镍基高温合金多孔发汗材料的制备工艺研究

针对高超声速武器发动机对耐高温金属多孔发汗冷却材料的需求,本文以镍基高温合金为研究对象,通过粉末粒度选型、成形和烧结工艺的综合调控,制备出了孔结构均匀的多孔发汗材料,并对其性能进行分析。结果表明,制备的多孔发汗材料最大孔径<21.3μm,抗拉强度> 225 MPa,孔隙率> 25%;通过原料及制备工艺的调控,可实现发汗冷却材料的渗透率在10^-13～10^-12 m²范围内的有效控制;对多孔发汗材料的拉伸数据及断口形貌进行分析与表征,并证实其断裂方式为韧性断裂。     

铌合金与不锈钢异种金属焊接技术研究进展

铌与不锈钢作为重要的结构材料,在航空航天领域得到广泛应用。然而,二者焊接时容易生成脆性金属间化合物且接头内部焊接残余应力大,容易引发接头开裂。本文针对铌合金与不锈钢焊接的研究现状,综述了目前铌与不锈钢主要连接方式：爆炸焊、钎焊和熔焊等。爆炸焊和钎焊虽然能够抑制焊接裂纹,但爆炸焊接复杂的焊接工艺和钎焊较低的接头强度难以满足铌/不锈钢复合结构的应用需求。熔化焊接接头残余应力大,焊缝内部存在较多脆性Nb-Fe金属间化合物,导致接头力学性能较低。针对上述问题对铌合金与不锈钢熔化焊接进行了展望：开展有限元模拟工作指导焊接工艺优化,向焊缝中引入第3组元改善铌与不锈钢的焊接性并探索合理的热处理工艺提高接头强度。     

应力对第3代单晶高温合金超高温蠕变断裂机制的影响

对第3代单晶高温合金DD33进行了1150℃,80～150 MPa的蠕变测试,借助SEM、EBSD、EDS和TEM研究了不同应力下蠕变断口形貌和截面损伤特征,分析了应力对蠕变断裂机制的影响。结果表明,不同应力条件下近断口铸孔普遍发生多面体化且沿端角开裂,与低应力条件相比,150 MPa下可观察到较多蠕变孔及其诱发的裂纹。80 MPa下,由于长时间暴露,样品表面产生较厚的氧化影响区,使有效应力提高了35 MPa;断口附近局部可见TCP相,并在其与γ′相界面产生较多孔洞和裂纹。随着应力进一步增加,深入基体的表层裂纹增多,更多碳化物开裂,但组织中未发现TCP相。因此,不同应力下合金的最终断裂除了与内部孔洞开裂、彼此联结直接相关外,还应考虑氧化影响区、深入基体内部的表层裂纹、TCP/γ′界面裂纹以及开裂碳化物的贡献。     

微量元素C和Mg对一种镍基高温合金组织和力学性能的影响

通过对微量元素C,Mg含量的调整,来研究C,Mg元素对一种镍基合金组织及性能的影响,结果表明:C含量不足时,合金组织中碳化物数量少,在合金组织中分布不均匀,合金持久性能较低;而适量提高C含量,碳化物均匀分布,持久寿命明显提高.Mg元素含量低时,不影响合金的组织,合金的力学性能没有明显改变;而当Mg含量过高时,晶界碳化物粗大,合金冲击韧性aK值较低,拉伸塑性也降低;当加入最佳Mg含量时,碳化物得到充分细化,晶界碳化物呈粒状分布,合金的aK值和拉伸延伸率δ值显著提高.     

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。     

超高速定向凝固K10合金组织与碳化物形态的变化

利用超高梯度定向凝固装置,其液固界面前沿温度梯度达1000～1300K/cm,研究了超高速定向凝固条件下,K10合金的超细柱晶组织,碳化物形态及分布的变化。经试验表明:定向凝固柱晶组织中,一次枝晶高度细化,二次枝晶退化甚至消失。碳化物呈方向性排列,形态由普通铸态下的岛状变成蠕虫状。     

GH4169合金激光选区熔化成形工艺与缺陷特征的相关性

通过改变激光选区熔化成形工艺,即激光功率和扫描速度,制备多个GH4169试样。采用金相法观察显微组织及其内部缺陷的形貌与分布,采用X射线断层成像获得试样孔隙率,并统计分析缺陷三维特征,研究成形工艺与缺陷特征的相关性。结果表明：当能量输入密度为59.1 J/mm³的优化工艺时成形试样中互相搭接的熔道形貌齐整、随机分布的规则气孔尺寸小于30μm、致密度高达99.9998%。在较窄的工艺窗口下(220～300 W、700～1300 mm/s),试样致密度对扫描速度更为敏感,高扫描速度易形成分布在熔道搭接区内极不规则的未熔合。偏离优化工艺时,缺陷数量增多,部分缺陷尺寸大于30μm,其中高激光功率形成的气孔形状或高扫描速度形成的未熔合形状都与各自的尺寸密切相关,即尺寸越大,形状越不规则,产生的不利影响要远大于规则气孔。     

电子束粉床熔融制备镍基高温合金构件的研究进展

镍基高温合金是涡轮发动机和燃气轮机中的重要结构材料,然而其制件传统加工过程复杂、成本高昂且原材料利用率不高。电子束粉末床熔融（electron beam powder bed fusion,EBPBF）技术能够实现复杂结构制件近净成形,是一种高温合金成形的新方案。EBPBF技术实现了以Inconel 718、Inconel 625为代表的高温合金材料构件的成形,并且发展至能够成形无裂纹的高比例γ′相难焊镍基高温合金,甚至直接制备单晶体镍基高温合金构件,材料的性能达到了传统铸锻件的水平。本文回顾近年来以EBPBF镍基高温合金作为研究对象的相关文献,从工艺过程、组织调控、力学性能等角度对EBPBF制备镍基高温合金构件研究现状进行分析总结,并对未来的研究工作提出了展望。     

Zn-5Al-xMn(x=0，0.1，0.2，0.3)合金的铸态组织与耐蚀性能

采用SEM、EDS、电化学测试等方法研究了热浸镀用Zn-5Al-xMn(x=0,0.1,0.2,0.3)合金的铸态组织与耐蚀性能。结果表明:在Zn-5Al合金中加入少量的Mn显著抑制了粗大初生β-Zn相的生成,当Mn含量为0.2%时,初生β-Zn相最少,共晶组织占比最高。试验合金的自腐蚀电位随着Mn含量的提高而增大,自腐蚀电流密度先减小后增大。Zn-5Al-0.2Mn合金自腐蚀电流最小为1.403μA/cm~2,其高频阻抗和低频扩散阻抗均最大。Zn-5Al合金中初生β-Zn相优先腐蚀,Zn-5Al-0.2Mn合金因初生β-Zn相较少,发生均匀性腐蚀,其腐蚀产物在Zn-5Al-xMn合金中最致密。     

镍基单晶高温合金DD6气膜孔热机械疲劳试验

涡轮冷却叶片气膜孔边存在大应力梯度,且服役时承受交变的机械载荷和热载荷,热机械疲劳（TMF）是其主要失效模式。通过开展带气膜孔和不带气膜孔的薄壁圆管试件TMF试验研究了气膜孔对镍基单晶高温合金TMF寿命的影响。结果表明最大循环应力在300~500 MPa应力范围内,循环应力幅值与镍基单晶高温合金TMF寿命呈现良好的对数线性关系,且气膜孔导致镍基单晶高温合金TMF寿命下降可达82.5%。继而完成了横向取向分别为〈010〉、〈110〉方向的气膜孔模拟件试验,结果表明气膜孔取向为〈110〉时寿命最短,仅为〈010〉取向的40.0%。最后开展了不同制孔工艺下的气膜孔模拟件试验,结果表明激光制孔气膜孔模拟试件寿命仅为电液束制孔气膜孔模拟试件的54.0%。气膜孔模拟件断口分析表明:TMF裂纹均萌生于气膜孔边,源区氧化严重;裂纹沿着大致与气膜孔边垂直的方向扩展。