热模锻造+直接时效粉末高温合金的强化机制

对涡轮盘用镍基粉末高温合金FGH 4096进行了热模锻造+直接时效处理,探索细化粉末高温合金毛坯组织的工艺及相关增强机制.结果表明:在不降低延伸率的前提下,直接时效处理对于热模锻造后的合金具有明显的强化作用,并且以多方向变形配合直接时效的强化效果最为显著.按多方向热模锻造+直接时效工艺,可使FGH 4096合金的组织显著细化,平均晶粒尺寸达6μm,γ′相析出尺寸达80 nm.OM,SEM和TEM观察表明,除多方向大变形可直接破碎晶粒、细化晶粒外,反复再结晶也是细化晶粒的有效途径;同时,洁净的再结晶晶界完全取代了原始粉末颗粒边界.直接时效处理后保留了多方向变形产生的位错缠结,并且获得更为细小的γ′相.热模锻造+直接时效处理后合金所表现出来的超高强度主要源自于细晶强化、晶界强化、形变强化和γ′相强化的综合作用.     

固溶热处理对新型镍基粉末FGH98Ⅰ高温合金组织与性能的影响

对新型镍基粉末高温合金(FGH98Ⅰ)在不同温度下进行固溶热处理,采用热力学相计算、光学显微镜、场发射扫描电镜及化学相分析等研究了亚固溶和过固溶合金的析出相和显微组织,并综合分析了组织与性能的关系。结果表明:FGH98Ⅰ合金经1130℃亚固溶和1190℃过固溶处理后的析出相均为γ’、MC、M23C6和M3B2等,未发现TCP(拓扑密堆)相。FGH98Ⅰ合金亚固溶热处理后晶粒稍有长大,存在尺寸不同的初次、二次和三次γ′相;过固溶热处理合金的晶粒明显长大,存在单模分布的二次γ′相;前者由于晶粒较小使强度更高,后者因减小二次γ′相尺寸和消除初次γ′相,PPB(原始颗粒边界)和残余枝晶,提高了合金的高温塑性和持久性能,说明不同晶粒尺寸和γ′相特征是FGH98Ⅰ盘件获得双性能的关键因素。     

新型第三代粉末高温合金FGH100L的显微组织与力学性能

采用喷射成形(SF)+热等静压(HIP)+等温锻造(IF)+热处理(HT)工艺制备第三代粉末高温合金FGH100L。研究固溶热处理温度和制备工艺对FGH100L合金的显微组织与力学性能的影响。结果表明,SF+HIP+IF态FGH100L合金显微组织对固溶温度的变化非常敏感,随固溶温度的升高(1110～1170℃),合金的晶粒尺寸长大,γ'强化相的尺寸先增加后减小,其硬度、室温/高温拉伸强度和塑性均呈先增大后减小的趋势。在固溶温度为1130℃时,FGH100L合金中3种尺寸的γ'相的数量平衡匹配较为合理,合金的显微组织特征最佳,合金的硬度和室温/高温拉伸性能均最高。且该温度下,FGH100L合金经SF、SF+HIP+HT和SF+HIP+IF+HT不同工艺处理后,晶粒尺寸先增大后减小;晶粒形貌发生了近球形-多边形-近球形的转变;SF+HIP+HT态合金晶粒尺寸增大,晶界弯曲程度较低。由于SF+HIP+IF+HT工艺使FGH100L合金发生再结晶,细化了晶粒,出现链状组织,形成弯曲晶界,合金具有更高的屈服强度;在SF+HIP+HT和SF+HIP+IF+HT工艺下合金的室温拉伸断口从沿晶脆性断裂转变为穿晶-沿晶混合断裂,高温拉伸断口为沿晶断裂。     

热等静压温度对FGH95合金组织和持久性能的影响

通过对FGH95合金进行不同温度的热等静压处理、组织形貌观察及持久性能测试,研究热等静压温度对合金组织结构与持久性能的影响。结果表明:在低于γ′相溶解温度进行热等静压时,粗大γ′相沿颗粒边界区域不连续分布;随热等静压温度的升高,合金中一次粗大γ′相的数量、尺寸逐渐减小,经1 140℃固溶处理后,晶粒尺寸无明显变化;合金经1 180℃热等静压及完全热处理后,粗大γ′相完全溶解及γ′相贫化区消失,晶粒尺寸明显长大,γ′相和细小碳化物沿晶界及晶内弥散析出,因而合金具有较好的持久性能;合金在持久性能测试期间的变形机制是位错在基体中滑移及剪切γ′相。     

挤压工艺参数对FGH96合金棒材显微组织的影响

对FGH96合金进行了不同挤压工艺参数的热挤压变形,研究了挤压温度、挤压比、挤压速度对FGH96合金热挤压棒材的晶粒组织和γ′相的影响,以及γ′相对再结晶晶粒长大的影响。结果表明:在实验选定的挤压工艺参数范围内,FGH96合金均发生了动态再结晶,随着挤压温度的升高,再结晶晶粒尺寸增大;在FGH96合金棒材的显微组织中,大尺寸γ′相呈链状分布于晶界,小尺寸的γ′相弥散分布在晶粒内部;随着挤压温度的升高,晶界处的大尺寸γ′相逐渐溶解,晶界迁移、阻力减小,再结晶晶粒长大,挤压温度为1100℃时,晶界处的大尺寸γ′相开始快速溶解,再结晶晶粒开始明显长大;挤压比和挤压速度的影响主要体现在单位时间内等效应变量和变形潜热对再结晶形核和长大的双重作用上,挤压比或者挤压速度过大或过小均会出现不均匀组织。     

多火次热模锻造GH4133A合金晶粒度与组织变化

通过热模锻造技术对GH4133A合金分别进行10%和30%的三火镦粗试验,探索了晶粒度随变形火次的变化规律、变形量对变形机制的影响.结果表明:当以10%变形量锻造时,无论是在1080℃还是在1160℃锻造,晶粒都是随火次增大逐步细化的.而以30%变形量锻造时,二火即累计变形60%时晶粒细化效果最显著,三火时晶粒细化效果不及二火.1160℃时细化效果不及1080℃.GH4133A合金在热模低速条件下是以滑移→孪晶→滑移方式或孪晶→滑移→孪晶→滑移方式进行变形的,且变形温度接近锻造温度区间下部时,多火次小变形同样能细化晶粒.     

镍基粉末高温合金FGH4096中γ′相完全溶解温度的测定

通过JmatPro软件测试了镍基粉末高温合金FGH4096平衡相图,并根据γ′相平衡态溶解温度采用OM和SEM等方法研究了不同固溶温度下的γ′相溶解结果。结果表明,热力学软件JmatPro计算的FGH4096合金中的γ′相在930~1100 ℃大量溶解,完全溶解温度在1100 ℃以上。从1110 ℃到1130 ℃晶粒尺寸从16.1 μm长大至18.2 μm,变化不明显,从1130 ℃到1160 ℃,晶粒迅速从18.2 μm长大到28.6 μm。镍基粉末高温合金FGH4096中的γ′相起到强化作用的同时,对晶粒长大具有阻碍作用,随着固溶温度从1110 ℃升至1130 ℃,γ′相含量减少,其对晶粒的钉扎作用降低,导致晶粒有所长大。1130 ℃以上时,γ′相完全溶解,γ′相钉扎作用消失,晶粒迅速长大。最终确定FGH4096合金中γ′相实际的完全溶解温度为1130~1140 ℃。     

固溶处理和疲劳保载时间对FGH96合金高温疲劳裂纹扩展速率的影响

测定了FGH96合金在650℃空气环境中的疲劳裂纹扩展速率,研究了合金显微结构、固溶冷却速率及保载时间对FGH96合金裂纹扩展速率的影响。结果表明,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。FGH96合金的高温疲劳裂纹扩展速率随保载时间的增加而增加,其断裂模式为沿晶断裂。     

固溶处理对粉末冶金GH4099合金组织及性能的影响

通过等离子旋转电极雾化制粉和热等静压工艺制备了粉末冶金GH4099高温合金,并研究了固溶温度对该合金微观组织演变及室温、高温拉伸性能的影响规律。结果表明,粉末冶金GH4099合金微观组织均匀,晶粒尺寸接近原始粉末尺寸(~50 μm),并且无成分偏析。晶界处大尺寸的一次γ′相与碳化物交错分布,晶粒内部存在大量退火孪晶。随着固溶温度的升高,γ相晶粒逐渐长大,晶界处碳化物由断续状逐渐变为连续分布。当固溶温度为1140 ℃时,可获得与轧制件/锻件相当的室温及高温拉伸性能,但塑性较低,合金断口呈现出脆性解理断裂形貌,这主要与热处理过程中原始颗粒边界(PPB)处碳化物的析出有关。     

固溶处理对1种镍基单晶高温合金组织的影响

采用光镜、扫描电镜对1种镍基单晶高温合金的铸态组织和不同温度固溶处理后的组织进行了观察，研究了不同温度固溶处理对γ′相尺寸、γ／γ′共晶、成分偏析的影响。结果表明：合金枝晶间γ′相的固溶温度高于枝晶干γ′相的固溶温度，随固溶处理温度的升高，γ′相尺寸略有增加，γ／γ′共晶量及成分偏析降低；1290℃，4h，AC固溶处理后合金枝晶干、间γ′相全部固溶，1310℃，4h，AC固溶处理后合金中γ/γ′共晶全部消除，1320℃固溶处理时，合金中出现初溶现象；确定1310℃，4h，AC为合金的固溶处理工艺。     

FGH96合金的热塑性变形行为和工艺

通过高温热压缩实验,得到了不同温度和不同应变速率条件下热等静压FGH96合金的真应力-应变曲线,在此基础上,建立了FGH96合金热塑性变形过程中的热加工图.通过对材料微观组织、应力应变响应及热加工图的对比分析,确定了优化的热塑性锻造窗口,提出了FGH96合金细晶盘坯锻造工艺.根据优化的热塑性锻造窗口,利用等温锻造工艺锻造出无开裂的细晶粒盘坯.     

热挤压及热处理对镍基高温合金显微组织的影响(英文)

研究热挤压以及热处理对镍基高温合金FGH96原始颗粒边界(PPB)、γ′相、MC型碳化物及γ基体的影响。结果表明:PPB是由大的γ′相、MC型碳化物和少量的氧化物构成。可通过热挤压将γ′相尺寸由微米级细化到纳米级,并达到消除PPB的效果。热挤压态FGH96合金的晶粒长大激活能为402.6 kJ/mol,表明在低于γ′相完全溶解的温度时,晶粒长大受到γ′相的抑制。在稍高于γ′相完全溶解的温度时,MC型碳化物起到钉扎晶界的作用并阻碍晶粒异常长大。     

转速对FGH96/GH4169高温合金惯性摩擦焊接头组织与力学性能的影响

应用惯性摩擦焊机完成了FGH96/GH4169高温合金焊接,采用光学显微镜、扫描电镜以及拉伸试验机等设备观察并测试了焊接接头的微观组织形貌、显微硬度及拉伸性能。结果表明接头存在FGH96侧母材、热力影响区、焊缝区、GH4169侧热力影响区及母材五个区域,焊缝区组织为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸远小于母材,热力影响区则发生了拉伸变形。接头近界面处最高温度达到1 100℃以上,超过γ'等强化相的固溶温度。焊后热力影响区处强化相部分重溶,在界面细晶区强化相几乎完全重溶。随着转速增大,焊缝区晶粒增大,典型原子的扩散距离增加,接头室温抗拉强度和高温抗拉强度值升高。     

某新型粉末高温合金的晶粒细化

运用Gleeble-1500热模拟机,对热等静压态的某新型粉末高温合金进行了形变温度在1120～1170℃和应变速率在2×10-3～2×10-1s-1下的热压缩实验研究。实验结果表明:热压缩过程发生了动态再结晶,形变温度和应变速率对动态再结晶细化晶粒有重要影响;在高应变速率、低于γ′相完全固溶温度下可获得动态再结晶细晶组织;在高于γ′相完全固溶温度下再结晶晶粒尺寸粗化;其动态再结晶晶粒平均尺寸与Zener-Hollomon参数呈双对数线性关系。     

热模锻工艺对FGH4096合金晶粒度的影响

通过热模(模具温度900℃)锻造方法对FGH4096粉末高温合金进行不同应变速率、不同温度及不同变形量影响晶粒度规律的研究发现,锻前经退火的FGH4096合金的平均晶粒直径随变形的增大而减小,随变形温度提高而有所增大,随初始应变速率的提高而减小,但当变形量达到40%,初始应变速率大小的影响不显著.低应变速率变形时,发生变形的晶粒不断转移,因而再结晶是逐步完成的,先再结晶晶粒可长大,造成细化效果的下降;而高应变速率变形时,晶粒几乎同时变形,再结晶同时发生的概率增大,细化效果显著.     

FGH95合金中γ′相稳定性研究

利用扫描电镜和透射电镜观察分析了热等静压HIP FGH95高温合金经热处理后,基体中γ′相的形貌、分布和稳定性。结果表明:合金经热处理后基体为再结晶晶粒与原始枝晶的混晶组织。基体中除了晶界上分布的固溶处理未溶的棒状γ′相颗粒外,在再结晶晶粒内部还存在有大、中、小3种尺寸的γ′颗粒,其中大的方形γ′相颗粒尺寸约为0.5～0.8μm,并呈8个一组排列,此8个一组排列的γ′相颗粒是由合金在1160℃固溶冷却过程中所形成的单个高温γ′相分裂而形成。进一步观察发现,分裂后的方形γ′相颗粒在后续热处理过程中又发生了不稳定分解,在其颗粒内部有细小γ′相的重新析出,并且随着新析出γ′相的长大原来的方形γ′相颗粒逐渐消失。     

多步热处理对GH4742合金组织性能的影响

采用多步热处理,研究了不同固溶温度和高温时效温度对GH4742高温合金组织性能的影响。结果表明,固溶温度显著改变晶粒尺寸和一次γ′相形态。固溶温度为1090 ℃时,基体中存在大量未溶的一次γ′相,可以有效阻止晶粒长大,同时这种粗大γ′相以及后续时效过程中形成的细小γ′相共存的组织使得合金具有良好的综合力学性能。高温时效处理对组织形貌影响较小,但可以改变γ′相的尺寸,显著影响晶界碳化物的形态,通过Mo置换一次碳化物MC中的Nb、Ti,使晶界连续分布的碳化物发生溶解形成颗粒状的碳化物,显著降低了GH4742高温合金的高温持久性能。     

固溶温度对GH4720Li合金显微组织和力学性能的影响

通过光学显微镜、场发射电镜和力学性能测试,研究了固溶温度对GH4720Li合金显微组织(晶粒、γ′相)及力学性能的影响。结果表明:随着固溶温度的升高,一次γ′相含量减少,三次γ′相尺寸增大,晶粒长大的趋势也变得明显。当固溶温度超过1120 ℃后,一次γ′相回溶迅速,晶粒长大迅速,晶粒尺寸分布不均匀性增加。固溶温度与强度呈抛物线性关系,在1130 ℃强度出现峰值;固溶温度的升高,合金塑性下降,固溶温度超过1100 ℃时塑性下降得更快。680 ℃/830 MPa持久拉伸试验表明,随着固溶温度的提高,持久时间增加,当固溶温度超过1100 ℃持久时间增加明显,但超过1130 ℃持久时间基本不变;随着固溶温度的提高,持久塑性下降,但在1110 ℃之前下降缓慢,超过该温度塑性降低很快,甚至不达标。并讨论了固溶温度-组织-力学性能之间的关联性,该结果为GH4720Li合金盘件的固溶热处理工艺的选择提供了理论参考。     

FGH96高温合金的再结晶组织特征

FGH96高温合金的再结晶主要包括孕育期、形核期和晶核长大期。再结晶形核与长大对温度非常敏感:当变形量较小时,在1050℃充分形核,在1080℃再结晶晶核等轴化过程稳定,能够得到均匀细小的等轴晶,而当温度高于1110℃时,再结晶等轴晶粒显著长大;随着变形量的增大,获得细晶粒的温度由1110℃降低到1080℃左右。促进形核、抑制晶粒长大均有利于晶粒细化。另外,再结晶优先在原始颗粒边界发生,当变形不充分时,内部残留未再结晶区,得到不完全再结晶组织,即"项链"组织。同时,这种组织也是粉末冶金材料晶粒细化过程中必然存在的中间态特征组织,随着变形方向的增加、累积变形量的增大,原始颗粒中心区域能够发生再结晶,"项链"组织也逐渐转化成等轴细晶组织。     

一种镍钴基变形高温合金蠕变变形机制的研究

研究了一种新型镍钴基变形高温合金在650—815℃和不同加载载荷条件下蠕变后的变形组织.结果表明,经过固溶热处理后合金中存在2种尺寸的γ′相.当蠕变温度高于725℃时,大γ′相开始粗化.蠕变温度为650℃时,合金主要通过位错滑移切割γ′相形成层错的方式变形;蠕变温度在725—760℃之间时,蠕变变形组织主要为层错和微孪晶.随着加载载荷和蠕变温度的升高,层错和微孪晶不再独立存在于γ′相中,而是贯穿γ′相和基体;当蠕变温度升高至815℃时,合金主要通过位错绕过γ′相的方式变形.