GH3230合金的焊后热处理

分析测试了GH3230合金氩弧焊接后经不同焊后热处理制度处理后的显微组织、显微硬度和拉伸性能.试验结果表明:GH3230合金焊接板材经1140～1180℃保温10 min焊后热处理,既能使焊后残余应力得到充分释放,又能保证组织稳定,满足合金力学性能要求.     

选区激光熔化制备GH3230镍基高温合金成形工艺及热处理影响研究

采用选区激光熔化技术（selective laser melting,SLM）制备了GH3230镍基高温合金,研究了工艺参数对GH3230镍基高温合金成形缺陷的影响。结果表明,在扫描速度为900 mm/s、激光功率210 W、扫描间距0.09 mm、铺粉层厚度0.04 mm的工艺条件下,成形试样的孔隙率达到最小值（0.010 8%）。随后对最佳参数试样进行了固溶处理,研究固溶处理对试样微观组织和力学性能的影响。结果表明,进行固溶处理后的试样表面会析出大量连成线状的碳化物颗粒,随着保温时间的延长,碳化物颗粒尺寸及数量呈现先增长后降低的趋势,合金内部发生再结晶现象,与此同时,试样屈服强度由421.8 MPa降低至347.8 MPa,抗拉强度由763.4 MPa降低至678.9 MPa,而延伸率由17.19%增长至21.2%,合金强度降低而塑性升高。固溶处理不能消除打印缺陷。     

GH3230合金超温循环氧化行为研究

试验测定了GH3230合金超温至1200 ℃循环氧化动力学,采用SEM、XRD和EPMA观察分析氧化行为及其对近表面层成分、组织的影响。结果表明,1200 ℃循环热暴露使合金持续产生氧化失重,失重速率由高变低再逐渐增加,但100次超温产生的减薄量小于板材厚度波动的控制限度;热暴露后表面残留氧化物主要是Cr2O3和MnCr2O4;碳氧化产生的气体形成的法向压力、氧化物生长应力的增大以及大温差冷却产生的热应力的叠加作用导致外层氧化膜的不断开裂、剥离。同时,沿晶界发生明显内氧化,但氧化脱碳形成的Ni基固溶体层远大于内氧化的深度,可抑制内氧化物的致脆效应。     

GH3230合金TLP扩散焊工艺试验

针对航空发动机热端部件结构材料GH3230合金,设计并制造了2种TLP扩散焊用非晶态中间层,并开展了TLP扩散焊工艺试验。分析了非晶态中间层、保温时间和焊接温度对GH3230合金TLP扩散焊接头微观组织与力学性能的影响;分析了TLP扩散焊的焊接过程中组织和元素分布情况,确定了液相最大宽度和等温凝固完成需要的时间。结果表明,厚度0.025～0.035 mm表面光滑的2号中间层在几种工艺参数条件下均获得了较好的焊接质量,更加适合GH3230合金TLP扩散焊焊接;保温时间从2 h增加到8 h,等温凝固区缺陷不断减少,接头强度先升高后降低,保温4 h时强度达到最高;焊接温度从1 180 ℃升高到1 220 ℃,等温凝固区晶粒逐渐长大, 强度先增加后减少,1 200 ℃×4 h的条件下接头强度达到最高为887.68 MPa,为母材强度的97.6%,且弯曲90°后焊缝没有开裂。GH3230合金TLP扩散焊在保温2 h达到了最大液相宽度70 μm,等温凝固过程的完成时间在2～4 h之间。     

GH4698合金的热处理

针对GH4698合金提出了一种新的热处理工艺：再结晶退火+标准热处理制度,即：980 ℃×4 h空冷+1100 ℃×8 h空冷+1000 ℃×4 h空冷+775 ℃×16 h空冷+700 ℃×16 h空冷。通过观察显微组织并测试合金的残余应力,研究了再结晶退火对组织和性能的影响。试验结果表明,再结晶退火能够有效改善合金的微观组织不均匀性,释放合金内部残余应力,降低后续热处理过程中的晶粒异常长大,从而显著提高GH4698合金的高温力学性能,且保持室温力学性能不变。     

GH3230合金焊接板材长期热暴露后组织和性能研究

研究了GH3230合金焊接板材在经过不同温度(700～1000℃)、不同时间(1000～2000 h)的长期热暴露处理后显微组织和力学性能的变化。结果表明：热暴露处理后熔化区铸态组织的枝晶成分偏析程度显著降低,并且随着热暴露温度的升高,降低效果更明显,逐渐形成晶粒组织。在800℃以上长期热暴露后,室温抗拉强度和屈服强度有所降低,延伸率逐渐上升,主要是由于热影响区小颗粒状(CrW)₂₃C₆碳化物回溶和W₆C碳化物粗化导致的。随热暴露温度升高,高温持久断裂时间明显降低,而持久塑性有所升高,母材晶粒尺寸较小和碳化物粗化是焊接板材断裂在母材处的原因。     

GH3230镍基高温合金的循环热震裂纹扩展行为

为了研究航空发动机火焰筒材料循环热震裂纹萌生扩展机制,采用自主搭建的水冷热震试验设备开展了GH3230镍基高温合金V型缺口平板试样的循环热震试验,峰值温度分别为800、900和1000℃。并采用有限元方法计算了裂纹尖端的应力场,最后基于Paris公式建立了不同峰值温度下GH3230镍基高温合金循环热震裂纹扩展速率模型。结果表明：随着峰值温度升高,循环热震裂纹萌生寿命逐渐降低,裂纹扩展速率加快,次裂纹的长度和深度也随之增加。随着裂纹的扩展,主裂纹尖端应力强度因子逐渐增加。次裂纹的存在会降低主裂纹尖端应力强度因子,但影响较小。Paris公式可以很好地描述循环热震裂纹扩展速率与裂尖应力强度因子幅值之间的关系。     

GH3230合金M23C6型碳化物的析出行为

研究了固溶态GH3230合金在800~1100 ℃时效不同时间下的碳化物析出行为。结果表明:GH3230合金固溶态组织主要为γ相+初生粒状碳化物M₆C+少量晶界粒状碳化物M₂₃C₆。试验合金在800~1100 ℃短时时效后,晶界和晶内析出的碳化物主要为M₂₃C₆型。其中晶界粒状M₂₃C₆型碳化物有沿着晶内长大的倾向,并逐渐变成胞状碳化物。在同一时效温度下,晶内碳化物析出数量会随着时效时间的增加而增加,此后会逐渐回溶,回溶开始的时间会随着时效温度的提高而逐渐提前。     

GH690合金管材热处理工艺优化

以国外Inconel 690成品管的显微组织为参照对象,对国产GH690合金管材在不同工艺条件下的固溶处理与TT处理工艺进行了研究;采用OM、SEM和TEM等表征手段分析了工艺参数对其晶粒度、晶界碳化物形貌和贫Cr区的影响。结果表明:国产GH690合金管在固溶处理过程中,随着固溶温度的提高,尺寸较大晶粒所占比例逐渐升高,长大激活能为265 kJ/mol。当固溶温度超过1100℃时,保温时间对晶粒尺寸影响显著。国产GH690合金管析出细小半连续晶界碳化物的TT处理工艺参数为680℃/10~20 h,715℃/10~20 h,750℃/5~15 h。经1090~1110℃/5 min固溶处理以及715℃/10 h或15 h的TT处理后,国产GH690合金管晶粒尺寸分布、晶界碳化物形貌特征和贫Cr区演化特征与国外Inconel 690成品管非常相似;而其TiN颗粒数量和尺寸明显少于和小于后者,贫Cr区的最低Cr浓度高于后者。通过对显微组织特征的综合评价,表明国产GH690合金管的显微组织总体优于国外Inconel 690成品管。同时,兼顾实际生产中的成本问题,提出国产GH690合金管热处理工艺优化的建议。     

不同热处理工艺对GH4169合金组织及性能的影响

研究了3种不同热处理工艺对GH4169合金组织和性能的影响。结果表明,3种热处理对晶粒大小没有明显影响,而主要改变δ相的析出量以及分布。通过HST处理后在晶界以及晶内可获得较多的δ相;通过DA处理的组织晶界处较平滑,几乎没有δ相析出;而通过ST处理的δ相主要析出于晶界,数量介于两者之间。在650℃,725MPa的蠕变条件下,通过DA处理可获得更长的蠕变寿命和断裂延伸率,而ST处理后的合金寿命最短。对合金蠕变后的试样观察发现:δ相的数量、分布对合金蠕变性能有着重要的影响。     

热处理对选区激光熔化GH3230显微组织及高温拉伸力学性能的影响

为有效提高GH3230高温合金的综合高温力学性能,本文利用选区激光熔化技术成形了GH3230试样,按照优化的热处理制度做了固溶处理。分析了固溶处理前后合金的显微组织结构,测试了合金的高温拉伸力学性能,研究了析出碳化物的形态和分布对高温拉伸力学性能的影响规律,探讨了高温拉伸断裂机制。结果表明：选区激光熔化GH3230合金显微组织由生长方向与材料堆积方向一致的单一γ固溶体柱状晶构成。固溶处理后,沿γ固溶体柱状晶晶界析出了呈链状分布的M₆C型碳化物颗粒,在柱状晶内部析出了弥散分布的M₆C型超细碳化物颗粒,柱状晶变粗,晶粒取向差异减小,出现向等轴晶转变的趋势;高温拉伸力学性能各向异性程度减弱,由于显微组织仍为具有定向凝固特征的柱状晶组织,不同方向的高温拉伸力学性能仍在差异;纵向及横向高温拉伸断裂机制均为沿晶韧性断裂。     

热处理对GH4199合金组织的影响

采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)及布氏硬度实验研究了热处理制度对GH4199合金组织和硬度的影响。结果表明:在1080~1180℃进行固溶处理,合金硬度随着加热时间的延长逐渐下降,固溶温度越低,达到稳定硬度值所需的时间越长,且稳定硬度值也就越高;随着固溶温度的增加奥氏体晶粒逐渐长大,超过1120℃后晶粒明显粗化;在1120℃以下,固溶处理时间对晶粒大小几乎没有影响;合金组织中含有大量的碳化物,主要以M6C形式存在,也有少量的M23C6和MC。随着固溶温度的增加和时间的延长,在晶界呈链状不均匀分布的碳化物逐渐溶解、粗化。     

Effects of Strain Rate and Temperature on Mechanical Property of Nickel-based Superalloy GH3230

对航空发动机用新型镍基高温合金GH3230在不同温度和应变速率下进行了高温拉伸-断裂试验,分析了应变速率和温度对该合金高温力学性能的影响。结果表明,随着应变速率的增加和温度的下降,合金的塑性流动应力有所提高,加工硬化指数下降。从流变应力、应变速率和温度的相关性,得到应变速率敏感系数是一个独立于温度的常量,并计算出GH3230合金的变形激活能=441 kJ/mol。GH3230合金的热变形温度在1273 K左右时,合金在变形过程中能够充分再结晶,并得到晶粒细小、均匀的组织。SEM断口分析表明GH3230合金在高温下（1144~1273 K）应变率范围为10-3~10-1 s-1时的拉伸断裂都是由损伤引起的韧性断裂,且温度对断口形貌影响不大,但应变速率增大会使韧窝尺寸和深浅变小。     

多阶段热处理对GH738合金组织和室温硬度的影响

研究了GH738合金在固溶+稳定化+时效处理的多阶段热处理过程中组织演化规律和相应的室温硬度变化,构建了该合金组织演化的定性模型。结果表明,固溶温度高于γ’相回溶温度时,合金最终组织为连续晶界碳化物和尺寸均匀的γ’相;当固溶温度低于γ’相回溶温度时,在低稳定化温度下晶界碳化物成断续、颗粒状,晶内存在大、小两种尺寸的γ’相。稳定化处理制度为850 ℃×100 min时,合金可以获得最大的室温硬度。     

热处理对3D打印制备GH4169合金组织与性能的影响

通过选区激光熔化(SLM)技术三维打印(3D priting)制备了GH4169合金板状试样,并对其进行了热处理。采用三维原子探针技术(3DAP)以及附带原位拉伸功能的扫描电镜(SEM)对热处理前后试样的显微组织及力学性能进行了检测。结果表明,打印态GH4169合金中熔池和晶粒内部均为凝固枝晶组织,合金元素分布均匀。经过热处理后,基体中形成了大量细小γ″相和γ′相;拉伸试验结果显示,3D打印GH4169合金热处理后具有更优的力学性能,这归因于枝晶组织的消失、有害δ相的减少以及大量纳米级γ″相和γ′相在基体中的析出。