单晶高温合金

摘要： 为了促进国产商用CJ-1000预研发动机涡轮工作叶片的顺利研发,针对第二代镍基单晶高温合金N5,采用电镀铂和气相渗铝工艺,制备铂铝涂层,并考察涂层的高温氧化性能,评价涂层服役过程中组织结构变化及其退化机制。通过对比1080°C5 h渗铝处理和1100°C4 h渗铝处理的涂层在1100°C下的循环氧化行为及组织结构变化,发现1080°C5 h渗铝的涂层具有更好的抗剥落能力,其抗高温氧化性能好于1100°C4 h渗铝样品。

摘要： 为控制单晶涡轮叶片榫齿缓进磨削成形表面质量,通过实验研究缓进磨削工艺参数对DD5镍基单晶高温合金磨削表面完整性的影响规律。实验结果表明,当砂轮线速度在15~30 m/s、工件进给速度在120~210 mm/min、磨削深度在0.1~0.7 mm参数范围内,磨削表面垂直磨削方向粗糙度在0.56~0.74μm范围内,沿磨削方向粗糙度约为垂直磨削方向粗糙度的1/5。三维形貌和表面纹理测试结果表明磨削表面存在明显的因磨粒耕犁和划擦而产生的表面凹槽和材料隆起现象,不同工艺参数下磨削表面凹槽和隆起材料的长度和高度有较明显变化;砂轮线速度对沿磨削方向凹槽和隆起长度影响较敏感;磨削深度和工件进给速度对垂直磨削方向的凹槽和隆起轮廓起伏程度敏感。磨削表面出现了不同程度加工硬化,最高达11.6%,最大硬化层深度达到110μm;磨削表面层出现明显塑性变形,γ相沿着磨削方向出现不同程度的滑移变形,立方化的γ′相出现了偏移、扭曲、破碎断裂现象,最大塑性变形层厚度为2.92μm;DD5缓进磨削塑性变形是加工硬化产生主要原因。实验结果对DD5榫齿磨削提供理论指导。

摘要： 为提高镍基单晶高温合金的抗热腐蚀性能,采用电镀/高温气相渗铝的方法,在合金基体表面分别制备了铝化物涂层、Co改性铝化物涂层和Co/Pt共改性铝化物涂层。将涂层样品置于Na_(2)SO_(4)/NaCl(质量百分比75∶25)混合盐中进行了900°C热腐蚀实验,利用XRD和SEM/EDS等方法研究了三种涂层样品的热腐蚀行为,同时还研究了Co和Pt元素对涂层抗热腐蚀性能的影响。实验结果表明:900°C热腐蚀100 h后,铝化物涂层的质量增重为4.07 g·cm^(-2),Co改性铝化物涂层质量增重为0.74 g·cm^(-2),Co/Pt共改性铝化物涂层的质量增重为5.96 g·cm^(-2);Co/Pt共改性铝化物涂层无明显剥落,氧化膜相对完整,说明其抗热腐蚀性能最好,而另两种涂层则出现明显剥落,说明二者抗热腐蚀性能均较差。Co/Pt的协同作用,促进了涂层表面保护性Al_(2)O_(3)膜的形成,提高了氧化膜的粘附性和自修复性,增大了涂层的钝化范围,降低了涂层外部的S及O等元素的向内扩散速度。

摘要： 铼作为一种稀有难熔金属,在自然界中一般与钼、铜等金属矿物相伴而生。铼具有高熔点、高强度、良好的塑形和机械稳定性,并且由于铼添加会产生“铼效应”,因此被广泛应用于航空发动机涡轮叶片用单晶高温合金中。此外,金属铼储量稀少、加工获取困难,导致其价格昂贵,各国都视其为战略元素。而当前高温合金行业是铼最大的消费领域,约占铼总消费量的80%,并且随着人类航空航天事业的飞速发展,消费市场对铼资源的需求以每年5%的速度增长,导致铼的应用越来越受到重视。为缓解日益增长的铼资源紧张局面,当前已逐步发展出了多样化富集分离手段和使用替代元素、低铼以及铼回收利用等新兴技术使金属铼获得更为充分的应用。

摘要： 利用扫描电镜观察了一种低铼镍基单晶高温合金在1000°C和1100°C长期时效处理不同时间后的组织演化情况。结果表明:在1000°C长期时效处理过程中,随着时效时间延长,γ′相逐渐长大,1000 h后大部分γ′相仍保持一定立方度,γ′相边长达到1μm左右;枝晶内应力的存在导致枝晶干不同区域γ′相呈现不同的形貌;1100°C长期时效100 h后,γ′相逐渐合并、连接,500 h后γ′相完全形筏,随时效时间延长,γ/γ′界面位错网间距逐渐减小,筏形组织逐渐粗化;1000°C长期时效1000 h和1100°C长期时效500 h后仅有少量μ相析出,该合金具有良好的组织稳定性。

摘要： 为了研究1500°C和1540°C两种型壳温度对第三代单晶高温合金DD9叶片截面凝固组织的影响,采用光学显微镜、扫描电子显微镜对叶片典型截面凝固组织进行分析。结果表明:随着型壳温度的增加,DD9单晶涡轮叶片凝固组织的枝晶花样呈细小趋势,二次枝晶呈发达趋势。相同型壳温度下,叶片叶身部位的枝晶比榫头部位的枝晶更细小。随着型壳温度的增加,枝晶干和枝晶间的γ′析出相尺寸和分散度均减小,并且γ′析出相尺寸分布遵循正态分布规律。相较枝晶间区域,枝晶干区域的γ′析出相的平均尺寸减小了61%。相同型壳温度下,叶片叶身部位的γ′析出相尺寸比榫头部位的γ′析出相尺寸更细小。与截面积变小相比,提高型壳温度会使γ′析出相变小更显著。随着型壳温度的增加,γ-γ′共晶尺寸和含量减小,γ-γ′共晶组织呈葵花状和光板状两种形貌特征。

摘要： 用多毛细管X射线透镜做光源的微区扫描型EDXRF仪器,围绕出射焦斑对称放置4~6个SDD探测器,设计软件控制X射线管、多个探测器、高精度移动平台,同时进行数据采集、信号同步和结果分析,从而开发完成NX-mapping高通量微区扫描型EDXRF仪器。由于多探测器的采用,该仪器的信号强度得到数倍的提升,且稳定性没有因为器件间的差异而变差,同等条件,同等用时的情况下,测试标准偏差降为单探测器时的不足40%。均匀样品2 mm×2 mm面扫描时,400个点的测试标准偏差与定点测试无差异,说明运动机构和控制算法表现优异,不会对测试结果产生影响。对于微区扫描仪器的焦斑尺寸,用“荧光刀口实验”的方法,对Fe,Ni和Mo元素进行了测试,测得三种元素的有效焦斑尺寸最小值分别为52.4,49.3和39.03μm,各元素有效焦斑尺寸随原子序数的增加而减小,这与多毛细管X射线透镜的设计原理相符;实验还发现了各元素焦斑有效尺寸在极小值处对高度变化较为敏感的规律,因此建议为了得到统一清晰的扫描图像,要保持样品表面的平整。最后用NX-mapping仪器对某单晶高温合金样品的Ni,Ta,W和Re元素进行扫描和分布分析,图像清晰,枝晶结构明显可辨,并且其中Ni∶Ka特征线强度高达220 kcps,明显高于普通的XRF测试。在NX-mapping微区扫描型EDXRF仪器中,由于多探测器的采用,信号强度高,测试精密度好,随之测试时间可以缩短,因此可以满足高通量测试的需求。

摘要： 在定向真空凝固炉中,分别采用1560°C、1510°C两种不同的浇注温度制备Ni-Cr-Co-Mo-Ti-Re-Hf-Al-W-Ta单晶试棒,采用OM和SEM分析了不同浇注温度下合金的组织,测试了不同浇注温度下合金在1100°C/140 MPa条件下的持久性能,研究了浇注温度对Ni-Cr-Co-Mo-Ti-Re-Hf-Al-W-Ta合金组织和持久性能的影响。结果表明,浇注温度较低时,合金表面可见链状雀斑组织,枝晶间距和共晶增加且分布不均匀,元素偏析程度较大,γ′相尺寸稍大。浇注温度较低时,合金热处理后显微孔洞和残余共晶较多,γ′相尺寸和形态无明显变化,雀斑附近残余共晶稍多。浇注温度较低时,合金持久寿命较短,枝晶间距、残余共晶和显微孔洞的增加为合金持久寿命较短的主要原因。

摘要： 在单晶炉中制备了一种含Re.Ru的高代单晶高温合金,在1310°C温度下预处理,分别保温0.5h、1h.2h、4h、8h、16h、32 h后空冷,用OM和SEM分析了合金铸态和保温不同时间后的组织。研究结果表明,合金铸态组织由枝晶干细小γ'相、枝晶间粗大γ'相、共晶组织、极少量微孔和碳化物组成。随着预处理时间的增加,保温从0.5 h到4h,微孔的尺寸、数量和体积分数稍微增加,保温8 h后,微孔的数量、尺寸和体积分数显著增多;微孔由不规则形状逐渐变为规则的圆形或椭圆形。随着预处理时间的增加,共晶含量逐渐减少,合金元素枝晶偏析程度减小;保温从0.5 h到4 h,γ'相尺寸稍微增加,保温8 h后,γ'相尺寸显著增加。

摘要： 以第三代单晶高温合金为研究对象,对比标准热处理和热等静压处理前后合金显微疏松和微观组织的变化,研究热等静压后不同温度固溶处理对微观组织演化规律及消除热等静压后γ′相粗化的影响,并在850°C/586 MPa和1120°C/140 MPa条件下进行持久性能测试。结果表明:与标准固溶热处理相比,经过热等静压处理后的合金共晶相全部溶解于基体中,合金中的缩孔完全闭合,枝晶干和枝晶间处的γ′相粗化长大;经过1280°C高温固溶处理后,枝晶干处粗大γ′相发生部分回溶,但是枝晶间存在大块状的γ′相;当固溶温度为1310°C时,枝晶干和枝晶间处的粗大γ′相完全回溶,并二次析出细小γ′相。对比持久性能发现:在850°C/586 MPa条件下,持久微裂纹主要源于MC碳化物,经热等静压处理后合金的持久寿命均略低于标准热处理样品;在1120°C/140 MPa变形过程中,枝晶干处的TCP相是主要裂纹源,热等静压后的样品持久性与标准热处理样品的相当。

摘要： 研究了DD6单晶高温合金的室温振动疲劳特性及疲劳寿命,利用体式显微镜、X射线趋向测定仪、扫描电镜对疲劳断口进行微观分析.结果表明:采用升降图法得到了DD6单晶高温合金的光滑振动疲劳强度为337.5MPa,相当于DD6单晶高温合金室温屈服强度36％.振动疲劳裂纹起源于U型弯的一侧,源区呈现滑移台阶等塑性变形特征,断面由若干个不同角度的[111]晶体学扩展大平面组成,微观为河流或羽毛状的解理花样.

摘要： 本文研究了不同抽拉速度和固溶温度对一种第一代单晶高温合金持久性能的影响.结果表明,在两种测试条件下持久性能表现出相同的规律.在低抽拉速度下提高固溶温度能略微提高持久寿命;高抽拉速度下的持久寿命相对低拉速情况大幅提高,且提高固溶温度显著降低了合金的持久寿命,即在本文所选的范围内高拉速低固溶条件下寿命最长.提高固溶温度时,γ'尺寸增大且变得均匀,同时促进初生MC部分分解及微孔洞的形核与长大,因此提高固溶温度在低拉速下对性能有利,在高拉速下反而降低持久寿命.

摘要： 单晶高温合金具有高的持久强度和蠕变性能，足够的韧性，良好的抗热疲劳和机械疲劳性能，较好的抗氧化性和抗热腐蚀性能等优良的高温性能，是目前制造先进航空发动机涡轮叶片的主要材料。燃气涡轮叶片工作条件苛刻，所受应力、温度和环境条件十分复杂，承受气动应力、振动应力、热应力、高温氧化和热腐蚀的综合作用，是航空装备的易损件之一，因此出现不同程度的故障是不可避免的。本文模拟单晶叶片实心和空心结构,制备了单壁和双壁的单晶高温合金冲击试样,研究了在600°C、700°C、760°C、800°C、850°C、900°C的冲击断裂机制.研究结果表明,不同温度单晶高温合金的冲击断裂机制均为类解理断裂,断口上存在解理台阶,滑移带,河流状花样等特征.在试验中温范围内,随着温度增加,冲击断口形貌无明显地的变化.裂纹开始沿大解理面扩展,最后断裂区存在大量解理台阶.解理台阶与单晶高温合金中温疲劳断口上的台阶相似,但不同是随着裂纹的扩展,台阶的间距逐渐减小.不同温度冲击断裂试样组织分析表明,γ′相立方状形貌没有变化,靠近断口处存在大量的滑移带.

摘要： 采用显微组织观察和JMatPro相平衡计算和热力学模拟软件等手段研究了一种实验Ni3Al基单晶高温合金的显微组织和1100°C/90MPa条件下的持久高塑性变形行为,并分析了持久高塑性变形机制.实验Ni3Al基单晶合金为γ/γ'两相组织,热处理后合金枝晶干部位γ'相的体积分数为86.0％,其形貌呈接近立方体形.JMatPro软件在平衡相析出、γ/γ'相点阵常数和γ/γ'点阵错配度方面的计算结果与实验结果吻合的较好.合金1100°C/90MPa的平均延伸率为148.5％,平均断面收缩率为72.3％.合金在持久变形过程中形成平行于应力轴方向的P型近似筏排组织使位错易于滑移传递从而在高温持久条件下表现出高塑性变形行为.

摘要： 本文采用过渡液相连接(Transient Liquid phase Bonding,TLP)方法,在1240°C/10h真空条件下,实现了N5单晶高温合金的有效连接.对接头进行了高温持久测试和高温拉伸测试,利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对断口进行组织观察和成分分析.结果表明:接头的高温持久断裂和高温拉伸断裂的原始裂纹均萌生在中间层的第二相粒子处,第二相粒子为富Ta的MC型化合物;高温持久断裂方式为准解理断裂,断口由撕裂棱连接的小平面构成;高温拉伸也以准解理方式断裂,在准解理区形成了微观剪切面.

摘要： 本文研究了在抽拉速率为2mm/min的凝固条件下,不同含Ru量单晶高温合金的铸态组织、热处理态组织以及长期时效过程中的组织演化.结果表明,三种合金的铸态组织都为枝晶组织.含Ru为3％的合金中的枝晶间区域除了γ/γ'共晶以外,还出现了块状的NiAl基p相.完全热处理后获得了规则的立方形γ'相,随着Ru含量的增加γ'相尺寸逐渐减小.在长期时效过程中,随含Ru量的增力γ'相形筏趋势增加合金析出TCP相的时间推迟,即Ru有明显的抑制TCP相的作用.

摘要： 单晶高温合金具有优异的高温力学性能,是制造先进航空发动机涡轮叶片的主要材料.单晶高温合金的优异性能主要来源于消除了晶界,而再结晶的出现会显著降低合金的性能.基于近年来国内外对于单晶高温合金再结晶的研究,系统介绍了单晶高温合金再结晶的特点,总结归纳了热处理温度、第二相粒子、高温氧化以及热处理时间对再结晶行为的影响,给出了再结晶对合金性能的影响,提出了再结晶的控制措施.

摘要： 采用二代单晶高温合金DD5铸造航空发动机高压涡轮外环,通过分析产品结构、合金特点,制定一定组合角度、突变复杂截面靠近加热器的试验方案.针对300多个小散热柱,设计新的型壳面层的材料和制壳参数;为提高单晶铸件的生产效率,首次设计出单晶铸件双层组合试验,并对单晶完整性的再结晶等缺陷倾向进行了机理分析和改进.

摘要： 进行了应用于某型发动机的DD5单晶高温合金涡轮导向叶片热疲劳试验研究,并将其与相同结构的DZ40M定向材料叶片进行了对比分析,试验结果和对比分析都表明其具有较为优异的抗热疲劳能力.

摘要： 根据航空发动机对涡轮叶片材料的需求,开展了DDX2单晶高温合金及涡轮叶片的研制.研制的DDX2单晶高温合金达到了国外同类产品的总体水平,该合金不但具有卓越的高温性能,而且还具有优异的工艺性能和抑制再结晶能力.批量试制出了两型发动机的DDX2单晶涡轮叶片,该叶片的化学成分、力学性能、内部质量、取向偏差等符合暂行技术标准的要求,优化后的叶片制备工序合理可行,能够抑制单晶叶片再结晶的产生.后续将开展DDX2单晶叶片零部件试验及整机试验考核;进一步深入研究特种工艺对单晶的影响;进一步固化工艺,提高合格率和批量生产的稳定性.

摘要： 本发明提供了一种镍基单晶高温合金籽晶合金的成分设计方法及镍基单晶高温合金籽晶合金，属于单晶高温合金制备技术领域。本发明所述成分设计方法所得镍基单晶高温合金籽晶合金能与镍基单晶高温合金的母合金保持高度的匹配性，使两者晶格常数差不超过1.5％；本发明所述镍基高温合金籽晶与其所生长的单晶合金在相同温度梯度下的枝晶间距不超过50μm，能够减小籽晶和单晶母合金之间的界面能，并减小单晶中各元素在枝晶间的偏析，有效提高了籽晶外延生长速率与单晶高温合金组织的致密性和均匀性；本发明所制备的镍基单晶高温合金籽晶合金与母合金的液相线温度相差不超过20°C，有效降低了因籽晶回熔产生的杂晶，从而防止单晶制备失败或取向偏离的概率。

摘要： 本发明公开了一种单晶高温合金的选晶方法及单晶高温合金铸件，旨在有效减小单晶高温合金的取向偏离，提高单晶高温合金的性能。为此，本发明实施例一方面提供的单晶高温合金选晶方法，将选晶器的起晶段和螺旋选晶段偏心连接，使得定向凝固过程中，起晶段芯部取向较小的晶粒从螺旋选晶段的底部偏向螺旋选晶段的起始延伸方向一侧进入螺旋选晶段内，从而获得生长优势，淘汰起晶段外侧取向偏离较大的晶粒，以此获得取向偏离较小的单晶高温合金铸件。

摘要： 本发明涉及高温防护涂层制备领域，具体为一种单晶高温合金基体上单晶MCrAlY涂层的激光熔覆成形方法。首先，将待熔覆涂层的单晶高温合金试样表面进行砂纸打磨及喷砂处理，保证试样表面无氧化膜等杂质；其次，根据单晶高温合金试样表面的形状，利用计算机软件规划出激光扫描路径；而后，利用激光束依照规划好的路径，采用同轴送粉的粉末输送方式进行熔覆成形；最后，在特定温度进行退火处理以获得无应力、元素成分和显微组织良好的涂层组织。采用本发明方法制备的单晶MCrAlY涂层，晶体取向与合金基体一致，且涂层与基体的接触面可形成致密的冶金结合，服役过程中不易剥落。

摘要： 本发明公开了一种提高定向凝固柱晶和单晶高温合金铸件高温持久寿命的方法，属于定向凝固柱晶和单晶高温合金铸件修复技术领域。该方法采用预先热处理方法对已产生变形的定向凝固柱晶和单晶高温合金进行热处理，然后进行定向凝固柱晶和单晶高温合金的标准热处理。本发明提供的提高定向凝固柱晶和单晶高温合金铸件高温持久寿命的方法有如下优点：可以通过预先热处理使合金成分均匀化；生成细小的碳化物，强化再结晶晶界；减小再结晶深度从而提高定向凝固柱晶和单晶高温合金铸件的高温持久寿命。与等量变形后直接标准热处理的定向凝固柱晶和单晶高温合金铸件相比，经过预先热处理后，高温持久寿命明显提高。

摘要： 本发明提供了一种镍基单晶高温合金籽晶合金的成分设计方法及镍基单晶高温合金籽晶合金，属于单晶高温合金制备技术领域。本发明所述成分设计方法所得镍基单晶高温合金籽晶合金能与镍基单晶高温合金的母合金保持高度的匹配性，使两者晶格常数差不超过1.5％；本发明所述镍基高温合金籽晶与其所生长的单晶合金在相同温度梯度下的枝晶间距不超过50μm，能够减小籽晶和单晶母合金之间的界面能，并减小单晶中各元素在枝晶间的偏析，有效提高了籽晶外延生长速率与单晶高温合金组织的致密性和均匀性；本发明所制备的镍基单晶高温合金籽晶合金与母合金的液相线温度相差不超过20°C，有效降低了因籽晶回熔产生的杂晶，从而防止单晶制备失败或取向偏离的概率。

摘要： 本发明公开了一种单晶高温合金的选晶方法及单晶高温合金铸件，旨在有效减小单晶高温合金的取向偏离，提高单晶高温合金的性能。为此，本发明实施例一方面提供的单晶高温合金选晶方法，将选晶器的起晶段和螺旋选晶段偏心连接，使得定向凝固过程中，起晶段芯部取向较小的晶粒从螺旋选晶段的底部偏向螺旋选晶段的起始延伸方向一侧进入螺旋选晶段内，从而获得生长优势，淘汰起晶段外侧取向偏离较大的晶粒，以此获得取向偏离较小的单晶高温合金铸件。

摘要： 本发明提供一种改性镍基单晶高温合金、镍基单晶高温合金的中温持久性能的改性方法及应用。所述改性镍基单晶高温合金包含镍基单晶高温Base合金的成分及微量元素；所述镍基单晶高温Base合金的成分包括Cr、Al、Ta、Co、Mo、Re、W、Nb、Y和Ni；所述微量元素选自Hf、B和C中的至少一种。本发明所述的改性方法简单可靠，成本低，适用于工业化生产，在第三代单晶高温合金涡轮工作叶片的改性中具有广阔的前景。

摘要： 一种单晶高温合金基体上外延生长单晶MCrAlY涂层的制备方法，所述方法将单晶高温合金基体采用砂纸打磨试样表面，去除表面层应力和氧化物；采用丙酮超声清洗吹干；将MCrAlY粉末在干燥箱中干燥，采用压片机压成一定厚度的薄片后放置于高温合金基体表面；采用电子束熔覆设备将粉末薄片熔覆在基体上形成涂层。本发明为单晶高温合金基体表面外延生长MCrAlY单晶涂层提供了一种新的方法，本方法可一次性制备较厚的与基体取向一致的单晶涂层，且涂层中杂晶组织少，基体无需预热等。本发明可用于所有单晶高温合金基体上单晶涂层的制备。

摘要： 本发明提供了一种单晶高温合金单晶中间层的制备方法，属于焊接领域。本发明提供的制备方法包括以下步骤：(1)对单晶高温合金的堆焊面依次进行磨光和除油处理；(2)将步骤(1)中除油处理后的单晶高温合金置于控冷装置上，在真空条件下，对处理后的单晶高温合金堆焊面进行堆焊处理，形成单晶中间层；所述控冷装置内部设置有能使液氮通过的冷却槽；所述堆焊过程中液氮保持持续通过；所述液氮的通过速度为6～8L/min。本发明在堆焊过程中采用控冷装置使焊接时中间层能够快速冷却速度，从而减小堆焊时的温度梯度，得到组织为单晶的中间层。

摘要： 本发明涉及高温防护涂层制备领域，具体为一种单晶高温合金基体上单晶MCrAlY涂层的激光熔覆成形方法。首先，将待熔覆涂层的单晶高温合金试样表面进行砂纸打磨及喷砂处理，保证试样表面无氧化膜等杂质；其次，根据单晶高温合金试样表面的形状，利用计算机软件规划出激光扫描路径；而后，利用激光束依照规划好的路径，采用同轴送粉的粉末输送方式进行熔覆成形；最后，在特定温度进行退火处理以获得无应力、元素成分和显微组织良好的涂层组织。采用本发明方法制备的单晶MCrAlY涂层，晶体取向与合金基体一致，且涂层与基体的接触面可形成致密的冶金结合，服役过程中不易剥落。