镍基单晶合金蠕变研究:试验、机理及材料模型

在镍基单晶合金高温蠕变建模研究工作的第一部分,通过对DD6镍基单晶合金不同中断时间的高温蠕变试验及透射电镜(TEM)观察,结合单晶合金蠕变机理的研究成果阐明了单晶高温蠕变的机理,并从Orowan方程出发,在晶体塑性理论框架下建立描述晶体滑移系上位错演化规律的方程,发展了以位错密度变化表征镍基单晶高温蠕变的材料模型.该模型考虑了较宽温度与载荷范围内单晶的主要蠕变机理,可较好地建模750～1100℃范围内镍基单晶的各向异性蠕变行为.      

单晶合金蠕变性能影响因素分析

通过分析热处理工艺、元素含量、晶体取向性以及温度和应力对蠕变性能的影响,得出任何1种影响合金蠕变性能的因素其实质都是改变了合金的微观组织,并最终反映到γ′筏形的完善程度S、终端密度TD和线性密度LD上。S值越接近1,γ′筏形的完善程度越好,蠕变寿命就越长;而TD和LD值越大,微观组织图内筏形交叉和中断的数目就越多,蠕变寿命就越短。     

BT16钛合金渗氢压缩试样中的剪切带

为了深入了解渗氢及变形速率对BT16钛合金冷镦性能的影响,采用光学显微镜(OM)和显微硬度的方法,研究了BT16钛合金渗氢压缩试样中的剪切带.结果表明:在300 mm/s的压缩速率下,中心区变形流线与剪切带保持平行;在75 mm/s的压缩速率下,剪切带中心区与剪切变形过渡区边界模糊,变形流线与剪切带呈一定的小角度.在300 mm/s的压缩速率下形成的剪切带中心区显微硬度值近似为常数,且低于基体硬度值,剪切带中心区与基体之间存在一个硬度值线性增加的过渡区.对剪切带形成过程进行了分析,提出了利用变形流线计算剪切带最大应变的方法.     

TC11合金高温变形行为及其机理

采用Gleeble-1500热模拟机研究了TC11合金在800～1 050℃、应变速率0.005～5/s条件下的高温变形行为.根据动力学分析,确定了不同温度区间的热激活能和热变形方程.结合变形微观组织观察确定了TC11合金的高温变形机制.结果显示:TC11合金在(α β)两相区和β相区的热变形激活能分别为285.38和141.98 kJ/mol,表明不同温度区间的热变形机理不同;在两相区变形主要发生片状组织的球化,在β相区变形时低应变速率下(0.005～0.05/s)主要发生β相的动态再结晶,高应变速率下(0.05～5/s)主要发生动态回复.研究结果为确定该合金的最佳变形工艺参数提供了理论依据.     

Gd-Tb二元稀土基非晶合金（Gd-Tb）-Al-Co的非晶形成能力及热稳定性

采用铜模铸造法制备Gd-Tb二元稀土基非晶合金(Gd-Tb)-Al-Co。确定(Gd-Tb)-Al-Co合金系的非晶形成区域及非晶形成能力。利用差示扫描量热仪对非晶合金的热稳定性以及合金的熔化和凝固过程进行研究。结果表明,Gd-Tb二元稀土基合金(Gd-Tb)-Al-Co的非晶形成能力远大于单元稀土基合金Gd-Al-Co或Tb-Al-Co的非晶形成能力。在(Gd-Tb)-Al-Co合金中,高非晶形成能力合金位于共晶点附近,非晶形成能力最好的合金(Gd0.5Tb0.5)55Al25Co20位于陡峭的液相面一侧,其临界直径(dc)可以达到5mm。与Gd55Al25Co20和Tb55Al25Co20合金相比,原子尺寸相似的Gd和Tb两个稀土元素降低相应合金的凝固温度,提高液相的稳定性,从而提高合金的非晶形成能力。     

Cu-1.0% Cr亚共晶合金定向凝固组织演化

在定向凝固下计算和比较了Cu-1.0%Cr亚共晶合金组织中各相的界面生长温度,结果表明当定向凝同速率大于5αm/s时,α-Cu相的界面生长温度高于共晶组织,α-Cu相会作为初生相首先析出凝固,从而难以制备出全耦合生长的共晶组织的复合材料,计算获得的结果与实验结果相一致.另外随定向凝固速率的增加,初牛胞状α-Cu相一次枝晶间距和尖端半径以及共晶组织的体积分数都相应地减少,其中α-Cu相一次枝晶间距实验结果与KF一次枝晶间距模型计算结果较为接近.     

热处理对Ti3Al/TC11双合金盘拉伸性能与组织的影响

研究了经真空电子束焊接+近等温锻造制备的Ti3Al/TC11双合金盘在不同热处理制度处理后的力学性能和显微组织.结果表明,采用梯度热处理的双合金盘的强度稍高;而塑性与变形量有关,当采用40%变形的塑性要高些.热处理制度对焊缝区显微组织有较大的影响.梯度热处理时,焊缝两侧合金的热影响区组织与焊缝中心过渡均匀、无突变,而采用一般热处理制度处理时组织则有明显的突变.热处理制度对双合金盘焊缝的相组成几乎没有什么影响,除了α1,α及β相外,还有新生成的O相,MoNb,Nb,Al及TiAl3相,它仅对组成焊缝的每一个相的含量有一定影响.     

镍基单晶合金高温蠕变的θ映射模型

针对镍基单晶涡轮叶片蠕变的晶体方向性问题,运用θ映射法,在晶体滑移理论框架下,建立了能够描述镍基单晶合金各向异性蠕变的θ模型.利用文献中2种镍基单晶合金(DD3和CMSX-4)的蠕变数据,对所采用的方法进行了验证,并获得了2种材料各自对应的材料参数.理论预测值和试验数据基本吻合.结果表明:将θ映射法移植到晶体滑移理论中是可行的,能够用来模拟镍基单晶合金的各向异性蠕变行为.     

氢对TC4合金物理力学性能的影响及其与切削性能的相关性

分析研究了TC4合金经适当氢处理后的微观组织和物理力学性能变化规律,并通过切削试验研究了氢对切削加工性能和刀具磨损的影响,初步分析了二者的相关性.     

第二代定向高温合金DZ6热处理研究

为了获得平衡的横纵向性能,二代定向合金Dz6的热处理工艺包括预处理、固溶和三级时效.1120℃的高温时效处理提高了DZ6合金的纵、横向持久寿命;同时,1120℃时效后的缓冷处理,使横向870℃/448MPa持久寿命由未经缓冷处理的36h增加至244h,延伸率由0.6%提高至4.5%;中温870℃/16h时效处理使合金纵向760℃/780MPa持久寿命比900℃/4h时效处理时提高一倍.热处理后γ'呈规则立方状,合金的晶界由γ'和析出的块状MC组成.以高温时效结合缓冷处理为特点的热处理制度,不但使DZ6合金的纵向持久寿命比铸态时提高一倍,而且还获得了良好的横向性能.