直接时效处理对热连轧GH4169合金蠕变行为的影响

通过对热连轧GH4169合金进行直接时效处理、蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了直接时效对热连轧合金蠕变行为的影响。结果表明:直接时效可明显提高热连轧GH4169合金的蠕变抗力,在660℃/700MPa条件下,使合金的蠕变寿命由60h提高到126h,在试验的温度和应力范围内,测定出该合金在蠕变期间的激活能和应力指数分别为Qa=559.2kJ/mol和n=17.6。合金在热连轧期间的变形特征是孪晶和位错在孪晶内的双取向滑移,且有较小的晶粒尺寸;经直接时效后,合金中弥散析出的细小γ″相是有效提高合金蠕变寿命的主要原因。在蠕变期间,合金的变形特征是孪晶及位错在基体中滑移;蠕变后期,在与应力轴垂直的晶界处首先出现微裂纹,随蠕变进行,微裂纹沿晶界扩展并发生沿晶断裂。     

GH4169合金直接时效锻造过程的数值模拟

直接时效（DA）锻造工艺已成为生产GH4169合金涡轮盘锻件的基本方法之一。但实施DA锻造工艺时,锻造过程的各个环节要求严格控制,而且要有足够吨位的设备。参照在压力机上实施DA工艺的终锻过程,用有限元变形-传热耦合分析方法对直径520mm和高度190mm的GH4169合金坯料在不同情况下的镦粗过程进行了数值模拟。大量计算结果表明,在压力机上实施DA锻造工艺时,为了获得优质GH4169合金涡轮盘锻件,应合理确定压力机滑块速度,尽可能改善润滑情况及适当提高模具预热温度。对于GH4169合金涡轮盘锻件,采用等温DA锻造工艺可能是最佳的选择。研究结果对于在国内的生产条件下实施GH4169合金DA锻造工艺具有指导作用。     

GH4169合金组织结构对性能的影响

ＧＨ４１６９合金经６５０℃长期时效后组织和持久性能变化不大。经６８０℃、７００℃长期时效后,合金的γ″相不断聚集长大,晶界出现γ″相贫化区,δ相由粒状、棒状转变成针状,导致合金持久性能明显降低。     

GH4169合金蠕变疲劳行为的有限元模拟及寿命预测

考虑蠕变-疲劳损伤,对部件材料进行合理的循环变形描述和准确的寿命预测,是保证航空发动机等高温设备长周期安全运行需要解决的关键问题之一。基于大型有限元软件ABAQUS,采用组合Chaboche随动强化准则和Voce各向同性硬化准则的循环弹塑性本构模型,叠加应变强化的蠕变本构模型,对GH4169合金在蠕变-疲劳载荷下伴有应力松弛的循环变形行为进行了准确的有限元模拟。同时,将Wang等最新修正的基于逐周次概念的蠕变-疲劳损伤模型进行了有限元移植,结合有限元模拟所得的循环应力、应变状态,实现了对GH4169合金蠕变-疲劳寿命的准确预测。研究结果将为进一步实现对航空发动机关键部件精确的寿命预测提供理论基础和技术手段。     

GH4169合金惯性摩擦焊参数、组织和强化机制研究

研究了ＧＨ４１６９合金在不同的焊接参数下，惯性摩擦焊接头的显微组织及强化机制。研究发现，ＧＨ４１６９合金惯性摩擦焊参数特点是低转速、高压力和大惯量；焊缝中晶粒细化并在晶粒内部形成了稠密的位错结构；在焊缝中心部分，δ相绝大部分回溶，γ＂和γ＇相完全回溶；在ＨＡＺ，δ相、γ＂和γ＇相可保留下来；在焊态的接头中，细晶强化、位错强化和固溶强化是主要强化机制。     

不同时效处理对GH4169合金组织性能的影响

为了解GH907合金时效制度对GH4169合金组织和性能的影响,对分别进行GH907和GH4169两种时效处理后的GH4169合金进行组织、力学性能的对比分析与测试.结果表明,相对于GH4169时效处理,775℃时效处理使GH4169合金的(6)相的析出量有所增加,γ'、γ″相略有长大,但合金的晶粒度没有发生明显变化.经775℃时效GH4169的缺口持久性能基本不变,不存在缺口敏感,但其室温和650℃抗拉强度、屈服强度、光滑持久寿命以及硬度均有所降低.     

GH4169合金近等温锻造

对GH4169合金进行近等温锻造试验,结果表明:近等温锻造GH4169合金微观组织和拉伸性能对温度场敏感高,对变形量和应变速率不敏感,有利于GH4169合金近等温加工成形.     

直接时效喷射成形GH4169合金的组织和性能

采用扫描式双喷嘴喷射成形装置制备了大尺寸GH4169沉积坯,经热等静压和热模锻得到了直径600mm的模锻件.研究了直接时效(DA)热处理对喷射成形GH4169合金的显微组织和力学性能的影响.结果表明:直接时效喷射成形GH4169合金晶粒细小均匀,晶粒度在ASTM10左右,其第二相主要有δ相、碳氮化物、γ'相和γ'相.与喷射成形标准热处理态和常规变形直接时效态GH4169合金相比,直接时效喷射成形GH4169合金的拉伸和持久性能较高.     

δ相对GH4169合金高温持久性能的影响

研究了δ相对ＧＨ４１６９合金持久性能的影响。结果表明，δ相数量过多或过少都会对合金持久寿命产生不利影响，当δ相数量约为４．８２％时，合金持久寿命达到最大值。     

GH4169惯性摩擦焊工艺参数的试验研究

ＧＨ４１６９合金具有很好的摩擦焊性能，适当控制转数、压力、转动惯量三个主要参数及长度缩短量、摩擦时间、扭矩三个辅助参数，就能焊出优质接头。     

GH4169高温合金多层板结构的激光连接/超塑成形组合技术

采用激光连接/超塑成形组合技术制造了GH4169合金三层板结构件,并分析了该合金板的超塑性及成形前后的微观组织.结果表明:超细晶GH4169板材具有良好的超塑性,在T=940℃,初始应变速率为=6.1×10-4s-1的条件下,延伸率达到368.2%,m值为0.39,超塑成形过程改善了焊缝显微组织并且提高了其力学性能,因此该方法适用于GH4169高温合金多层结构的制造.焊接工艺参数:频率32Hz,峰值功率4500W,脉宽3ms,焊速180mm/min;超塑成形工艺参数:温度Tf=960℃,压力Pf=4.2MPa,时间tf=130min.     

预应变对GH4169 合金低周疲劳行为的影响

为了研究发动机构件在实际工作中受到的轴向拉应力作用下疲劳行为的变化,开展了发动机常用材料GH4169合金在拉伸预应变条件下的低周疲劳行为的研究,得出疲劳寿命随预应变增加的变化规律。从宏观和微观2方面分析预变形对材料低周疲劳行为影响的变形机制。最终为解决实际工程中构件断裂等问题提供技术支持,同时也为评估航空发动机构件在产生预变形条件下的寿命,确保安全使用提供技术支撑。结果表明:随着预应变量的增加低周疲劳寿命降低,组织内位错密度、孪晶数量均增加,裂纹扩展长度减小。     

GH4169磨削表面粗糙度影响参数的敏感性研究

通过GH4169高温合金平面切入磨削实验,建立了表面粗糙度的经验公式,分析了表面粗糙度对磨削参数的灵敏度,获得了磨削参数稳定域和非稳定域。结合正交试验法中的极差分析方法获得了不同磨削参数对表面粗糙度的影响曲线,进行了磨削参数区间的优选。研究结果表明:表面粗糙度对磨削深度的变化最为敏感,对工件速度的变化敏感次之,对砂轮速度的变化最不敏感;磨削深度优选范围为0.01～0.015mm,工件速度优选范围为10～15m/min,砂轮速度优选范围为20～30m/s,可控制表面粗糙度在0.7μm以内。为高温合金材料磨削表面粗糙度控制提供理论方法和试验依据。     

GH4169合金矩形截面环轧制曲线的实验研究

 轧制曲线是环件轧制工艺设计的核心问题,尤其对钛合金和高温合金这类难变形材料环件,它是影响显微组织和尺寸精度的关键因素。采用不同类型的轧制曲线对相同尺寸GH4169合金矩形截面环进行了双向轧制实验研究,主要分析了轧制曲线类型对环件温度、环件径向增长速率、双向轧制力的影响。结果表明,“上凸型”轧制曲线有利于控制环件温升,“下凹型”轧制曲线则能较好地降低轧制力能和提高环件尺寸精度。另外,为了能更有效地控制环件截面角部的温升,保证截面组织均匀,提出了GH4169合金这类难变形材料矩形截面环轧制的特殊轧制曲线。     

GH4169高温合金高应变率本构关系试验研究

 基于高应变率下GH4169高温合金的本构关系是采用有限元法对GH4169高温合金进行切削加工数值分析研究的基础。本文针对GH4169高温合金,通过试验对其在温度为室温至1 000 ℃、应变率为2 000～10 000 s^-1的范围内的本构关系进行了研究。研究发现高应变率下GH4169高温合金的流动应力与塑性应变关系接近线性关系,同时温度影响着高应变率下应变率对本构关系的影响程度及方式。根据GH4169合金流动应力曲线的特点,对Johnson-Cook本构模型进行修正。基于试验结果,通过数据拟合确定了对应高应变率GH4169高温合金的材料常数,建立了描述GH4169高温合金高应变率下的本构模型,为切削加工有限元数值分析提供了理论基础,并为相关类似研究提供了思路。     

基于小裂纹理论的GH4169高温合金的疲劳全寿命预测

将基于小裂纹理论的疲劳全寿命预测方法应用于恒幅载荷作用下的高温合金GH4169材料的全寿命预测。采用单边缺口试样研究了该合金在室温下应力比为0.1和0.5的自然萌生的小裂纹的起始和扩展行为,结果表明疲劳小裂纹均起始于试样表面夹杂,并且小裂纹扩展寿命占疲劳全寿命的大部分比例。在裂纹扩展速率da/d N低于10-5mm/cycle的区域,表现出明显的小裂纹效应。基于小裂纹和长裂纹的扩展数据,利用Newman裂纹闭合模型,获得了裂纹扩展的da/d N-ΔKeff基线数据。对高周疲劳试样的断口形貌进行观察,得到以材料夹杂尺寸作为初始裂纹尺寸的值ai。根据初始裂纹尺寸和裂纹扩展的基线数据,利用FASTRAN软件,对GH4169合金的疲劳全寿命进行预测,并用高周疲劳试验S-N数据对预测结果进行评价,预测与试验结果能够很好地吻合。     

GH4169合金真空自耗重熔铸锭显微疏松的形成规律及熔速影响

利用金相显微镜和扫描电镜研究了熔速对GH4169合金真空自耗重熔铸锭显微疏松和金相组织的影响;采用金相图像分析软件定量分析了熔速对铸锭显微疏松数量的影响。GH4169合金真空自耗重熔铸锭显微疏松的形成规律以及熔速影响的研究结果表明,由于金属气体凝结和喷溅等原因的影响,真空自耗铸锭表面激冷层中存在大量边界粗糙曲折的显微疏松。在激冷层下方的铸锭边部组织中,显微疏松数量明显减少,边界圆滑,气泡是疏松形成的重要原因。铸锭心部显微疏松尺寸增大,倾向于沿枝晶间通道分布。铸锭心部位于糊状区的底部,由于熔池较深,凝固速率缓慢,使该处二次和三次枝晶比较发达,偏析严重,从而容易阻塞补缩通道,所以易形成沿枝晶间通道分布的大尺寸疏松。随熔化速率增大,枝晶倾向于水平生长,熔池加深,二次和三次枝晶更加发达,偏析更加严重,显微疏松的尺寸和数量显著增加。