FGH96粉末高温合金损伤行为与寿命预测

粉末高温合金中缺陷,尤其是非金属夹杂缺陷不可避免。为了对粉末高温合金的可靠应用,除需在工艺上进行控制以减少缺陷外,还必须研究缺陷对粉末高温合金的损伤行为,及根据粉末高温合金的疲劳特性研究粉末高温合金的寿命预测方法。针对我国先进航空发动机涡轮盘选材的第二代损伤容限型粉末高温合金FGH96,分析了国内外粉末高温合金的发展与应用状况,叙述了其缺陷特性以及缺陷对FGH96粉末高温合金的影响规律,介绍了FGH96粉末高温合金的断裂特征以及裂纹萌生与扩展特性,分析了粉末高温合金寿命预测研究的相关工作,并探索性阐述了基于原始疲劳质量的粉末高温合金寿命预测方法。     

舞动新金属材料科学前沿(1)——北京科技大学新金属材料国家重点实验室的新金属材料研究进展

"培育国家梯队,尽享金属魅力;打造国际精英,迈向世界一流"是北京科技大学新金属材料国家重点实验室舞动科学前沿的动力源泉（见封面）,瞄准金属材料科学的前沿问题,致力重大金属材料科学的应用基础问题,新金属材料国家重点实验室激活了新金属材料科学研究一池春水,为我国新金属材料领域的科技储备和原始创新能力带来了新气象。系列文章（1）介绍了实验室的最新科技成果:新金属结构材料发展里程碑——高温高性能高Nb-TiAl合金;FeGa合金主要科研进展;第三代先进汽车用钢研究进展;第四代单晶高温合金的基础研究进展;飞秒激光加工技术研究进展。     

高性能镍基粉末高温合金固溶连续冷却γ′相多阶段析出行为和尺寸粗化动力学研究

本文采用示差扫描量热分析和热模拟连续冷却实验,系统地研究了新型高性能三代粉末高温合金在γ′相固溶线温度以上连续冷却过程中强化相γ′相多批次析出行为。研究结果表明,合金在0.1和0.4 ℃.s_-1冷却速率下可以获得γ′相多模尺寸分布显微组织。这种γ′相多批次析出与冷却速率密切相关,缓慢冷却是造成γ′相尺寸多模分布的主要因素。采用线性回归方法拟合得到二次γ′相平均尺寸与冷却速率定量关系。分析和讨论了在γ相基体上形成多模γ′相尺寸分布的动力学机理。对具有多模γ′相尺寸分布的合金进行时效处理发现,由于合金显微组织中大尺寸二次γ′相的形态不稳定,出现γ′相反粗化现象,即随着时效时间增加,γ′相尺寸逐渐减小。这种反粗化效应使合金强度升高,增强合金显微组织稳定性。讨论了反粗化效应的发生条件,对研发新型高性能粉末高温合金提供制造工艺和组织调控的理论依据。     

新型镍基粉末高温合金微量元素的相研究

对新型第3代粉末高温合金母合金、等离子体旋转电极法生产(PREP)粉末和热等静压态合金中的微量元素Hf,Zr和Ta的存在相进行了研究。结果表明:母合金中微量元素Hf,Zr和Ta主要以一次MC型碳化物存在,呈块状、条状和蝶状分布于枝晶间;原始粉末中碳化物大致可分为两类:一类为富Ti,Ta和Nb,另一类为含有Ta,Hf和Zr,两类碳化物均含有一定量非碳化物形成元素Co和Ni及弱碳化物形成元素Cr和Mo,以块状、粒状分布于枝晶间或胞晶间。另外,热等静压态分析表明,微量元素Hf,Ta和Zr主要以晶内和晶界MC型碳化物存在,说明微量元素Hf,Zr和Ta以MC型碳化物存在并具有一定遗传性的特点。与原始粉末相比,热等静压态γ′相和碳化物中的Ta量比较少。     

长期时效对两种镍基高温合金组织稳定性的影响

利用光学显微镜、扫描电子显微镜和EDS能谱分析仪研究了新型镍基高温合金WZ-A3和第三代粉末高温合金RR1000铸态固溶时效后长期时效过程中的组织演变。结合相图计算结果,重点研究了TCP相的析出与组织稳定性。结果表明:WZ-A3合金固溶时效态出现η相;长期时效过程中,η相未消失,合金组织中未观察到其它类型的TCP相;RR1000合金固溶时效态以及长期时效态未发现TCP相;由于Ta、Nb元素的添加,提高了γ′相的固溶温度,WZ-A3合金650、750℃持久强度优于RR1000合金;少量针状η相对合金性能的影响不明显。     

先进镍基高温合金疲劳损伤的微观机制

通过对FGH96粉末高温合金、DZ125定向凝固高温合金、DD6单晶高温合金大量疲劳断口的断裂特征进行统计分析,研究了这3类镍基高温合金疲劳损伤的微观机制。结果表明,这3类合金疲劳断裂的宏观形貌有较大的区别,但由于这几类合金均为镍基面心立方晶体结构,因此其疲劳损伤断裂具有相同的微观演变规律和断裂机制,即:从疲劳裂纹的萌生至裂纹的快速扩展均是以滑移机制进行;疲劳扩展第1阶段均为类解理特征,疲劳扩展第2阶段为疲劳条带,快速扩展区呈现为滑移面、滑移台阶、韧窝特征。由于其组织和成形工艺的区别,其共同的特征表现的具体形貌有所区别。     

航空发动机用粉末高温合金及制备技术研究进展

本文概述了我国粉末高温合金及制备技术的研究进展。在粉末制备方面,重点介绍了Ar气雾化制粉技术关键因素,包括设备、雾化过程、粒度控制、O含量控制、粉末形貌控制和夹杂控制等。针对涡轮盘件制备技术,总结了双性能涡轮盘、双合金整体叶盘技术和等温锻造模具用材料的研究进展。此外,还介绍了在粉末高温合金高通量实验和表征以及蠕变行为等方面的研究进展。结合当前航空发动机、3D打印等高端工程用材料重大需求,对我国粉末高温合金制备技术和发展方向进行了展望。     

新型镍基粉末高温合金FGH98的高温疲劳裂纹扩展行为研究

测定了新型粉末高温合金FGH98在650℃空气环境中的疲劳裂纹扩展速率,与前两代粉末高温合金FGH95和FGH96的裂纹扩展速率进行了比较分析,研究了合金显微结构以及保载时间对FGH98合金裂纹扩展速率的影响.结果表明,FGH98合金的高温疲劳裂纹扩展抗力较前两代粉末高温合金有了明显提高.控制固溶后以适当的方式冷却,使得二次和三次γ’相均匀匹配析出,可以获得具有良好疲劳裂纹扩展抗力的合金组织.粗晶组织有利于降低FGH98合金的疲劳裂纹扩展速率,尤其是在近门隘区.FGH98合金的高温疲劳裂纹扩展速率随保载时间的增加而增加,其断裂模式相应地从穿晶-沿晶混合断裂变为沿晶断裂.     

新型Co基γ-γ′两相高温合金研究进展

综述了L12有序结构沉淀相γ′-Co3(Al,W)强化的新型Co基高温合金的研究进展。重点介绍了在Co-Al-W三元合金的基础上添加不同合金元素后γ-γ′两相合金的典型显微组织、合金的成分偏析行为及高温性能,并展望了新型Co基两相高温合金的应用前景并指出了有待研究的问题。     

低偏析高温合金

研究了微量元素对高温合金凝固偏析的影响，发现通过控制微量元素含量可减轻合金主元素的偏析，并据此开发了一系列高性能的低偏析铸造、定向和变形高温合金。低偏析铸造高温合金的使用温度可比普通同类合金高２５℃；低偏析定向高温合金在无Ｈｆ的条件下，具有比同类定向合金更好的纵向和横向力学性能，纵向力学性能达到第一代单晶高温合金的水平，而且具有理想的工艺性能；低偏析变形高温合金的工艺性能明显改善。     

Precision Cast vs. Wrought Superalloys

The advancement of jet engine technology has traditionally given wrought superalloys eminence when design calls for both reasonable high temperature strength and dynamic fracture reliability. Despite the attractiveness of cast superalloys for their improved buy-to-fly ratios and higher strengthening γ volume fractions, the expansion of polycrystalline castings into the more critical of the superalloy applications has been prevented by a lack of sufficient micro structural control in casting technology. Recently, however, advances in casting technology are making possible the production of defect tolerant superalloy castings with improved fracture reliability. This new generation of superalloy castings now offers serious competition to wrought superalloys. Never before have wrought superalloys been so seriously threatened by their cast counterparts.     

“粉冶-铸-锻”联合体的塑性变形与微观结构

实现盘缘与盘心异种变形高温合金的高强冶金连接是制造双合金涡轮盘的关键。本研究选择粉末高温合金为盘缘材料、变形高温合金为盘心材料,采用电子束焊接盘缘与盘心。电子束焊接后的焊缝区域不仅具有两种母材的结构特征（即粉末高温合金和变形高温合金的结构特征）,而且焊缝区存在明显的铸造组织。两种高温合金材料电子束焊接后形成了组织特征鲜明的“粉冶-铸-锻” 结构。本文首次研究了“粉冶-铸-锻”的变形行为,并重点探讨了焊缝的组织演化规律。相关研究结果不仅丰富了异种高温材料连接区的增强方法与组织控制方法,而且为发展双合金等温变形技术提供了科学依据。     

CRITICAL ISSUES OF POWDER METALLURGY TURBINE DISKS

ＣＲＩＴＩＣＡＬＩＳＳＵＥＳＯＦＰＯＷＤＥＲＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹＴＵＲＢＩＮＥＤＩＳＫＳＫ．Ｍ．Ｃｈａｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ,ＷｅｓｔＶｉｒｇｉｎｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ,Ｐ．...     

Creep Properties and Solute Atomic Segregation of High-W and High-Ta Type Powder Metallurgy SuperalloyEI北大核心CSCD

研究了最新开发的高W高Ta型粉末高温合金GNPM01优异的蠕变性能和蠕变强化机理。利用球差校正扫描透射电子显微镜(AC-STEM)，详细分析了粉末高温合金GNPM01蠕变变形机制和溶质原子在超点阵层错和微孪晶上的偏聚行为，阐明了溶质原子Cr、Co、Mo的偏聚是导致无序微孪晶在晶内扩展的根本原因。GNPM01合金在815℃蠕变过程中，γ’相内孤立的超点阵外禀层错(SESF)处出现了W、Ta、Nb、Co和Ti的Suzuki偏聚，并且偏聚原子具有有序的占位，造成SESF处发生局部微区相变(LPT)，形成的[(Ni, Co)₃(Ti, Nb, Ta, W)]有序相η相能有效阻碍微孪晶的形成和扩展，从而降低合金的蠕变速率。     

返回料添加比例对铸造钴基高温合金K640S 组织与性能的影响

研究了返回料添加比例对铸造钴基高温合金Ｋ６４０Ｓ组织和性能的影响。结果表明,随返回料添加比例的增加,合金中的氮含量明显增加,导致枝晶组织粗大、疏松倾向明显,引起力学性能的变化。当返回料添加比例大于６０％时,返回合金的高温拉伸强度降低,其中Ｍ２３Ｃ６型碳化物和基体的界面是拉伸破坏的起源地。研究发现,氮含量增加导致显微疏松增多,使高温蠕变第三阶段应变速率加快,导致Ｋ６４０Ｓ返回合金的持久强度和蠕变强度     

Surface Condition of New γ–γ′ Co-Al-Mo-Nb and Co-Al-W Cobalt-Based Superalloys After Oxidation at 800 °C

A new type γ–γ′ Co-Al-Mo-Nb Co-based superalloys were developed due to limitations of basic Co-Al-W superalloys, related to tungsten alloying. The present study aims to characterization of new γ–γ′ Co-10Al-5Mo-2Nb (at.%) cobalt-based superalloy performance in terms of the high-temperature exposure under cyclic conditions, with particular regard to surface condition. Specimens were tested in cycles of high-temperature exposition (25, 50, 75, 100 and 150 h) in air environment at 800 °C. Detailed analysis of oxidized surfaces by scanning electron microscopy, energy-dispersive spectroscopy and x-ray diffraction was made at various intervals during testing. The cyclic oxidation behavior of new alloy was compared to the basic Co-9Al-9W (at.%) Co-based superalloy.     

高温合金磨削热力耦合及其对表面完整性的影响研究现状

高温合金具有耐热性、耐腐蚀性等优良性能,被广泛应用于航空发动机的精密制造与修复。磨削能够提高部件的加工精度和表面完整性,是加工高温合金材料的重要方法。在磨削过程中,高温合金因材料的高强韧性,使得磨具磨损严重,并且磨削时冷却液难以进入磨削弧区,导致高温合金的磨削力和磨削温度较高。在多刃磨削加工下,复杂的热-力耦合过程对高温合金表面完整性有着重要影响,表面完整性直接影响服役性能。从产生机理、表征方法及控制等方面阐述了磨削热和磨削力的研究现状,首先介绍了高温合金磨削热及磨削力产生的机理及原因,进而从刚性磨削和柔性磨削的角度综述了磨削温度和磨削力的预测模型及方法,从冷却润滑、工艺参数优化及砂轮结构改进等方面调研了磨削温度和磨削力的控制策略。从间接耦合法的角度介绍了磨削热-力耦合建模过程。最后,在概述磨削热力耦合的基础上,总结了在磨削热力耦合作用下高温合金的表面粗糙度、表面形貌、组织结构及残余应力等方面的研究成果,并对高温合金磨削热力耦合作用的研究方向进行了展望。     

高温合金GH4169(Inconel 718)中磷晶界偏聚特性的实验研究

采用Auger电子能谱仪测量了镍基高温合金GH4169中磷(P)的晶界偏聚量.结果表明,经1020与1200 ℃固溶处理后在720 ℃时效2 h的样品,P的晶界偏聚浓度分别是0.344%与0.412%(原子分数).晶界偏聚浓度随固溶处理温度的升高而升高.基于这一实验结果,确定了P在该合金中的非平衡晶界偏聚特性.     

The U.S. Superalloys Industry — Status and Outlook

It has been proposed, only half in jest, that aircraft and other aerospace production, as well as computer hard and software production, are also modern benchmarks of technological development. The United States is by far the free world’s major producer of civilian (business), commercial, and military aircraft. It is interesting that about two-thirds of current U.S. produced airliners are sold to foreign airlines, with a significant number of those units being bought by East Asian and Middle Eastern companies.¹ In recent years the United States has also made its latest fighters available to select foreign buyers.¹ Historically, the commercial and military aircraft business has been highly cyclic, and should remain so.² The principal use of superalloys is in the aircraft/aerospace industry (see Table I).³ The other significant use of superalloys is in the power generation industry. As one might expect, since the highly cyclic aircraft industry accounts for most of the superalloy sales, the volume of superalloy shipments is also highly cyclic (see Figure 1). In the 1976 downturn, superalloy shipments were estimated at 45 million pounds. They climbed to a peak of over 80 million pounds in 1979 and 1980, then dropped to lower levels in 1982. The consequences of the highly cyclic demand for superalloys, hedge buying and production overcapacity are considered, along with the internationalization of superalloy production, feedstock insecurities, and the effect of advanced materials to the current industry.