粉末高温合金FGH96惯性摩擦焊接头室温疲劳裂纹扩展速率测试与分析

FGH96是采用损伤容限设计思想研制的新型粉末高温合金,是满足高推比、高燃效发动机使用要求的涡轮盘、环形件和其他热端部件的理想材料。FGH96惯性摩擦焊接头的细晶组织对裂纹扩展的阻碍作用使得其裂纹扩展速率小于母材。母材和接头断裂路径均为穿晶断裂。     

真空加压钎焊FGH96/DD6接头的组织和性能

采用Ni-Cr-B钎料分别在1120℃/10 min和1120℃/10 min/2 MPa的工艺下实现FGH96与DD6的钎焊连接。测试两种工艺下接头的抗拉强度,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子探针(EPMA)分析接头的组织、成分和断口。结果表明:真空加压钎焊所得接头的室温平均抗拉强度达到1187 MPa,远高于真空钎焊接头621 MPa的强度;与不加压的真空钎焊相比,真空加压钎焊所得FGH96/DD6接头的钎缝中心没有平行于被焊面的晶界,而是单个晶粒贯穿整个钎缝,并与母材连接面发生韧性断裂;真空钎焊接头中存在Ni3B相,而真空加压钎焊钎缝中并没有残留的Ni3B相,主要由(Ni,Cr)固溶体组成。     

粉末高温合金FGH96惯性摩擦焊接头常温力学性能分析

第二代粉末高温合金FGH96是采用损伤容限设计思想研制的新型粉末高温合金,是当前750℃工作条件下满足高推比、高燃效发动机使用要求的涡轮盘、环形件和其他热端部件的理想材料.结合FGH96惯性摩擦焊接头的组织特征和强化相γ′数量分析接头的显微硬度和常温拉伸性能.结果表明,FGH96惯性摩擦焊接头具有良好的常温力学性能.     

扫描方式对激光选区熔化成形316不锈钢性能的影响

为了揭示激光选区熔化成形过程中熔池行为,以316不锈钢粉末为对象展开激光选区熔化试验,研究了激光选区熔化成形时不同的扫描方式对成形件内部缺陷、微观组织以及室温拉伸性能的影响.结果表明:将层片分区短线扫描成形可以有效地控制成形零件内部的气孔缺陷;与无分区长线扫描相比,采用分区短线扫描后零件内部组织呈现明显的柱状且晶粒尺寸较大.     

粉末高温合金FGH96惯性摩擦焊接头室温CTOD测试与分析

FGH96是采用损伤容限设计思想研制的新型粉末高温合金,是满足高推比、高燃效发动机使用要求的涡轮盘、环形件和其他热端部件的理想材料。FGH96惯性摩擦焊接头的CTOD值小于母材,其断口的韧窝小于母材。母材和接头断裂路径均为穿晶断裂。     

粉末高温合金FGH96原始颗粒边界及高温原位高周疲劳研究

利用扫描电镜原位观察的方法研究了粉末高温合金FGH96中不同级别的原始颗粒边界(PPB)在550℃下对合金高周疲劳力学行为的影响。结果表明:采用等离子旋转电极(PREP)制粉+热等静压(HIP)工艺制备的FGH96合金中PPB主要由大尺寸γ'相和碳化物组成;不同级别的PPB对高周疲劳裂纹萌生和扩展均无显著影响,裂纹萌生于晶粒内部,裂纹扩展受晶界与应力轴角度影响,穿晶或沿晶扩展;在裂纹快速扩展区和瞬断区,PPB级别严重的FGH96合金断口呈现穿晶和沿PPB断裂的形貌。     

热变形工艺对FGH96高温合金PPB析出相及组织的影响

以AA粉制备的HIP态FGH96高温合金为研究对象,研究不同热变形工艺前后FGH96高温合金PPB析出物及组织状态的变化。结果表明:HIP态FGH96高温合金可见呈圆形分布的PPB析出物,粗大的长条状γ′相呈圆形链状分布是PPB的主要特征之一;经热变形后,FGH96高温合金PPB变形、破碎,再结晶晶粒细化、扭转,晶粒取向差变小;随着热变形温度升高、变形量增大、变形速率减小,PPB析出物变形和破碎程度越显著,粗大的初生γ′相和二次γ′相残留越少、尺寸越小;热变形温度升高、变形量增大以及变形速率减小有利于PPB的减轻甚至消除。     

选区激光熔化IN718合金室温及高温拉伸性能研究

采用选区激光熔化技术制备了IN718合金,对其凝固组织形成机制和热处理固态相变行为进行了研究,分析了IN718合金经热处理后的室温和高温拉伸断裂机理。研究结果表明,选区激光熔化IN718合金沉积态显微组织为沿沉积增高方向定向生长的树枝晶,枝晶间分布着纳米级Laves相。经标准热处理后晶粒形态没有明显变化,大量γ′和γ′′相以及针状δ相弥散析出,Laves相含量减少,合金硬度较沉积态高约40%。经热处理后,合金垂直于沉积增高方向试样抗拉强度高于锻件,平行于沉积增高方向的试样塑性优于锻件,高温拉伸强度与锻件相当,室温及高温拉伸断裂机制均为微孔聚集型的穿晶韧性断裂。     

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。     

基于ANN的FGH96合金热变形行为的模拟电路模型

在锻造领域,多采用数字模型进行工艺设计和过程控制,但数字模型无法完成材料成形过程的实时控制。因此,有必要建立一种适合于实时控制的材料动态流动行为模型,以提高生产效率和锻件质量。通过热模拟试验,对细晶态FGH96合金的高温流动特性进行了研究,用BP（Back Propagation）网络建立了FGH96合金热变形行为的人工神经网络模型,根据电模拟理论,利用模拟电路的快速反应与易于控制等特点,建立了基于ANN的FGH96合金的模拟电路模型。测试结果表明,所建立的ANN模型和模拟电路模型均具有较高的预测精度,能很好地反映材料热成形过程的动态流动行为,可用于材料热成形过程的实时控制。     

激光快速成形镍基高温合金研究

在单道熔覆及薄壁墙试样制备的基础上 ,大致确定出Rene′95激光快速成形时的工艺参数和每层沉积高度 ,根据此高度对零件的CAD模型进行分层切片处理 ,生成二维平面信息 ,经过数据后处理并加入加工参数 ,生成数控信息输入成形系统 ,控制成形系统的沉积过程顺序完成各层的成形制造 ,直至加工出与CAD模型相一致的具有复杂外形的致密的金属零件。成形所用激光功率 16 0 0W ,扫描速度 3mm/s ,送粉速率 6 2g/min ,载气流量 0 3m3 /h ,所制零件总高 112mm(共沉积 380层 ) ,壁厚约 3mm ,每层沉积高度为 0 3mm ,零件具有良好的外形和尺寸精度。结果表明 :激光快速成形Rene′95镍基合金组织致密 ,成分均匀 ,沿成型高度方向具有定向凝固组织特征 ,具有较高的力学性能 但由于成型时存在很高的残余应力 ,容易导致开裂 ,通过基板预热可减缓应力。     

Analysis technology and experiment for FGH96 disc＇s LCF life

分析FGH96涡轮盘的尺寸效应,分析了分别适合于FGH96亚尺寸盘和全尺寸盘的低循环疲劳寿命预测方法．成功设计了FGH96亚尺寸盘、全尺寸裂纹扩展盘试验件;通过低循环疲劳试验,展现了两种不同的低循环疲劳失效机理,验证了提出的低循环疲劳寿命预测方法;通过裂纹扩展试验,获得了FGH96全尺寸轮盘的裂纹扩展特性,揭示了FGH96全尺寸涡轮盘与紧凑拉伸试样裂纹扩展特性具有显著差别的客观规律;获得FGH96全尺寸涡轮盘580℃损伤容限值,明确某发动机高压涡轮盘损伤容限水平．     

FGH96涡轮盘低循环疲劳寿命分析技术与试验

分析FGH96涡轮盘的尺寸效应,分析了分别适合于FGH96亚尺寸盘和全尺寸盘的低循环疲劳寿命预测方法.成功设计了FGH96亚尺寸盘、全尺寸裂纹扩展盘试验件;通过低循环疲劳试验,展现了两种不同的低循环疲劳失效机理,验证了提出的低循环疲劳寿命预测方法;通过裂纹扩展试验,获得了FGH96全尺寸轮盘的裂纹扩展特性,揭示了FGH96全尺寸涡轮盘与紧凑拉伸试样裂纹扩展特性具有显著差别的客观规律;获得FGH96全尺寸涡轮盘580℃损伤容限值,明确某发动机高压涡轮盘损伤容限水平.      

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。     

粉末高温合金盘件等温成形过程PID控制

对FGH96合金涡轮盘件等温锻造过程的控制进行了设计与仿真.采用PID控制,通过迭代学习算法,在SIMULINK下实现了PID控制仿真.应用于实际生产控制时,将对微观不可控参数的控制转化为对宏观可控参数的控制,并根据成形过程的不同阶段特征调整控制量,提高了生产效率和锻件质量.     

等温锻造FGH96合金超塑性研究

对等温锻造FGH96合金的超塑性进行了研究.研究表明,FGH96合金在变形温度为1050℃和1100℃,初始应变速率ε0为1×10-2s-1～1×10-3s-1的拉伸变形条件下,均呈现出较好的超塑延性.在变形温度为1050℃,初始应变速率为1.67×10-3s-1时,合金超塑延伸率均可以达到825%.微观组织分析表明,FGH96合金超塑拉伸的断裂主要原因是空洞的长大和连接.     

FGH95合金激光快速成型的显微组织与性能

利用激光快速成型技术制备出FGH95合金立方块体,其显微组织为细长而致密的柱状晶,无气孔和裂纹.研究了工艺参数对熔覆层沉积厚度的影响,显微硬度测试结果表明,试样具有较高的硬度值,与FGH95的热等静压件硬度相当.     

NiAl合金锥筒内压胀形–原位反应一体化成形工艺研究

针对NiAl合金板坯制备及复杂薄壁构件二次成形困难的技术难题,提出一种成形与原位反应一体化成形新工艺制造NiAl合金薄壳件,即先将Ni箔与Al箔交替堆叠置于模具中,再在固体颗粒介质作用下塑性成形,然后使成形后的Ni/Al叠层薄壳件继续停留在模具中,在固体颗粒介质压力作用下加热使Ni/Al叠层发生原位反应合成NiAl合金,从而制得NiAl合金薄壳件。采用扫描电子显微镜（SEM）与能谱仪（EDS）对构件微观组织进行表征,并对其高温力学性能进行测试。结果表明,采用该方法制得的NiAl合金锥筒由单一NiAl相构成,厚度方向上粗晶层与细晶层交替排布,为典型的双峰组织,无孔洞等缺陷。构件硬度为317HV且分布均匀,1000℃抗拉强度为71MPa,延伸率可达74%。     

激光熔化沉积TA15+Ti_2AlNb合金的组织与力学性能

将TA15和Ti_2AlNb合金粉末以不同比例预混,采用激光熔化沉积工艺,制备出40%TA15+60%Ti_2AlNb,50%TA15+50%Ti_2AlNb,60%TA15+40%Ti_2AlNb(质量分数)3种比例的合金薄壁,分析了薄壁的成分、组织及力学性能。结果表明:3种沉积薄壁的成分分布均匀,合金由α相、α2相及β/B2相组成,针状α相和α2相呈网篮状分布在初生β/B2晶粒内部;3种合金的抗拉强度分别为1108 MPa,1071 MPa,1105 MPa,断裂伸长率分别为3.0%,2.2%,3.8%;拉伸断口可见沿α2相撕裂产生的撕裂棱,断裂方式均为准解理断裂。     

TiAl/NiCoCrAl层板复合材料的EB-PVD制备及组织性能研究

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术,成功制备了尺寸为150mm×100mm×0.4mm的TiAl/NiCoCrAl层板复合材料,并对其物相组成、断口形貌和室温力学性能与TiAl单层材料进行了对比分析.结果表明,在TiAl/NiCoCrAl层板复合材料中,NiCoCrAl层主要由Ni3Al和NiCrCo组成,TiAl层由γ相、α2相和т相组成且未发现TiAl单层材料中看到的分层现象;TiAl/NiCoCrAl层板复合材料的强度和韧性都要高于TiAl单层材料,其断裂方式由沿晶脆性断裂转变为具有一定延性的穿晶断裂和沿晶断裂的混合断裂方式.TiAl/NiCoCrAl层板复合材料的强化机制主要为细晶弥散强化;该材料的韧化机制主要为裂纹的偏转、微桥接和弯曲增韧.