀移继续运动,在多次搅拌摩擦作用下,位错缠结堆积,位错密度不断上升,产生新的晶界,从而形成细小晶粒,实现晶粒细化。     

应力对DD5单晶高温合金持久过程中析出相的影响

利用扫描电镜和透射电镜研究了DD5单晶高温合金在持久性能测试过程中试样不同位置析出相的析出规律,分析了应力对析出相析出行为的影响并鉴定了两种析出相的种类。研究结果表明该合金在1 038 ℃/172 MPa条件下随着局部拉应力的增大,枝晶间和枝晶干析出相数量都明显增加;合金在871 ℃/552 MPa条件下只在枝晶间区域析出少量粒状析出相,且随拉应力的增大,析出相数量有所增加;透射电镜分析表明合金的枝晶干区域的析出相主要为μ相,枝晶间析出粒状析出相主要为M₂₃C₆碳化物相。