镍基单晶高温合金涡轮叶片缘板杂晶的研究进展

镍基单晶高温合金涡轮叶片缘板杂晶的出现严重影响叶片的力学性能,导致叶片报废.综述了关于缘板杂晶的形成本质的研究,总结了不同影响因素对缘板杂晶形成的影响及原因并概况了几种不同杂晶的控制方法,指出了以往研究中存在的问题,展望了未来研究的方向.     

镍基单晶高温合金杂晶缺陷的研究进展

随着单晶涡轮叶片结构的不断优化和高温合金中难熔元素添加量的增大,镍基高温合金单晶叶片在凝固过程中更易出现杂晶、条纹晶、枝晶碎臂、小角度晶界等缺陷。其中,杂晶是单晶叶片制备过程中最常见的一类凝固缺陷,严重影响单晶叶片的成品率。为了减少该类凝固缺陷的产生,提高叶片的成品率,研究镍基单晶高温合金杂晶缺陷的形成机制、影响因素及其控制措施,对提高单晶叶片的服役性能具有重要意义。因此,关于定向凝固过程中杂晶缺陷的形成机制、影响因素及其控制措施的研究,引起了国内外研究者的广泛关注。本文综述了单晶叶片的制备技术,分析了籽晶法和选晶法制备单晶叶片过程中不同位置杂晶的形成机理,分别讨论了选晶段杂晶、籽晶回熔区杂晶、缘板杂晶的影响因素和控制措施,并对未来的研究方向进行了展望。     

籽晶法制备高温合金单晶叶片的研究进展

定向凝固技术制备高温合金单晶叶片主要采用选晶法和籽晶法,目前工业生产中仍以选晶法为主,但籽晶法在取向方面的精确控制是选晶法无法企及的,而且随着高温合金单晶叶片服役环境日趋苛刻,单晶叶片的三维取向控制成为工业生产中面临的主要问题之一,因此籽晶法的研究和发展不容忽视。籽晶法制备高温合金单晶铸件过程中,杂晶缺陷是制约其在工业生产中广泛应用的主因之一,直接影响单晶叶片的合格率,严重影响合金的力学性能。因此,目前关于籽晶法的研究主要集中在籽晶的获取和利用、杂晶的形成机理及控制等方面。本文主要介绍了籽晶法制备高温合金单晶叶片的基本原理,综述了籽晶回熔区杂晶的形成机制、影响因素及控制措施,在此基础上,总结和展望了籽晶法制备高温合金单晶叶片仍存在的一些问题及发展趋势。     

定向凝固和单晶高温合金及涡轮叶片的发展

北京航空材料研究所对定向凝固及单晶高温合金及工艺进行了多年卓有成效的研究,建立了先进的定向凝固设备,发展了定向凝固工艺,研制了一系列高性能定向和单晶高温合金;对合金设计、热处理、合金元素的作用进行了分析研究,为确定合适的化学成分及选定最佳工艺参数提供了可靠的基础;进行了精密铸造工艺的研究,发展了无余量铸造技术和用于定向及单晶的陶瓷型壳和型芯,并用此发展了多种航空定向和单晶叶片,特别是研制和批生产了用于先进航空发动机的DZ22无余量具有复杂内冷通道的空心涡轮叶片。现在,其主要目标是研制无余量的单晶空心叶片及其他单晶课题。     

镍基单晶高温合金力学性能各向异性的研究进展

镍基单晶高温合金凭借优良的高温力学性能和组织稳定性而成为目前制造先进航空发动机和燃气轮机叶片的主要材料,其力学性能各向异性对涡轮叶片的服役性能和安全可靠性至关重要,受到叶片设计师和制造专家的高度重视。为了满足更严苛的使用要求,国内外都在不断研发新型的镍基单晶高温合金来提升叶片承温能力,但是对新型合金力学性能各向异性的研究还不是很全面,对新添加元素的作用机理也有待进一步的研究。近些年来,国内外相关研究表明,镍基单晶高温合金力学性能各向异性与温度、应力等因素有关,不同的单晶合金表现出不同的规律。镍基单晶高温合金的拉伸性能具有明显的各向异性,随着温度的升高,其原子扩散能力增强,开动滑移系的数量增多,拉伸性能的各向异性减弱。随着合金成分中难熔元素含量的增加,滑移系的位错交截概率或变形协调性发生变化,合金表现出不同的拉伸性能各向异性。在中温高应力条件下,合金蠕变性能存在显著的各向异性。随着应力的升高,[001]取向的蠕变性能显著降低,[111]取向变化较小,这与应力变化对滑移系数量的影响有关。随着难熔元素含量的增加,合金不同取向滑移系的开动和层错的形成更容易,从而影响蠕变性能的各向异性。在高温低...     

镍基单晶高温合金的再结晶

镍基单晶高温合金作为先进发动机叶片的主要用材,其再结晶问题日益受到重视.本文综述了热处理温度、热处理时间、变形程度及合金成分等多种因素对镍基单晶高温合金再结晶的影响规律,分析了镍基单晶高温合金再结晶对其蠕变和疲劳性能的影响,并讨论了回复处理及浸蚀直接去除表面变形层、渗碳和表面涂层等控制再结晶的方法.最后,指出了镍基单晶...     

先进镍基单晶高温合金蠕变行为的研究进展

先进镍基单晶高温合金具有优良的成分兼容性,在1 000℃以及更高温度下仍能保持较高的组织稳定性、抗蠕变性、抗疲劳性、抗氧化性和抗腐蚀性能,被广泛应用于现代航空发动机和地面燃气轮机的涡轮叶片等关键热端部件。在服役过程中,镍基单晶高温合金主要发生涡轮叶片旋转造成的蠕变及疲劳变形。另外,现代航空发动机对涡轮进口温度的要求不断提升,使得镍基单晶高温合金的承温承载能力面临着更大的挑战。长期以来,材料科研工作者尝试了许多方法来提升镍基单晶高温合金的蠕变性能:在镍基单晶高温合金中添加了大量的难熔元素(W、Cr、Mo、Re等),降低了元素的扩散速率,从而提高了合金的固溶强化水平;添加了γ'相形成元素(Al、Ti、Ta),形成金属间化合物γ'沉淀相,利用γ'沉淀相与γ基体相之间的相干应变、有序化,以及弹性模量和堆垛层错能差异等沉淀强化机制,提高合金的强度;通过调整热处理制度,进一步优化沉淀相的尺寸、形态以及体积分数,最大化沉淀强化效果;通过调整Mo与Re的含量,提高γ'沉淀相与γ基体相的错配度,细化γ/γ'界面位错网间距,强化γ/γ'相界面强度,提高镍基单晶高温合金的蠕变抗力;同时加入适量的Pt族金属元素,抑制了TCP有害相的析出,进一步稳定了合金组织。然而,镍基单晶高温合金中元素的合金化程度已很高,在CMSX-10中难熔元素的含量高达20.5%,这已经接近镍基体的溶解度极限;同时,也带来了其他一系列问题:组织不稳定性(包括凝固缺陷析出倾向的增加、TCP相的析出)以及合金密度和成本的增加。另外,对于第四代及其后续的镍基单晶高温合金的设计,除依赖提高难熔元素含量和加入铂族元素稳定组织外,并无其他公开、有效的措施。现行措施也与现代工业追求低密度、低成本、环境友好的理念背道而驰。因此,深入认识镍基高温合金成分-组织-结构-性能之间的内在联系十分重要,亟待突破现有的合金设计理论。本文试图从最重要的长时力学性能之一的蠕变性能出发,分别对镍基单晶高温合金成分、组织结构、蠕变行为特点等方面进行了阐述,重点探讨了固溶元素、γ'体积、尺寸、形态、γ/γ'界面、堆垛层错能(SFE)、反相畴界能(APB)等因素对蠕变行为、蠕变机制的影响规律,分析了镍基单晶高温合金蠕变行为研究面临的问题,并展望其研究前景,以期能够深入理解单晶高温合金的强韧化机理,为新一代镍基单晶高温合金的设计提供一些思路。     

镍基单晶高温合金凝固组织特征的研究进展

镍基单晶高温合金的凝固组织对其最终的高温力学性能有着重要的影响,由于制造工艺条件限制,单晶高温合金的制备和加工中总会出现杂晶,保持单晶结构的完整性对提高单晶合金的冶金质量和降低维护成本具有重要意义.综述了镍基单晶高温合金在铸造、焊接、表面熔凝工艺条件下的凝固组织特征的研究现状,分析了工艺条件、工艺参数等对凝固组织和性能的影响,并展望了杂晶缺陷的控制、实现单晶叶片连接区的单晶化.     

镍基单晶高温合金研究进展

单晶高温合金因具有较高的高温强度、优异的蠕变与疲劳抗力以及良好的抗氧化性、抗热腐蚀性、组织稳定性和使用可靠性,广泛应用于涡轮发动机等先进动力推进系统涡轮叶片等部件。由于采用定向凝固工艺消除了晶界,单晶高温合金明显减少了降低熔点的晶界强化元素,提高了合金的初熔温度,能够在较高温度范围进行固溶和时效处理,其高温强度比等轴晶和定向柱晶高温合金也大幅度提高。经过几十年的发展,单晶高温合金已经在合金设计方法、组织结构与力学性能关系、纯净化冶炼工艺和定向凝固工艺等方面取得了重要进展。从单晶高温合金成分特点、合金元素作用、强化机理、力学性能各向异性、凝固过程及缺陷控制、单晶制备工艺等方面,简要介绍了单晶高温合金的主要研究进展。     

镍基单晶高温合金凝固缺陷研究进展

镍基单晶高温合金的凝固缺陷对其力学性能有很大的影响,减少和控制凝固缺陷对提高合金性能和降低成本具有重要意义。综述了镍基单晶高温合金定向凝固过程中可能出现的几个重要缺陷,包括缩松、雀斑、晶体取向的偏离和杂晶,重点讨论了这些缺陷的特点和产生的机理,并从合金成分、工艺参数、铸件结构等方面分析了凝固缺陷的影响因素,指出了减少单晶高温合金凝固缺陷的措施。     

我国航空涡轮高温材料及工艺进展

扼要介绍了北京航空材料研究院近来在航空发动机涡轮部件用铸造热强材料及工艺的新进展，包括：单合金；铸造金属间化合物基叶片金；细晶铸造工艺；生产单晶叶片用的模糊，型芯，壳型。     

非定向熔模铸造过程中高温合金叶片晶粒组织的计算机模拟

论述了近年来发展起来的非定向凝固高温合金叶片熔模铸造过程中晶粒组织形成的计算机模拟方法，包括凝固过程中晶粒组织形成的物理模型，模拟中所采用的二维和三维胞状自动机（CA）技术。     

涡轮叶片材料及制造工艺的研究进展

针对航空发动机涡轮叶片的工作环境和使用要求,介绍了提高涡轮叶片耐温能力的两种途径,即加强叶片冷却和提高叶片材质自身的耐温性能。文中着重评述了用作叶片材料的合金及其制造工艺的研究进展与发展趋势。     

单晶高温合金发展现状EI

从８０年代初第一代单晶高温合金研制成功以来，单晶合金的发展甚为迅速，第二代、第三代单晶合金相继出现和应用，为航空发动机和地面燃气轮机的性能大幅度提高作出了重大贡献。单晶合金及其工艺的发展具有一系列重要特点。其应用范围日益扩大。预计今后相当长一段时期，单晶高温合金仍将是先进燃气涡轮发动机最主要的叶片材料。我国在单晶合金及工艺研究方面已取得显著成绩，但是仍落后于当前国际先进水平。     

DD3单晶合金对开叶片TLP扩散焊工艺探索研究

以我国第一代镍基单晶高温合金DD3为研究对象，采用为DD3合金配制的非晶态箔状中间层合金D1F，对DD3合金瞬间过渡液相扩散焊(TLP扩散焊)接头组织与性能进行了分析，接头高温持久性能达母材性能指标的90％。同时对DD3单晶合金对开叶片扩散焊可行性进行了探索。