沉淀强化镍基高温合金熔化焊液化裂纹研究进展

沉淀强化镍基高温合金由于具有优异的高温强度和耐热腐蚀性而被广泛应用于航空发动机和工业燃气轮机的热端部件。但是这类合金在焊接过程中具有较高的液化裂纹敏感性,影响部件的使用寿命和性能。系统地阐述了沉淀强化镍基高温合金熔化焊液化裂纹的形成机理,介绍了几种控制液化裂纹的方法,包括增大焊接热输入、焊前预热、焊前热处理和添加中间层,最后指出了今后的主要研究方向。     

激光增材修复K465高温合金裂纹控制研究

采用激光增材技术修复了损坏的K465镍基高温合金航空发动机涡轮叶片,研究了激光增材修复K465高温合金的裂纹特征,分析了开裂机理,并采取有效措施实现了裂纹控制。结果表明:激光增材修复K465合金的裂纹产生于热影响区,并沿晶界扩展到修复区中,为液化裂纹;热影响区晶界上的连续液膜来源于晶界上大尺寸γ′相的液化,且晶界液化过程中有γ-γ′共晶出现;利用Ansys软件进行应力场模拟的结果显示,基材及熔池之间存在较大热应力;通过同步预热基材,并采用优化的激光工艺参数,实现了K465高温合金单道多层结构的无裂纹激光增材修复。     

激光增材制造高温合金复合材料研究进展

本文对增材制造技术在高温合金复合材料中的研究进行了系统全面地梳理归纳,综述了增材制造高温合金复合材料的粉末混合、冶金过程以及强化机制,并且在增材制造高温合金复合材料显微组织、缺陷及其性能方面进行详细对比分析研究。在此基础上,分析了增材制造高温合金复合材料研究现状及进展,并且对高温合金复合材料新增强相设计、增强相添加方式及其对蠕变疲劳性能的影响机制等的研究进行了展望,本文将有利于对增材制造高温合金复合材料的研究和发展提供参考。     

增材制造用新型镍基高温合金的设计与开发

为了满足增材制造专用镍基高温合金成分优化设计需求,采用机器学习(machine learning, ML)和抗裂因子筛选相结合的综合设计策略开发了新型镍基高温合金。热力学计算结果表明,该合金凝固温度范围窄,在临界温度区间内凝固速度快,且收缩总应变及最大应变速率很小,表现出良好的凝固特性。利用选区激光熔化技术制备了新型合金,在成形试样的纵截面和横截面金相中未发现明显裂纹,合金表现出良好的抗裂性能。通过热处理工艺优化,合金在900℃时效后γ′相分数达到44.6%,组织内未见任何TCP相析出,实现了镍基高温合金在增材制造中抗裂性与力学性能的平衡。提出的综合设计策略可为增材制造领域中新材料的快速研发提供新的思路。     

镍基高温合金K17的激光熔覆处理热裂纹敏感性研究

在铸造镍基高温合金涡轮叶片Ｋ１７上激光熔覆３种不同的钴基合金粉末，研究了３种组配的金相组织，显微硬度分布，成分分布及热裂纹敏感性。结果表明：激光熔覆钴基粉末对于Ｋ１７材料的叶冠端有改性作用，降低了Ｋ１７材料的热裂纹敏感性，涂层与基材能形成良好的冶金结合且涂层硬度较高。     

铸造镍基高温合金增材修复技术的研究现状

铸造镍基高温合金广泛用于燃气轮机与航空发动机叶片等高温部件,长时间运行过程中经常发生叶片局部损伤失效,其维修或更换成本极高.通过增材修复来恢复局部损伤叶片的性能,将极大地降低制造成本、缩短制造周期、节约资源,具有极大的社会效益和市场价值.本文针对燃气轮机与航空发动机用铸造镍基高温合金部件的服役工况与失效形式,结合铸造镍...     

GH4169合金激光增材制造过程热-力发展数值模拟

为解决GH4169合金激光增材制造过程中变形甚至开裂的问题,采用直接耦合热弹塑性有限元方法对GH4169合金单道多层墙体激光增材制造过程温度和应力演变进行仿真分析。计算表明,激光增材过程沉积试件经过快速加热和凝固冷却过程,温度变化速率超过1×105 ℃/s。热循环温度峰值超过2 500 ℃,最高达2 876 ℃。激光沉积扫描过的区域因冷却收缩受到约束产生较高的应力。后道沉积时激光扫描到的区域温度再次升高,先会释放前道沉积形成的应力,随着温度降低会造成更大的应力。热源加载结束的一瞬间沉积层与基板连接的部分温度存在反常增加的现象。沉积层残余应力以拉应力为主,高达875 MPa,沿沉积方向的应力分量最大。基板在与沉积层结合部位附近残余应力达到800 MPa左右,与其相对应的远处分布有残余压应力。     

GH4169合金激光增材制造过程热-力发展数值模拟

为解决GH4169合金激光增材制造过程中变形甚至开裂的问题,采用直接耦合热弹塑性有限元方法对GH4169合金单道多层墙体激光增材制造过程温度和应力演变进行仿真分析。计算表明,激光增材过程沉积试件经过快速加热和凝固冷却过程,温度变化速率超过1×10⁵℃/s。热循环温度峰值超过2 500℃,最高达2 876℃。激光沉积扫描过的区域因冷却收缩受到约束产生较高的应力。后道沉积时激光扫描到的区域温度再次升高,先会释放前道沉积形成的应力,随着温度降低会造成更大的应力。热源加载结束的一瞬间沉积层与基板连接的部分温度存在反常增加的现象。沉积层残余应力以拉应力为主,高达875 MPa,沿沉积方向的应力分量最大。基板在与沉积层结合部位附近残余应力达到800 MPa左右,与其相对应的远处分布有残余压应力。     

激光增材制造金刚石/Ni-Cr合金的裂纹特征

采用激光增材制造制备了多层金刚石/Ni-Cr合金试样,研究了裂纹随堆叠层数增加的变化规律、试样表面与内部的微观组织形态特征、表面与内部的微观裂纹萌生位置及宏观裂纹的形态特征以及裂纹的延伸扩展规律。结果表明：表面裂纹数量随堆叠层数增加先增加后减小。试样表面粗大晶粒组织与细晶粒组织交替排列,后成形熔覆道对已成形熔覆道微观组织具有明显热影响作用。试样内部组织从靠近基板到表面呈现细小→粗大→细小的形态,内部磨粒周边的组织比远离磨粒的组织粗大。表面微观裂纹主要萌生于粗大组织区和磨粒周边,粗大组织和磨粒有利于裂纹的扩张与延伸。在平行于激光扫描方向的熔覆层表面拉应力作用下,表面宏观裂纹主要呈现出垂直熔覆道的形态。内部微观裂纹萌生于磨粒周边、粗大组织区以及碳化物夹杂处。内部宏观裂纹可由内部裂纹向外延伸形成或由表面裂纹向内延伸形成。内部裂纹的桥接、磨粒周围缝隙、破碎的磨粒、碳化物夹杂及粗大组织均会助长内部裂纹的扩张和延伸。     

NiFe基合金激光增材制造热裂纹形成机理及调控

针对NiFe基高温合金增材制造过程易出现热裂纹的问题,开展该合金热裂纹形成机理的研究,提出通过层间温度控制以及粉末氮化的方法,降低NiFe基高温合金激光增材过程中的热裂纹敏感性.?结果表明,热裂纹的出现主要是由于元素偏析以及热应力所引发的,热裂纹位置大多在大角度晶界处,这是由于大角度晶界中能量较高,在冷却过程中,晶界内...     

热处理对一种新型增材制造镍基高温合金显微组织与拉伸性能的影响

本文研究了不同热处理工艺对一种新型增材制造镍基高温合金ZGH451组织性能的影响。结果表明,沉积态组织主要由外延生长的微细柱晶组成,枝晶间存在γ/γ＇共晶组织,合金中元素偏析造成了枝晶干与枝晶间处γ＇相尺寸差异,分别为100 nm和250 nm。不同热处理工艺合金的组织和性能存在一定差异：随着固溶温度由1180 ℃升高到1350 ℃,合金偏析程度逐渐减弱,直至1350 ℃发现初熔组织;随着一级时效温度由1050 ℃升高到1150 ℃,γ＇相的尺寸逐渐增大,形状由球状等不规则形状转变为立方状。综上,优化出适用于该合金的热处理工艺（HT2）,与沉积态合金相比,完全热处理后合金的晶粒尺寸明显增大,且消除了合金的偏析及γ/γ＇共晶,在1000 ℃拉伸变形过程中γ/γ＇界面形成致密的位错网,抗拉强度和屈服强度分别为520 MPa和269 MPa,延伸率为11%。     

不同工艺参数对等离子弧增材制造镍基高温合金组织的影响

为研究不同工艺参数对等离子弧增材制造镍基高温合金组织的影响,以脉冲等离子弧为热源、Inconel 718合金为成型材料,采用单一变量法分别研究了峰值电流、脉冲频率、焊接速度对成型层组织的影响。主要以光学显微镜、扫描电子显微镜和能谱分析等手段,从温度梯度、结晶速率的角度去考察不同工艺参数对组织形貌、大小和成分等影响规律。结果表明,随着峰值电流的增加,组织由细长的柱状枝晶转变为粗大的胞状枝晶,Laves相析出量增大;相反,随着焊接速度的增大,组织发生细化;脉冲频率过大或过小均能导致组织粗化。     

激光增材制造Nb合金化GH4169合金组织分析

采用球磨合金化的方式,在常规GH4169合金粉末中添加Nb元素,利用激光增材制造技术成形了具有不同Nb含量的GH4169试样,研究了Nb含量对激光增材制造GH4169合金组织的影响。结果表明：激光增材制造Nb合金化GH4169合金显微晶粒结构仍为粗大柱状晶组织;随着Nb含量的增加,合金粉末在熔池中合金化反应放热量增多,使得柱状晶的生长方向由偏离激光束中心向外生长逐渐变化为朝向激光束中心向内生长。由于熔池中溶质浓度和粉末熔化放热量的增加,使得枝晶间γ+Laves共晶组织的数量增多,逐渐形成连续网状的共晶组织;DSC分析结果发现,随着Nb元素添加量的增加,共晶Laves相的初熔点升高,枝晶干γ相的熔点略有降低。另外,合金化改变了初生γ相的成分,枝晶干Nb元素含量最高浓度达到7.5wt.%,合金固溶强化作用得到加强。     

增材制造高温合金组织及缺陷研究进展

增材制造作为一种先进的数字化制造技术,广泛应用于高温合金制备研究中。介绍了增材制造高温合金的微观组织基础上,梳理增材制造过程中的气孔种类及特征,回顾了裂纹种类及开裂倾向性模型的发展过程,综述数值模拟技术在增材制造高温合金性能优化的应用,并对增材制造高温合金的研究和发展进行了展望。     

激光增材制造DD98M高温合金组织及稳定性研究

采用激光增材制造技术制备了DD98M镍基高温合金管状试样,研究了其沉积态、固溶时效态和长期时效态微观组织变化,对比分析了沉积态和固溶时效态试样中γ'相尺寸分布及在1000℃长期时效时γ'相的演化规律。结果表明:沉积态组织主要由外延生长的微细柱晶组成,枝晶间无γ-γ'共晶组织析出,试样中γ'相体积分数约为70%。合金中元素微偏析造成了枝晶干和枝晶间γ'相尺寸差异,其中枝晶干处为210 nm,枝晶间为560 nm。经固溶时效处理后,γ'相(约370 nm)均匀分布在γ基体上,其尺寸分布符合LSW模型。经1000℃长期时效500 h后,合金组织中无TCP相(拓扑密排相)生成,γ'相仍保持立方形貌,其尺寸几乎保持不变。固溶时效处理后,合金显微硬度从沉积态时的4420 MPa增加至4870 MPa,长期时效能降低合金硬度,降幅约5.9%。     

激光冲击强化对镍基高温合金疲劳寿命的影响

对镍基高温合金(GH742)试件进行激光冲击强化处理,测量了合金在处理前后试样表面的残余应力、疲劳寿命,观察了表面金相组织。结果表明,激光冲击凹坑处的残余应力高达-910～-1160MPa;金相分析显示激光冲击强化使材料内部晶粒细化;激光冲击强化能提高GH742材料试件的疲劳寿命1.5～4倍。     

高温时效对高温镍基合金沉淀强化的影响

研究了750～1050℃下长期时效对Ni3Al基高温合金沉淀强化的影响.结果表明:镍基高温合金在不同温度时效处理一定时间后,γ'沉淀强化相呈球形分散在γ基体上,随时效温度升高,γ'沉淀相微粒粗化,合金屈服强度降低,拉伸塑性提高.随着时效时间的延长,合金的屈服强度增大,但当时效时间超过1000 h之后,屈服强度和伸长率开始下降.Ni-Al合金的性能和沉淀相的颗粒大小、分布、体积分数及粗化速率等因素有关.     

镍基高温合金沉淀强化的研究

镍基高温合金通过γ＇沉淀相强化,合金的性能和沉淀相的颗粒大小、分布、体积分数及粗化速率等因素有关。研究了镍基高温合金在750℃和850℃时效处理1000h,γ＇沉淀相的变化规律和对拉伸性能的影响。结果表明,沉淀强化γ＇相呈球形分散在γ基体上,随时效温度的升高,γ＇沉淀相微粒粗化,合金屈服强度降低。     

激光增材制造高Nb含量GH4169合金微观偏析行为研究

目的减轻不同热处理状态下激光增材制造高Nb含量GH4169合金组织中的微观偏析。方法采用激光增材制造方法对球磨Nb合金化后的合金粉末进行快速成形,获得具有较高Nb含量的GH4169合金试样。通过光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱分析、维氏硬度测试方法,对沉积态、固溶态和直接时效态试样进行分析,研究因合金中Nb含量变化引起的微观偏析对沉积态和热处理态合金的枝晶组织和显微硬度的影响。结果随着Nb含量的增加,一方面,由于枝晶间的Nb含量增加,枝晶间(γ+Laves)共晶数量增加,且共晶组织形貌更为连续;沉积态试样的显微硬度由228.4HV增大至534.1HV。另一方面,枝晶干Nb元素含量增加,枝晶干与枝晶间Nb元素含量的差异缩小,Nb元素的偏析比由8.59减小至4.13。后续固溶处理后,枝晶结构逐渐消失,枝晶间Laves相的数量随之减少,枝晶干与枝晶间的微观偏析减轻;固溶态试样硬度值随之减小,减小趋势随固溶温度的升高而逐渐平缓。随着Nb含量的增加,直接时效处理后,各试样显微硬度值在微观区域内的均匀性提高,枝晶干与枝晶间强化相的析出差异减小。结论合适的热处理制度既可以实现合金元素的均匀化,还能减小枝晶干与枝晶间强化相的析出差异,减轻激光增材制造高Nb含量GH4169合金组织中的微观偏析。