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.     

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。     

镍基高温合金的高温力学性能及微观组织分析

以第三代镍基高温合金FGH98为研究对象,通过实验对比了FGH98合金和前两代合金FGH95和FGH96的疲劳寿命和高温裂纹扩展速率,并研究了微观晶粒尺寸和最大载荷保持时间对FGH98合金疲劳抗性的影响。结果表明,粗晶粒FGH98合金的疲劳寿命更长、裂纹扩展速率更低;FGH98合金的高温裂纹扩展速率随着保载时间的延长而增加。     

镍基高温合金的高温力学性能及微观组织分析

以第三代镍基高温合金FGH98为研究对象,通过实验对比了FGH98合金和前两代合金FGH95和FGH96的疲劳寿命和高温裂纹扩展速率,并研究了微观晶粒尺寸和最大载荷保持时间对FGH98合金疲劳抗性的影响。结果表明,粗晶粒FGH98合金的疲劳寿命更长、裂纹扩展速率更低;FGH98合金的高温裂纹扩展速率随着保载时间的延长而增加。     

疲劳保载时间与固溶处理对PMRené95合金高温裂纹扩展速率的影响

经不同固溶时效处理的PM René 95合金于650℃分别在蠕变、保载5和90 s疲劳载荷条件下进行了裂纹扩展速率实验.结果表明,相同热处理制度下,疲劳保载时间越长,裂纹扩展速率越高;相同载荷条件下,增加一次高温固溶并缓冷,有利于降低合金的裂纹扩展速率,且固溶温度越高裂纹扩展速率越低;1200℃一次固溶缓冷并于1160℃二次固溶热处理比1140℃一次固溶的裂纹扩展速率约降低一个数量级;基体晶粒尺寸适当加大,强化相粒子γ′c数量增加、形状趋于田字形,有利于降低裂纹扩展速率.     

激光快速成型FGH96高温合金的显微组织及缺陷分析

以激光快速成型FGH96粉末高温合金为研究对象,采用光学及扫描电子显微镜对沉积态与固溶时效后的显微组织结构进行表征,并分析微观组织与缺陷的特征及形成原因;对两种状态试样进行室温拉伸试验,对比二者的力学性能,并采用体式显微镜及扫描电子显微镜对断口进行观察,分析断裂特征。结果显示:激光快速成型FGH96沉积态组织主要为垂直于熔覆界面的柱状晶,晶内为细密树枝晶,碳化物聚集于枝晶间;重熔区内枝晶结构明显粗大,显示为白亮色;激光快速成型FGH96材料中的主要缺陷为微裂纹,沉积态微裂纹存在于枝晶间,并沿晶界扩展;固溶时效后为典型沿晶裂纹;固溶时效后,FGH96中碳化物减少,组织更加均匀,晶粒尺寸减小,力学性能较沉积态有所提高。     

粉末冶金高温合金差热曲线的相变温度分析方法

采用差热分析技术,研究样品质量和升温速率对FGH96合金差热曲线的影响。以FGH96为代表,探索采用差热曲线分析方法准确测量粉末冶金高温合金相变温度的最佳升温速率和样品质量。分析和对比差热曲线不同方法判定的γ'相完全溶解温度、固相线温度及液相线温度。改进了固相线判定方法,并在此基础上确定了FGH96合金中主要相变温度的最优判定方法。实验测定了FGH96合金热等静压、热挤压和热处理状态的相变温度。结果表明:FGH96合金在不同状态下的相变温度基本相同。同时,确定了高温合金差热分析的两个重要实验参数,提出可统一应用于高温合金差热曲线分析相变温度的判定方法。     

固溶处理对GH864合金裂纹扩展速率的影响

研究不同固溶处理后GH864合金650℃裂纹扩展速率的变化规律。结果表明:随晶粒尺寸和固溶温度增加,裂纹扩展速率呈先降低后增加的趋势。根据多组试验数据拟合得到GH864合金晶粒尺寸与裂纹扩展速率的关系式,预测GH864合金晶粒尺寸在100μm左右,抗裂纹扩展能力可能存在最佳值。同时得到GH864合金固溶温度与裂纹扩展速率的关系式。用不同固溶温度将裂纹扩展速率变化规律划分为5个区域,低于固溶温度1080℃裂纹扩展速率随固溶温度增加而降低,1080℃固溶处理后合金的裂纹扩展速率最低,高于固溶温度1080℃裂纹扩展速率随固溶温度增加而增加。精准控制固溶温度可得到合适的晶粒尺寸和较好抗裂纹扩展能力。     

固溶时效热处理对A286合金组织演变规律的影响

对A286铁基高温合金进行固溶温度+时效两段式热处理工艺优化研究。采用固溶热处理制度为930~1020℃/4 h/WC,固溶时间为0~4 h。合金时效研究采用640~790℃/4 h/AC热处理;在时效温度730℃条件下,研究0~16 h时效时间对合金组织及性能的影响。结果表明:随着固溶温度上升和时间延长,合金晶粒尺寸有一定程度长大,但硬度逐渐下降;随着时效温度提高及时间延长,合金的硬度先升高而后降低;在固溶热处理过程中,合金随着固溶处理温度提高及时间的延长,γ'相回溶入基体;当固溶后的时效温度提高至700℃才析出γ'强化相;随着时效时间延长,析出的γ'强化相发生粗化;合金时效γ'强化相粗化过程符合Ostwald熟化长大规律,计算值与实际值相关系数大于97%;同时,确定了最佳的热处理工艺制度。     

FGH96合金微观组织和力学性能调控研究

利用电子探针、场发射扫描电镜等先进检测手段分析了粉末冶金FGH96合金在不同固溶热处理条件下的组织演变和力学性能。结果表明：通过电子探针分析粉末冶金FGH96合金涡轮盘边缘部分,发现可观察到亮白色颗粒状的硼化物相,对照元素面扫描图像,可以判定硼化物相主要为富含元素W和Mo;随着固溶温度从1080℃增加至1160℃,抗拉强度和屈服强度都小幅度增加,而随着冷却速率的增加抗拉强度和屈服强度相应增加;通过不同固溶温度处理后FGH96合金的蠕变性能相当,而随着冷却速率的增加,蠕变抗力大大增加。     

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。     

HIGH TEMPERATURE CRACK PROPAGATION AND FRACTUREOF SUPERALLOYS

１．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＨｉｇｈｓｐｅｅｄｒｏｔａｔｉｎｇｄｉｓｋｓａｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｓｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｈｏｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｆｏｒｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒｓ,ｅｘｐａｎｄｅｒｓ,ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ,ｌａｎｄｂａ...     

CRITICAL ISSUES OF POWDER METALLURGY TURBINE DISKS

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

N元素对FGH96高温合金析出相的影响

基于Thermo-Calc热力学计算软件及相应的Ni基数据库,计算了含N与不含N时FGH96高温合金中可能的平衡析出相,并用Scheil-Gulliver凝固模型对两种合金进行了凝固模拟.对两种合金的计算结果进行比较,从热力学角度分析研究了N对FGH96高温合金中析出相的影响.结果表明,N元素主要影响一次碳化物的析出行为,而对其他相的析出影响很小;在含有少量N的FGH96合金中,在液相线温度以上可析出Ti、N为主要成分的M(C,N)相,而不含N时,只有当固相率达到70％时才会从残余液相中析出MC型碳化物.由计算得出的一次碳化物的成分变化结果,并结合扫描电镜图和能谱分析结果可推断出,FGH96高温合金中含有N时,首先从液态合金中析出以TiN为主要成分的M(C,N)相,随后的MC型碳化物会在其表面析出,形成以TiN为核心的一次碳化物.     

Optimum microstructure combination for maximizing tensile strength in a polycrystalline superalloy with a two-phase structure

Different microstructural features were obtained under various heat treatment conditions, which provided insight into the factors controlling the critical strength in a polycrystalline Ni–Co-based disk superalloy (TMW-4M3 alloy) with a two-phase structure. The contribution of each microstructural feature, namely, the grain size, annealing twin boundary and distribution of γ′ precipitates, to the total strength was analyzed quantitatively by measuring the Vickers hardness over the nanometer to micron size range. Grain boundary strengthening decreased to nearly zero with increasing solution heat treatment temperature, while the secondary and tertiary γ′ precipitation hardening increased. Therefore, there is an optimum combination of microstructural features for achieving the highest tensile strength in such superalloys, the key factors being the temperature and time used for the solution heat treatment and the subsequent aging treatment. A method for determining the optimum factors for TMW-4M3 is proposed.     

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 ℃。     

基于损伤力学的粉末高温合金FGH96疲劳寿命预测

以粉末高温合金FGH96为研究对象,提出采用损伤力学理论来建立寿命预测模型。对于不同夹杂物特征,粉末高温合金裂纹萌生有不同的表征参量,其数值变化为裂纹萌生的寿命预测提供思路。对粉末高温合金寿命预测的研究现状进行分析,然后利用损伤演变方程建立寿命预测模型;使用有限元软件（ANSYS）分别模拟夹杂物的不同位置、不同尺寸以及不同形状对裂纹萌生的影响,得到相应的损伤参量分布云图。将得到的损伤参量代入计算模型,得到疲劳寿命计算结果,与实验结果进行对比,证明疲劳寿命预测模型的有效性。结果表明:损伤参量Y能较好地表征材料的低周疲劳损伤;在不同的实验条件（温度、应变范围和应变比）下,所建立的粉末合金FGH96疲劳寿命预测模型都能较好地反映夹杂物对粉末高温合金疲劳寿命的影响。     

Fracture and mechanical properties of P100 Gr/6061 Al composite

The effects of heat treatments on the mechanical and fracture properties of continuous fiber Pitch 100 graphite/6061 aluminum (P100 Gr/6061 Al) composite were evaluated by varying solution temperature and aging time. All heat treatments resulted in decreased mechanical properties due to the reaction at the fiber/matrix interface during solution treatments. SEM analysis of the fractured samples showed a large degree of fiber pullout, interface failure, and matrix cracking.