粉末高温合金

摘要： 粉末高温合金是20世纪60年代出现的新型高温合金,以金属粉末为原材料,经过后续热加工处理,得到具有较高抗拉强度和良好的抗疲劳性能的合金[1]。本文首先明确了高温合金的概念、分类等,之后介绍了粉末高温合金的目前国内外研究现状,最后着重介绍了目前常见的粉末高温合金的制备技术。

摘要： 为了满足大厚度粉末高温合金零件的高灵敏度检测需求,提出了基于超声环形阵列的全聚焦成像检测方法。从检测灵敏度、信噪比和近表面分辨力3个方面入手,验证了该检测方法的可行性。与常规相控阵多深度聚焦检测方法进行试验对比,结果表明,该方法在灵敏度一致性、近表面分辨力等方面具有显著优势,可为粉末高温合金微缺陷的检测提供一种先进可行的技术。

摘要： 为研究非对称加载下疲劳-蠕变交互作用对粉末高温合金涡轮盘寿命的影响,开展了550°C时不同应力水平及保载时间下FGH96粉末高温合金的低周疲劳-蠕变试验,得到了材料的循环应变响应及疲劳-蠕变寿命随保载时间的变化规律.在此基础上,结合材料的循环软化特征,以循环应变范围作为损伤控制参量,将其与保载时间和动态循环次数相关联,提出了一种基于循环应变特征的疲劳-蠕变寿命预测方法.该模型综合考虑了载荷历程和保载时间对材料疲劳-蠕变损伤的影响,能够实现不同应力水平、不同保载时间下FGH96粉末高温合金疲劳-蠕变寿命预测以及消耗寿命的动态跟踪.通过与工程上常用的几种模型进行对比,发现新模型具有较高的预测精度,且预测结果分散性较小,寿命预测结果基本位于±2.5倍寿命分散带之内,预测标准差小于0.4.

摘要： 针对SWT(Smith-Watson-Topper)模型未考虑材料对平均应力影响的灵敏度以及忽略平均应力对材料塑性变形影响的问题,利用材料的屈服强度和抗拉强度,对Walker指数γ的计算公式进行了改进,并将其引入到SWT模型中对损伤控制参数进行了修正.同时结合M-H (Manson-Halford)模型塑性部分平均应力修正方法对SWT模型中的塑性变形参数进行了修正,从而提出了一种基于改进SWT模型的FGH96粉末高温合金低周疲劳寿命预测方法.利用不同材料的γ试验计算值对改进的Walker指数计算方法进行了验证,计算平均相对误差为10.25％.并利用FGH96合金和其他航空发动机材料的低周疲劳试验数据,对改进SWT模型的寿命预测精度及适用范围进行了评估,并与M-H、SWT和Lv模型进行了对比.结果 表明,改进SWT模型对不同材料的预测结果基本位于±2倍分散带之内,其寿命预测能力要高于其他3种模型.

摘要： 随着航空发动机的发展,对核心耐热部件涡轮盘的服役要求不断提高,镍基粉末高温合金已经成为涡轮盘的首选材料.目前在制备粉末高温合金涡轮盘时不可避免地会引入夹杂物缺陷,夹杂物的存在会导致合金的力学性能,尤其是低周疲劳性能明显降低.为建立带缺陷的粉末高温合金疲劳寿命模型,研究合金中夹杂物的开裂和萌生机理就显得十分必要.国内外学者对合金中夹杂物的成分、形状、位置、尺寸及自身特性等对疲劳性能的影响做了大量研究,并取得了一定的进展,在细观力学的尺度上解释了各种夹杂物的疲劳开裂模式机理;近年来一些学者采用先进的检测手段,从位错、残余应力和应变能等微观力学角度,对夹杂物的开裂机理进行解释.本文首先明确了粉末高温合金中夹杂物的分类、来源等问题,之后介绍了粉末高温合金疲劳寿命预测的研究方法和模型,结合目前存在的问题,指出夹杂物开裂机理研究是建立可靠粉末高温合金疲劳寿命预测模型的关键.同时思考了夹杂物导致裂纹萌生的研究目前所存在的问题,指出在研究裂纹萌生机理时,应将多尺度上的表征和特性进行联系,在微观?细观?宏观三种尺度上分析裂纹萌生过程中相互的响应关系,从而为建立考虑缺陷的粉末高温合金疲劳裂纹萌生寿命方法奠定基础.

摘要： 采用热等静压工艺进行了FGH91粉末高温合金和K418B铸造叶环扩散连接试验,研究了FGH91-K418B双合金的界面成分扩散和连接接头的组织和力学性能。结果表明,在连接界面足够清洁的条件下,选择1190°C+170 MPa的热等静压工艺,可以实现FGH91和K418B两种合金良好的冶金连接。进一步观察和分析发现,扩散连接接头致密完整,无夹杂物和连续的第二相析出物,扩散区宽度80~120μm。FGH91-K418B双合金的拉伸性能、持久性能和显微组织具有良好的一致性,试样断裂均未发生在界面结合处。

摘要： 采用气淬炉模拟了粉末高温合金Udimet720Li经空冷、风冷及油冷等不同冷却路径的固溶处理过程,测试了经过两级时效处理的合金在650°C的拉伸性能,研究了拉伸变形后的位错组态,分析了冷却速率对γ′强化相析出规律及力学性能的影响。结果表明:粉末高温合金Udimet720Li的析出相强化机制为位错切过机制,二次γ′相尺寸越小,合金强度越高。合金二次γ′相的形核析出温度区间为900~1000°C,其尺寸与合金在该温度范围内的冷却速率成反比,冷却速率越大,γ′相尺寸越小,当冷速高于100°C/min时,合金强度达到应用要求。推荐粉末Udimet720Li合金盘件固溶处理的冷却方式为:在1000°C以上保持低冷却速率来降低淬火应力,然后选择油浴作为盘件淬火的冷却方式,入油温度应在1000°C左右。

摘要： 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。

摘要： 对航空发动机涡轮盘的典型材料FGH96粉末高温合金不同保载时间下的疲劳-蠕变变形特性及微观损伤机理进行了试验研究.开展了550°C下不同保载时间的低周疲劳-蠕变试验,讨论了保载时间对FGH96合金应力-应变曲线、循环应变响应、疲劳-蠕变寿命及损伤机理的影响.结果表明:保载时间对FGH96合金疲劳-蠕变变形特性有显著影响,随着保载时间的增加,非弹性应变迟滞能增大,稳态滞回曲线发生右移,包络应变及包络应变率增加,疲劳-蠕变寿命先呈指数减小后趋于平稳,蠕变损伤逐渐起主导作用.断口分析表明:保载时间的引入使得断面呈现出多裂纹源特征,断裂模式由穿晶断裂向穿晶-沿晶混合断裂转变,裂纹扩展区存在滑移带及少量韧窝,瞬断区韧窝特征明显.

摘要： 为研究某航空发动机涡轮盘典型材料粉末高温合金FGH96高温下的变形特性,基于Bodner-Partom(B-P)统一粘塑性本构理论对其高温下的力学行为进行本构建模.开展了550°C下的单轴拉伸及低周疲劳试验,利用Levenberg-Marquardt算法对模型参数进行了优化识别.采用隐式积分算法将本构方程离散为差分方程组,推导了一致切线刚度矩阵,为提高积分过程的精度和可靠性,引入以非弹性应变增量为度量的积分步长控制策略.通过用户子程序接口UMAT将B-P模型引入到ABAQUS有限元软件中进行数值模拟.结果表明:高温下FGH96材料表现出一定的率相关性及循环软化特性,模拟曲线与试验结果平均相对误差在10％以内,具有较好的一致性,说明B-P模型能够较好地模拟FGH96合金高温下的变形特性,验证了本实验模型与UMAT子程序的准确性.

摘要： 利用阿基米德定律,以水为介质,测定粉末高温合金材料密度,通过一系列条件试验和精密度试验,确定粉末高温合金密度的测定方法.

摘要： 粉末高温合金以其优越的高温力学性能成为了现代发动机涡轮盘的首选材料.然而由于制造工艺问题,粉末合金涡轮盘在制造过程中无法避免存在其他金属夹杂物,这些夹杂物易成为材料的裂纹源,对材料使用寿命造成影响.以第二代粉末高温合金FGH96为研究对象,取氧化铝为主要夹杂物,采用损伤力学分析模型,对粉末高温合金典型缺陷进行分析计算.使用有限元分析软件,探究了粉末高温合金中夹杂物不同尺寸、位置以及形状对应力场的影响,进而考虑其对裂纹萌生的影响.为进一步分析裂纹萌生寿命和改进工艺设计提供依据.

摘要： 粉末高温合金是制备航空发动机转动部件的关键材料.本文综述了国内粉末高温合金的研究进展,阐述了新型第三代粉末高温合金的设计特点,并介绍了北京科技大学在新合金设计上所做的工作.根据当前国内粉末高温合金中存在的问题,针对性的提出并开展了两种制备无陶瓷夹杂物的高温合金粉末的自主创新技术和短流程低成本、以喷射成形为核心的制备涡轮盘的自主创新技术路线的研究.将传统的氩气雾化制粉技术和等离子旋转电极法制粉技术与火花等离子体放电制粉技术和电极感应熔化气雾化制粉技术进行了对比,报告了当前的研究进展.详细的说明了以喷射成形为核心的制备粉末高温合金涡轮盘的技术路线和目前所取得的进展.最后,针对我国目前在粉末高温合金中存在的问题,提出了对于今后发展方向的建议.

摘要： 喷射成形是一种近终形快速凝固技术,本文综述了采用喷射成型技术制备新型第三代粉末高温合金FGH100L的研究进展.结合喷射成型高温合金的制备工艺流程,介绍了关于喷射成型第三代粉末高温合金FGH100L的成分设计、喷射成型工艺、组织特征、热变形行为、热处理制度的研究,对比分析了FGH100L合金与其他粉末高温合金的力学性能,概述了盘件的无损检测情况,研究结果显示了喷射成型制备涡轮盘用粉末高温合金是一条可行的有生命力的工艺路线.

摘要： 内蒙古北方重工业集团有限公司(简称:北重集团)是国家"一五"期间156个重点项目之一,是国家常规兵器重点保军企业和国家关键装备制造基地.北重集团坚持把”产学研‘作为科技开发的主要手段，在整合国内外创新资源、积累技术底蕴上用功着力，走出了一条高效快捷的自主创新之路。航空粉末高温合金材料重型挤压技术就是产学研结合的优秀成果。2010年北重集团以世界上最大的挤压机—3. 6万吨黑色金属垂直挤压机为依托，与中航工业北京航空材料研究院、西北工业大学和北重集团等单位组成的研发团队，从计算机数字模拟技术入手，模拟分析粉末高温合金的热态变形机理;兼用小试件做挤压试验，在实际试验中得以验证，且获取实际实验数据，进行研究分析;研究确定挤压模角，开展挤压模具设计;研究确定挤压工艺参数和润滑方法，2011年利用当时现有工装成功试制出第一支粉末高温合金棒。在此基础上，攻关团队再接再厉，进一步优化挤压温度和挤压速度等工艺参数，于2013年初实现新工装的试制通关，于2014年元月实现挤压工艺的重大跨越，Φ280的FGH96棒材，挤压力2万6千吨，产品质量达到国外先进水平。

摘要： 本文针对FGH4097镍基粉末高温合金直接热等静压件应用的航空发动机中,制造涡轮盘、压气机盘、鼓筒轴等高温转动关键部件,主要介绍了FGH4097粉末合金、制件与零件的设计选材研究、研制标准、试验和考核方法等.经试验和试飞考核,保证了发动机高性能、长寿命及材料整体匹配性的要求.

摘要： 针对FGH4097粉末高温合金研制试验过程中发生在夹杂物周围出现大量PPB(原始颗粒边界)聚集缺陷的情况,通过对冲击和低周疲劳断口形貌进行统计观察,并采用预埋外来夹杂物,制造人工缺陷,经热等静压成型和热处理后,沿缺陷部位打开断口观察,找到了缺陷产生原因,提出了控制措施.

摘要： 涡轮盘作为航空发动机的关键件之一，承受着高的离心载荷、热载荷、气动载荷、振动载荷和环境介质的腐蚀氧化作用，工作环境十分恶劣，对目前国内外传统、常见的涡轮盘寿命预测方法进行了介绍,分析了不同模型的优缺点,针对粉末高温合金的夹杂概率特性,指出目前已有的寿命预测模型不能直接应用于粉末高温合金涡轮盘.重点介绍了夹杂对低周疲劳寿命的影响规律、影响机制以及粉末高温合金寿命预测方法的研究进展,包括寿命预测过程中夹杂的处理方法、萌生寿命和扩展寿命预测现状,并指出应加强夹杂致疲劳开裂机制、夹杂定量表征、小裂纹和长裂纹扩展规律、夹杂/基体界面强度以及裂纹萌生寿命预测方面的研究,最后简单介绍了作者关于粉末高温合金萌生寿命预测方法的研究情况和思考.

摘要： 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,并分析了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,对比了二者的力学性能,并采用体式显微镜及扫描电子显微镜对断口进行观察,分析了断裂特征.rn 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.

摘要： 对FGH97开展了蠕变裂纹扩展及蠕变-疲劳裂纹扩展试验研究.发现蠕变裂纹扩展速率da/dt随应力强度因子K呈现双折线的变化趋势,在本文研究的温度范围内,双折线拐点处的K值随温度变化成线性变化;建立了稳态阶段的速率模型;利用二项式模型预测了蠕变-疲劳裂纹扩展速率,并与试验值进行了对比,讨论了蠕变、疲劳与环境的交互对裂纹扩展速率的影响在不同温度、不同应力水平、不同保载时间下表现出的不同特征.

摘要： 本发明涉及镍基高温合金技术领域，尤其是涉及镍基高温合金、镍基高温合金粉末和镍基高温合金构件。该镍基高温合金，由按质量百分数计的如下组分组成：Cr 9%~16%、Co 8%~15%、Al 4.3%~5.5%、Ti 0.3%~0.5%、Mo 0.65%~0.9%、W 9.8%~15%、Ta 2.7%~3.4%、Zr 0.006%~0.016%、B 0.015%~0.08%、C 0.05%~0.8%，余量为Ni和不可避免的杂质。该镍基高温合金具有优异的可打印性能和力学性能，由其制得的镍基高温合金粉末在增材制造后，无微裂纹出现，且力学性能优异。

摘要： 本发明属于增材制造用镍基高温合金技术领域，具体涉及一种增材制造用镍基高温合金、镍基高温合金粉末材料和制品，该镍基高温合金包括如下含量的元素：以重量百分含量计，Cr：21‑25%，Co：18‑20.5%，Al：0.8‑1.7%，Ti：1.5‑4.3%，W：1.3‑2.2%，Ta：0.6‑1.5%，Nb：0.6‑1.8%，C：0.25‑0.6%，余量为Ni和不可避免的杂质。本发明通过控制合金成分中的关键合金元素种类及含量，既能增强了合金制品的高温强度，还能抑制合金制品微裂纹的产生。本发明的镍基高温合金粉末材料在选区激光熔化成型后，能够打印出均匀致密的，且满足高温高强度需求下的复杂零部件。

摘要： 本发明提供了一种增材制造用高γ′含量镍基高温合金粉末、其使用方法、镍基高温合金构件，涉及粉末基增材制造技术领域，增材制造用高γ′含量镍基高温合金粉末按重量百分比计，化学成分包括：Cr12～14％,Co8～9％,Al3.8～4.2％,Ti3.8～4.2％,W2.4～2.8％,Ta1.9～2.1％,Mo1.6～2.0％,Nb1.0～1.2％,Fe0.1～5％,Hf0.1～2.0,C≤0.12％,Si≤0.1％,Mn≤0.02％,Zr<0.03％,B≤0.01％,余量为Ni和杂质元素。使用此高温合金粉末，可以通过选区激光熔融技术打印出致密的，无裂纹的，满足超高温环境下强度需求的复杂零部件。

摘要： 本发明涉及镍基高温合金技术领域，尤其是涉及镍基高温合金、镍基高温合金粉末和镍基高温合金构件。该镍基高温合金，由按质量百分数计的如下组分组成：Cr 9%~16%、Co 8%~15%、Al 4.3%~5.5%、Ti 0.3%~0.5%、Mo 0.65%~0.9%、W 9.8%~15%、Ta 2.7%~3.4%、Zr 0.006%~0.016%、B 0.015%~0.08%、C 0.05%~0.8%，余量为Ni和不可避免的杂质。该镍基高温合金具有优异的可打印性能和力学性能，由其制得的镍基高温合金粉末在增材制造后，无微裂纹出现，且力学性能优异。

摘要： 本发明属于增材制造用镍基高温合金技术领域，具体涉及一种增材制造用镍基高温合金、镍基高温合金粉末材料和制品，该镍基高温合金包括如下含量的元素：以重量百分含量计，Cr：21‑25%，Co：18‑20.5%，Al：0.8‑1.7%，Ti：1.5‑4.3%，W：1.3‑2.2%，Ta：0.6‑1.5%，Nb：0.6‑1.8%，C：0.25‑0.6%，余量为Ni和不可避免的杂质。本发明通过控制合金成分中的关键合金元素种类及含量，既能增强了合金制品的高温强度，还能抑制合金制品微裂纹的产生。本发明的镍基高温合金粉末材料在选区激光熔化成型后，能够打印出均匀致密的，且满足高温高强度需求下的复杂零部件。

摘要： 本发明公开了一种提高增材制造镍基高温合金综合性能的方法以及镍基高温合金粉末，通过稀土元素硼化物提高增材制造镍基高温合金综合性能，所述稀土元素硼化物为LaB6、YB6、CeB6或ErB6中的一种，所述稀土元素硼化物以0.5～2％的质量分数存在。本发明提出通过添加适量稀土元素硼化物进行晶界强化，稀土元素硼化物分解后偏聚于晶界与相界处，改善碳化物形态和分布，降低增材制造镍基高温合金的裂纹敏感因子，抑制成形裂纹的形成，大幅度提高增材制造镍基高温合金的综合力学性能。

摘要： 本发明公开了一种通过碳化物增强增材制造镍基高温合金性能的方法、镍基高温合金粉末及其应用，方法包括，以镍基高温合金粉末为原料，机械混合TiC粉末，通过增材制造技术成形；其中，所述TiC粉末以9.5～10％的质量分数存在。本发明制备的碳化物增强镍基高温合金成形件具有高致密度、高显微硬度、低摩擦系数、低磨损率的特点，与选区激光熔化成形的未增强镍基合金相比，其机械性能有显著的提高。

摘要： 本申请涉及一种镍基高温合金粉末、镍基高温合金工件和制备方法，本申请的镍基高温合金粉末的重量比为Co7.0～20.0％，Cr13.7～16％，Mo1.2～4.0％，Ta1.5～3.0％，Nb0.6～1.3％，Al2.6～3.7％，Ti2.6～3.7％，B0.001～0.01％，Zr0.001～0.03％，W2.2～3％，C0.2～1.0％，余量为Ni。故本申请通过改变用于制造镍基高温合金工件的镍基高温合金粉末中的特定元素范围，从而可以同时实现极好的可打印性能与极高的力学性能，能够降低镍基高温合金工件在增材制造过程中的裂纹敏感性，提高了工件的结构完整性，使其可被广泛应用，满足航天、航空和能源等领域对高温材料力学性能的要求。

摘要： 本申请提供一种VIDP+VHCC双联生产粉末高温合金母合金的方法和粉末高温合金母合金。VIDP+VHCC双联生产粉末高温合金母合金的方法，包括：将所述粉末高温合金母合金的原料使用VIDP炉熔炼，然后加入渣料，同时通过VIDP炉底部供气元件吹氩气，进行渣金反应；所述渣金反应结束并达到浇铸温度时进行真空水平连铸，得到所述粉末高温合金母合金棒坯。粉末高温合金母合金，使用所述的VIDP+VHCC双联生产粉末高温合金母合金的方法制得。本申请提供的VIDP+VHCC双联生产粉末高温合金母合金的方法，可显著提升合金的纯净度，改善合金的力学性能和热工艺性能，达到提高粉末高温合金成品率、服役寿命和可靠性的要求。

摘要： 本发明涉及一种使用镍基高温合金粉末返回料制备高温合金粉末的方法，包括原材料准备：原材料采用选定成分的镍基高温合金母合金棒料和镍基高温合金粉末返回料，按照粉末返回料重量占比20％～75％进行配料；装料：先将镍基高温合金母合金棒料装入雾化制粉炉内，然后放入镍基高温合金粉末返回料；真空熔炼：抽真空后采用中频电源感应加热镍基高温合金棒料和镍基高温合金粉末返回料；步骤四、雾化制粉：采用高纯氩气作为雾化介质对熔融的高温合金进行雾化，获得气雾化镍基高温合金粉末。本发明采用镍基高温合金粗粉作为返回料，直接进行重熔和雾化，制备出满足技术要求的高品质低成本镍基高温合金粉末，大幅降低镍基粉末高温合金产品的研制成本。