固溶温度对粉末镍基高温合金组织与蠕变行为的影响

通过蠕变性能测试和组织形貌观察,研究固溶温度对FGH95镍基合金组织结构与蠕变行为的影响.结果表明:经热等静压后,合金的组织结构主要由不同尺寸γ′相和γ基体组成;经1150℃固溶和油冷处理后,粗大γ′相在原始颗粒边界不连续分布,且粗大γ′相周边存在γ′相贫化区;随固溶温度提高到1160℃,合金中粗大γ′相数量和尺寸明显...     

镍基双合金扩散偶的拉伸性能研究

采用热等静压(HIP)扩散连接工艺,获得了镍基单晶高温合金与粉末高温合金的扩散偶。研究了热等静压和热处理工艺对扩散偶的组织和拉伸性能的影响。结果表明,不同温度热等静压的扩散偶均实现了冶金结合,瞬时拉伸断口位置处于DD402侧,断裂面为{111}滑移面。随着HIP温度升高,DD402母材的γ′相粒子粗化,FGH95粉末合金母材的再结晶晶粒长大;1 166℃HIP扩散偶热处理后,FGH95粉末合金的γ′相由晶界大尺寸γ′相、晶粒内中等尺寸的和细小的γ′相组成。扩散偶试样的650℃抗拉强度受HIP温度影响小,而屈服强度随着HIP温度升高而降低。     

热等静压及其加锻造和热挤压粉末高温合金FGH95的组织和性能

本工作的目的在于研究不同成型工艺对粉末高温合金FGH95组织和性能的影响,以确定合适的成型工艺。采用了氩气雾化的FGH95合金粉,用热等静压(HIP)、及其加锻造和热挤压三种工艺使之致密化。对各种压坯的显微组织和机械性能进行了研究。扫描电镜和透射电镜的研究结果说明,经过锻造或挤压的合金,其显微组织有明显的改善。热等静压合金的断口是沿粉末颗粒间断裂的,这是由于显微组织中存在着原始颗粒边界(PPB),降低了合金的力学性能。在热等静压加锻造或热挤压的合金中,由于消除了原始颗粒边界,断口是穿晶断裂的,因而改善了合金的强度和塑性。采用热挤压或热等静压加锻造成型工艺比较有效。     

粉末预热处理对HIP Rene‘95粉末高温合金组织的影响

本文研究了Rene′95合金粉末经不同温度预热处理再热等静压(HIP)后合金原始颗粒边界(PPB)碳化物析出、γ′含量及晶粒度的变化;探讨了采用粉末预处理方法减少HIP Rene′95合金PPB碳化物聚集的可能性。结果表明:预处理可以明显改善HIP Rene′95合金PPB碳化物的聚集程度,并且增加合金γ′含量而不改变合金的晶粒度。指出,这是由于预处理改善了HIP前粉末颗粒的表面状态,改变了碳化物在PPB的形核条件所致。     

粉末高温合金中原始粉末颗粒边界研究进展

原始粉末颗粒边界(prior particle boundary,PPB)是粉末高温合金(powder metallurgy superalloy,P/M superalloy)中常见的缺陷之一,它是在制粉期间以及热等静压或热挤压前期的加热过程中,在原始粉末表面处析出的一层细小且连续的第二相网膜;这层析出物可能会阻碍粉末颗粒间的扩散与连接,成为了合金中的薄弱界面,严重破坏合金组织,危害其拉伸、冲击等各项力学性能。本文着重介绍了目前针对粉末高温合金中原始粉末颗粒边界的研究进展,重点概述了影响原始粉末颗粒边界的形成因素及消除措施。     

热等静压冷却速度对粉末冶金高温合金组织及性能的影响

设计了热等静压机冷速的模拟实验。采用两种冷速研究了热等静压(HIP)对粉末高温合金γ′相形貌、尺寸及性能的影响。结果表明,由于HIP冷速低,析出的γ′相尺寸大,在冷却过程中γ′相发生了分裂,γ′相形貌发展成八瓣状、八瓣树枝状和树枝状;冷速越低,γ′相形貌趋向长成树枝状。两种冷速HIP处理的试样经热处理后,γ′相尺寸和形貌发生了改变,由于热处理冷速快,γ′相变为较为规则的细小方形,组织基本相同,力学性能几乎无差别。     

粉末预热处理对FGH95合金组织和性能的影响

本文探讨了采用粉末预热处理方法改善合金组织、提高合金性能及其稳定性的可能性。结果表明：采用粉末预热处理方法明显改善了热等静压（ＨＩＰ）致密材料中原始颗粒边界与晶界上碳化物的聚集程度，并且增加了合金中γ’相的含量而不改变合金的晶粒度；经过１１００℃预热处理的粉末，再经ＨＩＰ及热处理后，其材料的塑性与持久寿命得到明显提高。     

热挤压对FGH96镍基粉末高温合金微观组织的影响

研究了热挤压温度、挤压比、挤压速度、挤压前预处理对FGH96镍基粉末高温合金微观组织的影响规律,确定了获得晶粒尺寸小于10 μm的超塑性细晶组织的热挤压方法。研究结果表明,热等静压后FGH96合金发生了再结晶,实现了粉末的完全致密化成形,但晶粒大小极不均匀,且存在明显的原始颗粒边界(PPB)缺陷。采用热挤压前预处理工艺在确保合金晶粒不长大的同时,又可使γ'相粗化,显著降低热挤压变形抗力。随着挤压温度的升高,合金晶粒尺寸呈长大趋势。挤压温度为1 080 ℃时,获得平均晶粒小于10 μm的完全再结晶超塑性组织,挤压温度继续升高,晶粒尺寸将明显长大。随着挤压比的增大,挤压载荷明显增大,采用大于6∶1的挤压比,有利于获得平均晶粒小于10 μm的完全再结晶超塑性组织。载荷随热挤压速度的升高而增大,在保证合金组织为细晶的条件下,应尽量选择较低的挤压速度。由于在热挤压过程中合金已发生了完全的动态再结晶,未观察到明显的取向,力学性能测试结果也表明沿着挤压方向和垂直于挤压方向的性能相当,说明不同挤压方向的微织构对性能没有明显影响。     

FGH4102粉末高温合金等温热模拟压缩试验及动态再结晶组织研究

本文研究了新型第四代粉末高温合金FGH4102在等温热模拟压缩过程中的组织演变,对γ′相在动态再结晶过程中的作用进行了探讨。结果表明,热等静压态合金在1060~1120℃温度范围变形时,热加工性能较好。1140℃变形后试样容易发生开裂,合金热加工性能较差。合金在γ+γ′两相区变形时均发生了不同程度的动态再结晶,再结晶晶粒尺寸远小于热等静压态的晶粒尺寸。变形过程中,尺寸较大的γ′相起到促进动态再结晶的作用。变形参数对动态再结晶的影响非常显著。低温高应变速率变形时,γ′相促进动态再结晶形核占主导地位,再结晶晶粒比较细小;高温低应变速率变形时,晶粒长大逐渐占据主导地位,再结晶晶粒尺寸较大。     

热等静压制备粉末高温合金原始颗粒边界研究现状

粉末高温合金作为先进高温材料被广泛应用于航空航天领域。热等静压（hot isostatic pressing,HIP）是粉末高温合金构件的制备方法之一，但是原始颗粒边界（prior particle boundaries,PPBs）的存在会极大的影响构件的性能。本文综述了热等静压制备粉末高温合金原始颗粒边界的研究现状，概述了原始颗粒边界的形成机理及其影响，总结了粉末高温合金中原始颗粒边界的消除方法，并对这些方法应用的可行性及有效性进行了分析和展望。原始颗粒边界的消除方法主要包括向粉末添加Hf、Nb等强碳化物形成元素，对粉末进行预热处理，真空动态脱气处理或等离子体滴凝处理；优化粉末制备工艺，选用纯度更高、尺寸分布更均匀的粉末；选用合适的热等静压工艺参数和工艺方式；对制件采取热挤压、退火、固溶处理和热等静压后处理等。     

粉末热挤压SiC_p/2024铝基复合材料的显微组织和力学性能

利用粉末热挤压工艺制备SiCp/2024铝基复合材料,研究所制备复合材料的挤压态和热处理态的显微组织及力学性能,分析复合材料的断口形貌和断裂类型。结果表明:大部分SiC颗粒和析出的大量细小第二相粒子均匀地分布在基体合金中,部分区域的SiC颗粒存在轻微团聚现象,晶粒沿挤压方向被显著拉长,刚性的SiC颗粒长轴平行于挤压方向分布,形成热加工纤维组织。对复合材料进行T6(490℃固溶75 min+170℃时效8 h)热处理后,复合材料的晶粒比较细小,抗拉强度达470 MPa,主要的析出强化相为S′(Al2CuMg)。挤压比的提高有利于提高SiC颗粒和基体合金的界面结合强度。粉末热挤压法制备的SiCp/2024铝基复合材料热处理后的断裂方式主要有3种:SiC颗粒断裂、SiC颗粒与基体合金的剥离和基体合金的韧性断裂,该复合材料的断裂机制为韧性断裂和脆性断裂共存的混合断裂。     

粉末高温合金FGH96中的原始粉末颗粒边界及其对合金拉伸断裂行为的影响

采用等离子电极旋转雾化法和热等静压法(hot isostatic press,HIP)分别制备FGH96粉末与合金,对原始及高温(1 150℃)预热处理后的FGH96粉末表面析出相以及HIPed FGH96合金的原始粉末颗粒边界(prior particleboundary,简称PPB)进行分析,进而研究PPB对合金室温和750℃拉伸断裂行为的影响。研究发现:原始粉末表面无明显析出相,1 150℃预热处理后粉末表面有块状MC和细小氧化物分布;热等静压法制备的FGH96合金及其热处理后,PPB析出相主要由颗粒和块状的金属碳化物MC及富Zr的氧化物颗粒组成;该合金经过固溶和时效处理后,颗粒状MC部分溶解而块状MC长大,PPB碳化物的尺寸分布由单峰分布转变为双峰分布;常温拉伸时微孔在PPB上形成并扩展,合金沿PPB断裂;750℃拉伸时,合金强度与塑性较常温下明显降低,部分M23C6在晶界析出,块状和颗粒状碳化物部分溶解,为M23C6提供碳源,合金断口呈现沿晶和沿PPB混合断裂的形貌。     

一种消除粉末高温合金中PPB的方法

采用等离子旋转电极工艺(PREP)制备的镍基高温合金粉末,经过1170℃热等静压(HIP)固结和热处理后,组织中存在原始颗粒边界(PPB).PPB上析出物主要由γ'相和少量NbC、TiC组成.采用高温固溶处理工艺,结果表明,经过1160℃,4h,空冷固溶处理,可以消除PPB,炉冷效果比空冷差.     

热变形对FGH96高温合金原始颗粒边界的影响

通过Gleeble-1500热模拟试验机对热等静压成形FGH96高温合金进行热压缩试验,其中温度为1075℃,变形速率为0.001 s-1,变形量为70%。利用场发射扫描电镜、透射电镜和电子能谱研究了合金原始颗粒边界（prior particle boundary,PPB）的组成,讨论了原始颗粒边界在FGH96高温合金再结晶过程中的作用,并分析了合金热变形对原始颗粒边界的影响。结果表明:热等静压成形FGH96高温合金中的原始颗粒边界主要由Ti的碳化物和γˊ相共同组成;原始颗粒边界对合金热变形再结晶形核起促进作用,对晶粒长大起阻碍作用;合金热变形可以改善原始颗粒边界在组织中的分布,从而使晶粒长大过程顺利进行。     

气体雾化Al-Zn-Mg-Cu铝合金粉末的形貌及组织性能研究

利用氮气雾化法制备了Al-Zn-Mg-Cu合金粉末,通过扫描电镜、光学显微镜和X射线衍射仪对粉末的形貌及组织特征进行了研究;检测了粉末热挤压法制备的合金棒材的力学性能,并对其断口进行了分析。结果表明:随着粉末颗粒尺寸减小,颗粒形状由以长条形为主转变为以近球形为主。同时,显微组织中的枝晶臂间距减小,晶粒细化效果明显;合金以α-Al相为主,还有少量η-MgZn2平衡相存在。随粉末颗粒尺寸减小基体过饱和度增加,基体相和MgZn2相衍射峰宽化;粉末粒度减小,挤压合金力学性能提高;挤压合金拉伸断口属于韧性断裂。     

粉末粒度对热等静压法制备2A12铝合金组织与性能的影响

分别用3种不同粒度的氮气雾化2A12铝合金粉末为原料,采用热等静压法制备2A12铝合金,研究粉末粒度对合金组织与力学性能的影响。结果表明:热等静压可实现2A12铝合金粉末的近全致密化,粉末粒径越小,粒径分布范围越广,则致密化程度越高,同时几何尺寸收缩较大,压坯的相对密度最高达到97.6%;粒度较大的粉末经过热等静压后,颗粒边界趋于平直,边界与边界的夹角趋于均匀的120°,而粒度较小的粉末原始边界严重变形,部分小颗粒甚至融合在一起;随粉末粒度减小及粒径分布范围增大,Al和Cu等合金元素的析出相由点状连续分布变为集中分布在粉末颗粒的三向交叉处,微观组织更致密均匀,颗粒边界细小,颗粒之间的扩散连接加强。粒度最小的2A12铝合金粉末经热等静压后,析出的合金元素第二相对合金有强化作用,抗拉强度和伸长率都提高,分别达到306 MPa和10.5%。     

选区激光熔化FGH4096高温合金的组织与性能

以等离子旋转电极法制备的FGH4096粉末为原材料,利用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术制备了FGH4096合金,合金致密度达99. 3%。研究了SLM沉积态、直接时效态、固溶+时效态的组织和拉伸性能。SLM沉积态FGH4096合金由柱状晶构成,垂直熔池边界生长,柱状晶内排列着精细的树枝结构或等轴结构,以奥氏体γ相为主,少量的γ′相和碳化物沿树枝结构和等轴结构边界析出;直接时效处理后,大量三次γ′相析出,树枝结构或等轴结构边界粗化;固溶+时效后,回复和再结晶的发生,合金晶粒呈不规则形状,树枝结构和等轴结构消失,少量一次γ′相和碳化物在晶界析出,晶内分布少量二次γ′和大量均匀的三次γ′相。SLM沉积态FGH4096室温拉伸塑性好,热处理后强度明显提高,塑性下降,直接时效态屈服强度和拉伸强度最高,接近锻造状态。3种状态拉伸断口呈穿晶断裂,随着强度的提高,直接时效态拉伸断口出现数量较多的沿晶断裂区域。     

制粉方式对FGH97合金组织和低周疲劳性能的影响

等离子旋转电极粉(P粉)和氩气雾化粉(A粉)经过相同的制备工艺得到两种合金坯料(P合金和A合金)。对两种合金的显微组织和性能进行表征,研究不同制粉方式对FGH97镍基粉末高温合金组织和低周疲劳性能的影响。结果表明:而相较于P合金, A合金的晶粒尺寸更细,γ′相析出更均匀,基本不存在残余枝晶,晶界碳化物呈点状断续分布; A合金的强度略高,塑性显著优于P合金;与此同时,两种低周疲劳裂纹源均以熔渣型夹杂物为主,但A合金的夹杂物尺寸明显更小; A合金低周疲劳裂纹萌生抗力远高于P合金,前者低周疲劳寿命远超过150000周次,远优于后者(70000周次);且A合金的疲劳性能很稳定。     

热处理制度对粉末高温合金性能的影响

对比研究了FGH95合金在不同热加工工艺和热处理制度下γ′相的分布，观察了不同热处理制度处理后合金的组织及时效后小γ′相的中心暗场像相，测试了室温（20℃）和高温（650℃）下材料的拉伸性能，并对高温（650℃）瞬时断裂区断口进行了对比分析。结果表明：相同热处理工艺，热等静压温度较高时，时效析出的γ′相尺寸大；不同热处理制度能改变γ′相的分布，盐浴冷却明显增大中等尺寸γ′相数量和合金的高温塑性。     

FGH96合金原始颗粒边界(PPB)及其对冲击性能的影响

对Ar雾化(AA) FGH96合金的原始粉末颗粒表面、热等静压(HIP)和HIP+热处理(HT)后的合金断口分别进行俄歇电子能谱(AES)分析,并利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对HIP态合金及HIP+ HT态合金进行组织观察.结果表明:HIP态合金的PPB析出相主要由MC型碳化物和尺寸为1～5μm的大γ相所组成;HIP态合金的夏比冲击断口是沿着PPB的位置断裂的,而HIP+ HT态合金的冲击断口的断裂方式是穿晶断裂,呈韧-脆混合断裂的形式;HIP+ HT态合金基本消除了PPB缺陷组织,冲击性能得到明显提高.