Inconel718不锈钢板,无锡国劲合金是从事金属原材料销售、加工、配送、服务四位为工贸一系列的综合型金属企业。公司以"为世界工业装备提供稳定的金属原材料"为自己的主要理念和使命，并为之孜孜不倦的奋斗。使产品的使用领域从民用，化工，汽车等少数行业扩展到核电、电力、油气开采与输送、炼油、化工、造船、机械、等十多个行业。国劲致力于建造一个包括金特钢生产加工、代理、直销、配送为一体的综合型特钢金属公司。是一家以现货仓储、剪切加工、销售配送特种合金(钛及钛合金、镍及镍基合金、双相钢、不锈钢、奥氏体不锈钢及配套焊材)为主要业务的运营企业。
  国劲合金应用于高、精、尖领域，是电厂脱硫脱硝、石油化工装备、煤化工、化工、PTA、环境保护高频电磁场产生的焦耳热使合金液表面温度上升,促使初始凝固坯壳缓慢均匀地冷却,导致合金液初始凝固点下移,提高了铸坯初始凝固过程的稳定性,从而抑制了铸坯表面振痕的形成。在高频电磁场的力效应和热效应共同作用下,不仅显著减轻铸坯表面振痕,同时还消除了铸坯凹陷和表面裂纹。当高频电磁场电源功率为66kW,磁场频率为20kHz时,得到表面光洁无缺陷的连铸坯,且表面振痕由常规连铸条件下的0.75mm减小至0.18mm;当电源功率增加至100kW时,过高的电源功率使结晶器切缝处和相邻分瓣体处所受电磁压力不同,导致两个相邻分瓣体之间的初始凝固点呈波浪状分布,从而形成了较深的波浪状振痕,使表面振痕深度由0.18mm增加至0.32mm。Inconel合金：Inconel625、Inconel625LCF、Inconel690、Inconel600、Inconel601,Inconel617、Inconel686、Inconel718
在Incoloy800H合金方坯复合电磁连铸过程中,施加电磁搅拌不仅提高了铸坯内等轴晶比率,使其增加至41.45%,并使晶粒组织由10.83mm细化至1.28mm,还减轻了元素的枝晶偏析,消除了中心疏松、缩孔和内部裂纹。同时,施加电磁搅拌对Incoloy800H合金凝固组织中的TiN分布产生显著影响,使铸坯内大尺寸TiN的数量由常规连铸坯中心处的3.71×10-4个/μm2减少至1.59×10-4个/μm2,且减少了TiN在枝晶间的析出。
在常规Incoloy800H合金连铸坯中的内部裂纹断口与主裂纹面上存在大量的大尺寸块状TiN、TiN团簇和条带状TiN夹杂物。分析表明三种TiN夹杂物在与基体交界面处产生应力集中而促进了裂纹的萌生和扩展,同时也会在应力作用下自身开裂而形成裂纹源。而且部分TiN团簇聚集于枝晶间,阻塞了液态金属的补缩通道,导致TiN团簇区域形成缩孔或裂纹。施加电磁搅拌以后,使铸坯内大尺寸TiN数量、枝晶间的TiN和TiN团簇明显减少,降低了裂纹萌生的机率。
与此同时,施加电磁搅拌使得合金液内温度分布趋于均匀,细化了晶粒组织,并促进了凝固组织和合金元素的均质化,减小了铸坯内的热应力,有助于消除Incoloy800H合金连铸坯中的内部裂纹。微束等离子弧焊方法因其能量密度高,小电流下稳定性高、对工件热影响小等优点被广泛应用于石油化工及航空航天零部件的再制造修复。涡轮发动机叶片叶尖、内燃机气门锥面等零件容易因其苛刻的工作环境产生高温氧化、磨损、腐蚀失效。本研究的主要目的是解决此类零件的失效再制造修复问题,研究微束等离子弧再制造修复工艺,优化镍基修复层的组织和性能（抗氧化性、耐磨损性）。
本研究利用有限元模拟方法,模拟了薄板上微束等离子弧焊制备镍基修复层的焊接温度场。结果表明,平面高斯热源和双椭球热源组成的复合热源模型,可以合理的反映微束等离子弧熔覆镍基修复层过程中的热输入状态。修复层结晶过程中受到热循环的影响,使熔合线附近主要为垂直生长的柱状晶;修复层中心析出物较粗大,形态多样;上层有较多针状组织。研究了微束等离子弧熔覆Ni60修复层的组织性能,结果表明:显微组织包括γ-Ni基体,晶间低熔点共晶物Ni4B3、Ni3Si2和析出相:硼铬化合物Cr2B和碳铬化合物Cr23C6、Cr7C3、Cr2C。
Ni基修复层中心的平均硬度为580HV0.2。为提高修复层的抗氧化性能和耐磨损性能,本课题采用机械合金化方法在镍基合金粉末中添加了稀土氧化物Y2O3弥散质点,得到经稀土氧化物强化的修复层,研究了稀土氧化物Y2O3对修复层焊接性、显微组织、显微硬度、抗高温氧化性和耐磨损性能的影响,结果表明:稀土氧化物Y2O3可以改变镍基修复层的焊接性及修复层成型参数（堆高、熔宽、熔池金属与基体的润湿角）,修复层的宏观成型质量在Y2O3含量为1%时-好,适量稀土氧化物颗粒的添加可以使修复层中的碳铬、硼铬析出相尺寸减小,分布密度增大,组织显微硬度增加。
在Y2O3含量≤1%时,随Y2O3含量的增加,常温干摩擦条件下镍基修复层耐磨性增加,在700℃下,修复层氧化膜生长速率降低,抗氧化性增加。添加1%含量的Y2O3可以得到组织、综合性能-佳的镍基修复层。Inconel625有着高耐腐蚀性、高温稳定性好等优点,将Inconel625在钢管内壁进行堆焊,使其形成一个内壁保护层成为双金属复合管,是一种获得兼有强度硬度与耐腐蚀性及成本较低的油气运输管道的加工方法。
而CMT焊接具有波形可控,小电流短路过渡的特点,可以降低件基体的焊接热输入,有效改善堆焊中的稀释率问题。因此研究CMT堆焊Inconel625的焊接过程并优化焊接工艺,对于CMT焊接在镍基合金堆焊中的应用,具有一定的理论意义和实际应用价值。首先本文对Inconel625材料CMT堆焊过程进行了分析,得到了Inconel625材料CMT堆焊波形控制特点;研究了焊接送丝速度对CMT焊接稳定性的影响,研究发现,随着送丝速度的增大CMT焊接的稳定性逐渐降;当送丝速度不超过9m/min时,焊接过程稳定,表面成形良好;而当送丝速度超过9m/min时,开始出现短路过渡与滴状过渡夹杂的混合过渡形式,焊接过程产生飞溅。
其次,进行了单道焊接工艺参数与成形实验研究。通过单因素实验确定了焊接参数变量及参数合理可变区间;通过全因素实验研究了各CMT焊接参数对焊缝成形的影响规律,据实验结果,进行了统计分析,以送丝速度（X1）、焊接速度（X2）和焊丝倾角（X3）为因子,建立了稀释率的线性回归方程为:Y=-9.98+2.59X1-0.0497X2-0.0341X3。控制变量总结了热输入对CMT堆焊层组织及性能的影响,其中堆焊层主要由枝状晶组成,靠近焊缝表面有少量等轴晶,随着热输入的增大,等轴晶区域越大,母材过热区的硬度略微降低。
-后综合分析稀释率、焊缝宽度、润湿角等情况,选取单道焊接试验中送丝速度7m/min、焊接速度50cm/min、焊丝倾角15°的焊接参数组合进行多道焊接试验。结果表明,在道间距为5mm进行多道堆焊时,CMT堆焊成形较为良好;更高或更低的道间距会出现搭接量过大、过小或道间未熔合现象。电化学实验结果表明,所有堆焊层试样在钝化区未发生破钝现象,抗点蚀能力较强;堆焊层熔敷金属的耐蚀性随着堆焊层厚度的增加而增强,但整体上堆焊层各处耐蚀性差异性不大。
快速发展的玻璃制品行业,对于使用铜合金制造的玻璃成型模具,特别是成型模具的型腔表面,提出了更加严格的要求。镍铬硼硅系自熔合金粉末,获得的表面涂层具有高耐磨性能、高温抗氧化性能和耐腐蚀性能,是一种理想的表面涂层耐磨合金粉末,目前已经应用在各类零件的表面处理中。等离子喷焊技术,具有较低的稀释率和良好的冶金结合性能。因此,采用等离子喷焊技术制备镍基合金涂层是提高玻璃模具型腔耐磨性能的理想手段。本文在一种铸造铜合金玻璃模具表面,使用等离子喷焊镍基自熔合金粉末,通过优化其喷焊工艺参数,改善喷焊层的性能。
同时,采用光学显微镜、维氏显微硬度仪、X射线衍射仪、配置能谱仪的扫描电子显微镜、摩擦磨损试验机等研究等离子喷焊工艺参数,喷焊层的显微组织、喷焊层的物相组成以及分布、喷焊层的显微硬度以及喷焊层的耐磨性能。研究结果表明,等离子喷焊工艺参数优化后,可以获得3-5mm无缺陷的等离子喷焊层。等离子喷焊层由γ-Ni固溶体和Cr7C3、SiNi3、FeNi3化合物析出组成。喷焊层底部显微呈细小的等轴晶,喷焊层中部呈枝状晶形貌,喷焊层表面呈相对较大的等轴晶体。
等离子喷焊层的平均显微硬度达到335HV0.3,较基体的230HV,提高了约45.7%;熔合区宽度大约0.5mm,等离子喷焊层在5N试验载荷下,磨损率由基体的37.35mm3N-1m-1降低到2.68-7.68×10-6mm3N-1m-1,在10N试验载荷下由基体的98.53×10-6mm3N-1m-1降低到7.58-6.30×10-6mm3N-1m-1,模具的耐磨性有较大的提高。通过上述研究,实现了对现有铜合金玻璃模具表面等离子喷焊镍基自熔合金工艺的优化,提高了玻璃模具型腔的综合力学性能,从而改善玻璃模具质量和寿命等,满足了企业的生产和设计要求。
Inconel718不锈钢板,激光增材制造是一种新型的激光快速成形技术,利用高能激光束熔化金属粉末,按照化整为零的思路,逐层堆积制造,直接制备一定形状的零部件。镍基合金具有优异的性能,在航空航天、石油化工等众多领域获得广泛应用。本文注重将激光增材制造技术引入多孔镍基合金的制备。以司立太公司的Deloro40镍基合金粉末为实验材料,在激光设备上进行激光增材制造。首先对激光增材制造的工艺进行实验研究,通过单层单道、单层多道、多层多道的工艺实验,研究相关激光参数(激光功率、脉冲宽度、激光频率和扫描间距等)对Deloro40镍基合金粉末成形性的影响规律,为成功制备多孔镍基合金奠定基础。
在成功制备多孔成形件后,测量实际的孔隙率,并研究以上所列激光工艺参数对多孔成形件的孔隙率的影响规律。利用金相显微镜和X射线衍射分析获得多孔镍基合金结构的显微组织和物相成分。利用显微硬度计测量多孔镍基合金成形件的显微硬度。使用电子*实验机对多孔镍基合金的力学性能进行分析。激光增材制造工艺研究结果表明:激光扫描线宽随激光功率、脉冲宽度和激光频率的增大而增大,并-终稳定于某一值;过大或过小的工艺参数对制备多孔成形件都不利。
Deloro40镍基合金粉末激光增材制造优化工艺参数组合为:激光功率110W到130W,脉冲宽度2.0ms到4.0ms,激光频率10Hz到15Hz,扫描间距0.6mm到0.8mm,在此优化工艺参数组合下的激光增材制造成形件表面基本平整,成形性良好。基于上面工艺参数制备所得的多孔镍基合金成形件的孔隙率为12%到32%。观察多孔成形件的纵截面发现:由于激光作用热影响区的存在,导致*熔化或者半熔化状态的镍基合金粉末颗粒依附于预留孔壁内侧,-终成型件的实际孔隙率小于预设的孔隙率。
显微组织研究表明:Deloro40多孔镍基合金的显微组织主要是由枝晶组成,枝晶主要沿着堆积层的方向生长,在激光熔覆重熔区存在一定量的等轴晶。由于激光增材制造多孔成形件晶粒细小以及成形件中硬质相的存在,所以多孔镍基合金的显微硬度达到HV570。多孔镍基合金成形件的压缩性能与孔隙率相关,孔隙率越低,多孔成形件的抗压强度越高。多孔镍基合金的压缩断口显示脆性断裂特征。针对多孔镍基合金在激光增材制造中常见的缺陷“裂纹”、“球化现象”和“翘曲现象”,研究其形成机理,并对减少以上缺陷的方法进行了探索。
随着现代工业的发展对材料的要求越来越高,为了满足各种各样苛刻的使用条件,各种新型材料的研究和开发得到了*的重视进行了切削力预报及切削动力学研究。在镍基高温合金薄壁零件加工过程中考虑其动态特性的时变性,建立侧铣加工时滞动力学模型,提出辐角稳定性判别法,实际加工效果表明,采用此方法获得的稳定切削参数域具有一定的实用性,并与传统二维Lobe图稳定性判别法相比较,一致性好,并且简单实用,易于工程化。通过综合考虑镍基高温合金复杂薄壁零件的制造关键问题,采用理论分析、切削仿真和切削试验相结合的方法,在镍基高温合金复杂薄壁零件加工切屑形成特征、*磨损机理、*运动设计及稳定性极限预测方面进行研究。
研究可为镍基高温合金复杂薄壁零件的切削加工技术推广及应用提供理论依据和技术支撑。在40Cr基体表面利用氩弧熔覆技术制备了镍基合金粉末熔覆涂层。首先研究了熔覆电流、熔覆速度和氩气流量对熔覆涂层的影响,确定-佳的熔覆工艺。为了进一步改善涂层性能,通过在镍基合金涂层中加入C,原位生成WC/Cr7C3增强相;-后在-佳含C量的基础上加入B4C,以达到复合增强的效果,对不同条件下制备的熔覆涂层的组织形貌、硬度、耐磨及耐蚀性能进行了研究。
实验结果表明:当熔覆电流过大或熔覆速度过小时,熔覆层焊透或不能成形良好;但熔覆电流过小或熔覆速度过快,使熔覆层的厚度变小,熔覆宽度变窄,甚至不能得到完整的熔覆涂层;适当降低熔覆电流及提高熔覆速度,可有效细化熔覆层的显微组织;当熔覆电流为180A,熔覆速度为75mm/min,氩气流量为6L/min时熔覆涂层表面形貌-佳。物相分析表明熔覆涂层主要有镍基固溶体、原位生成的碳化物等相,随着C含量的增加,熔覆涂层的硬度和耐磨性都是先增加后降低,在C含量为5%时,熔覆层的硬度和耐磨性能相对较好,涂层的耐蚀性相对较好;B4C的加入可以使晶粒细化和第二相均匀分布,当B4C含量为5%时,涂层表面硬度较高,成形性-佳,涂层表面耐磨性和耐蚀性能-好,当B4C含量超过5%时,熔覆涂层质量下降,成形性差,硬度增长趋势不明显,耐蚀性降低。
镍基单晶高温合金具备优异的高温性能,主要应用于航空发动机和工业燃气轮机的涡轮叶片。单晶高温合金在服役过程中的低周疲劳断裂具有产生*的危害性,因此对其疲劳性能的研究尤为重要。同时,单晶合金具有各向异性,晶体取向是影响疲劳性能的一个重要因素。因此,本文以一种3Re的第二代镍基单晶高温合金为研究对象,研究了[001]、[011]和[111]三种取向合金在980℃的低周疲劳行为,采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段,观察断口、变形后的微观组织以及微观位错组态,分析合金的低周疲劳断裂机制与变形机制。
合金三种取向的疲劳行为研究表明:在980℃总应变幅控制的低周疲劳实验中,[001]、[011]和[111]三个取向的低周疲劳寿命均随着总应变幅的增大而降低。疲劳寿命具有取向依赖性,这主要与弹性模量的差异有关。其中[001]取向弹性模量-小,疲劳寿命-长,[111]取向弹性模量-大,疲劳寿命-短。对合金三种取向疲劳断裂机制的研究表明:三种取向的裂纹从表面或亚表面铸造缺陷或表面氧化处萌生,主要沿非晶体学平面扩展,而[111]取向部分试样沿晶体学平面扩展,循环塑性变形是主要的疲劳损伤机制。
在瞬断区,还伴随一定程度的蠕变损伤。对于断裂后的试样,[001]取向断口几乎与应力轴垂直,γ’相沿着与应力轴垂直的方向形筏,易在不同滑移平面上发生多系滑移;[011]取向断口不平整,γ’相沿与应力轴45°的方向形筏,易开动同一族的滑移系;[111]取向断口-为凹凸不平,没有明显的形筏方向,易发生多系滑移以及不同族滑移系间的交滑移。对于[001]和[011]取向合金,二次裂纹易沿形筏方向扩展,而[111]取向合金,易在裂纹扩展平面相交的界面处形成二次裂纹,并沿某一扩展平面扩展。
观察位错组态变化的结果表明:合金的三种取向在应变幅较高时,循环起始阶段都表现出初始循环软化的特征。但当应变幅较低时,[001]取向中位错不均匀地分布在与应力轴垂直的γ通道中,通过交滑移和攀移的方式运动,由位错湮没和重排引起的位错回复过程以及γ’相的粗化起主要作用,使其表现出初期的循环软化特征;[011]取向位错滑移主要集中在屋顶通道,γ通道中大量的平行位错带,降低位错相互作用的几率,阻碍位错运动,表现出初期的循环硬化特征;[111]取向位错密度增大且分布均匀,位错线排列不规则,γ通道中有大量位错缠结,增大位错运动的阻力,表现出初期的循环硬化趋势。
镍基高温合金GH4133B作为航空发动机涡轮盘主要材料,其具有*的持久性和疲劳性能。本文以镍基合金GH4133B为研究对象,在常温下条件下开展疲劳长裂纹扩展试验,利用有限元软件ABAQUS计算标准CT试件的裂纹应力强度因子,运用扩展有限元技术模拟疲劳裂纹的扩展过程。开展GH4133B合金疲劳长裂纹扩展实验。对不同应力比的GH4133B合金标准CT试样进行疲劳裂纹扩展实验,借助OLYMPUSBX51M显微镜,对裂纹进行追踪摄像,获得一定循环周次下的疲劳裂纹扩展长度。
在疲劳裂纹扩展长度和循环次数关系基础上,利用近似导数的方法得到疲劳裂纹扩展速率。利用理论公式获得各个裂纹扩展长度下的相对能量释放率,结合Paris公式拟合疲劳裂纹扩展速率曲线,获得相应的疲劳裂纹扩展速率函数。利用Paris公式推导出标准CT试样剩余疲劳寿命的估算公式,结合拟合获得的参数C和m,利用辛普森积分计算1~16号试样的剩余疲劳寿命。结果表明,理论剩余寿命与试验剩余寿命误差较小,可以运用理论剩余寿命预测方程对材料的剩余寿命进行预测。
在此基础上与实验进行对比,修正剩余寿命估算公式。结果表明,修正公式能更加准确的对剩余寿命进行预测。利用有限元分析软件ABAQUS扩展有限元计算功能,建立CT试件有限元模型,计算不同裂纹长度下的应力强度因子。利用实验获得的疲劳裂纹扩展Paris公式参数,在ABAQUS中建立疲劳损伤准则,模拟不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为。对比疲劳裂纹扩展实验寿命、理论寿命和模拟寿命,寿命误差在可接受范围内,说明了疲劳裂纹扩展数值模拟的有效性。
本文对镍基高温合金GH4133B进行了疲劳裂纹扩展试验,并与有限元分析结果进行对比。利用扩展有限元方法分析CT试件疲劳行为的方法,可以用于材料疲劳实验的预演,对疲劳实验开展起一定的指导作用。在此基础上改进可以使各种构件的疲劳行为模拟成为可能,为工程设计分析提供新的思路。高温合金由于其优良的力学性能被广泛的应用于航空、航天、舰船、车辆、工业燃气轮机及其他工业部门。高温合金通常被用来制造航空发动机、航天飞机主发动机、柴油机和内燃机增压涡轮、烟气轮机、冶金轧钢加热炉垫块、内燃机排气阀座等需承受疲劳载荷的热端部件。
本文以应用-为广泛的镍基高温合金为研究对象,分析了各种因素影响下的恒幅载荷疲劳裂纹扩展实验得到的相关数据。对于疲劳裂纹扩展速率da/dN与应力强度因子范围ΔK的关系,国内外的研究人员提出了许多相关的模型。本文采用了应用广泛的Paris公式、Walker公式和修正Paris公式,针对20余种镍基高温合金的疲劳裂纹扩展试验数据,进行合金疲劳裂纹扩展理论与模型应用研究。主要研究内容和结论如下:1.本文首先简明介绍金属疲劳裂纹扩展问题的研究背景、研究历程以及当下研究与发展镍基高温合金的状况,接着对疲劳裂纹扩展模型研究的进展、疲劳裂纹扩展理论与数值模拟的研究进展做了概述。
2.本文广泛采集不同温度、应力比、加载频率、环境因素和试件几何尺寸等实验条件下镍基高温合金疲劳裂纹扩展试验数据。关于试验数据的对比研究表明,服役温度对高温合金疲劳裂纹扩展速率da/dN数值影响-大,一般高温可以使镍基高温合金的da/dN数值提高一个数量级;应力比、加载频率、环境因素对da/dN数值影响也比较明显,而试件厚度及其他几何尺寸因素对da/dN数值影响相对难以观察到。在所研究镍含量范围之内的镍基高温合金,镍含量的变化对镍基高温合金疲劳裂纹扩展速率da/dN数值无显著影响,而合金热处理工艺对其有显著影响。
3.分别利用Paris公式、Walker公式和修正Paris公式,对镍基高温合金疲劳裂纹扩展试验数据进行回归分析,结果表明对应不同温度、应力比、加载频率、环境因素和试件几何尺寸,疲劳裂纹扩展模型中的材料常数在一定范围内变化。并且,这些变化在不同的影响因素的作用下有各自的规律。疲劳裂纹扩展理论模型的选取,对于材料常数的影响不大,但对于理论疲劳裂纹扩展速率数值有较大影响。并且,在利用Paris公式进行分析时,采用不同的数值方法对材料常数的取值有较大影响。
4.模型理论计算与试验数据的比较表明,Paris公式拟合精度与试验数据本身的离散性相关;Walker公式适用于描述镍基高温合金的疲劳裂纹扩展行为,且Walker公式中的三个材料参数的取值在一定范围之内,温度对材料参数的影响有一定规律可循;本文所采用的修正Paris公式,对于高温条件下的镍基高温合金,在低应力强度因子范围区的疲劳裂纹扩展速率预测具有很高精度,而在高应力强度因子范围区其理论预测值偏低。通过总结各个模型的研究,本文提出的统一Paris修正公式可以在有较多实验样本的情况下,比较精确的预测镍基高温合金疲劳裂纹扩展行为。
镍基单晶高温合金在高温下具有优良的综合性能,是航空发动机涡轮叶片的主要材料,对于单晶复杂叶片的制造,单凭铸造技术变得相当困难,必然涉及到单晶材料的连接问题,目前常用的连接方法是高温钎焊和瞬间液相扩散焊(TLP扩散焊)。钎焊所得接头性能、很难满足航空工业对于更高性能的要求;TLP连接接头中降熔元素残留影响其高温性能。为了得到性能更好的接头,提出了过渡液相辅助固相连接复合技术,母材液化的规律是该技术实现的前提。
本文选用BNi9、BNi5两种不同的中间层,对DD407镍基单晶高温合金进行过渡液相扩散连接。通过研究不同工艺参数条件下的母材液化区横截面形貌特征,分析工艺参数对液化区宽度的影响;同时研究了不同工艺条件下的界面组织特征及成分分布情况;通过对比分析上述两种中间层对母材的液化效果,综合分析了母材液化规律。采用BNi9中间层合金TLP扩散连接DD407镍基单晶高温合金。结果表明,母材液化宽度随着加热温度的升高而增加,母材液化宽度在1150℃达到-大值60.7μm,过高的加热温度使得液相很快等温凝固;保温时间的增加使母材液化宽度增加,保温1min时,母材液化程度-大;中间层合金厚度越大,母材的液化宽度越大,与加热温度和保温时间相比,中间层合金厚度对母材液化宽度的影响相对较小。
界面的组织主要由反应液化层和中间层固溶体组成。BNi5中间层合金连接DD407镍基单晶高温合金,工艺参数对母材表面液化规律如下:温度升高会促进母材液化,温度升高到1160℃时,母材液化宽度为28.5μm,母材向中间层合金液化界面平整;母材液化宽度随中间层厚度增加而增大,中间层厚度150μm时,母材液化宽度达到-大值55.5μm。对比分析两种中间层材料对母材表面液化的影响,发现BNi9对母材的液化效果优于BNi5,前者具有明显的界面反应层,后者具有明显的强化相残留区。
BNi9的液化机制是通过降熔元素B向母材扩散,扩散区的熔点降低而使得母材液化。而BNi5的液化机制则是中间层中的共晶元素Si与母材相互作用,形成低熔共晶,使得母材液化。综合分析DD407镍基单晶表面液化的规律,归纳其影响因素主要有:降熔元素的种类、加热温度、保温时间、中间层材料的量,等等。K438镍基高温合金精铸件在铸造和使用过程中易出现缺陷,需要修复的问题,以Ni60粉末作为修复填充材料,采用激光熔覆的方式对K438镍基高温合金进行补焊修复,分别对单道、单层多道以及多层多道激光熔覆修复进行了工艺研究,并针对该合金在激光熔覆修复中的宏观形貌、显微组织及力学性能进行了分析。
采用光学金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及能谱仪(EDS)等分析测试手段观察了工艺条件发生变化时激光熔覆修复组织的凝固特征,并对其显微硬度、微区残余应力以及磨损性能等力学性能进行测试,探讨了其磨损机理。工艺试验结果发现,提高激光功率,降低扫描速率或者降低粉末供给速度,都有助于提高熔覆层的熔深、熔宽和接触角,降低熔高。粉末供给速度与熔深和熔宽的关系不大,熔覆时过大或过小的扫描间距都会使表面不平整。
热输入与熔覆层出现裂纹的关系较大,激光功率偏大、扫描速率或粉末供给速度偏小以及扫描间距偏小,都会造成热输入的偏大,从而令熔覆层出现裂纹。扫描路径与熔覆层质量的关系不大。得到较好的熔覆修复参数:功率P=1200W,扫描速度VS=5mm/s,粉末供给速度VF=0.7g/s,扫描间距DS=1.8mm,此参数下可以获得成形良好,无缺陷的熔覆修复组织。显微组织分析表明,温度梯度G和熔池凝固速率R对熔覆层的结晶形态有较密切的关系,从与底部交界处到表面,G/R的值减小,组织依次由柱状晶转化为等轴晶。
热输入与K438合金的开裂的关系密切,合金中的裂纹为液化裂纹,主要原因是由于MC碳化物、γ-γ’共晶以及γ’沉淀相等低熔共晶物在晶界的液化。力学性能研究表明,修复组织的硬度相较于基材有较大提高,减小热输入有利于显微硬度的提高。道间搭接部分残余应力较高,可达500MPa左右,而道内未搭接部分残余应力较低,只有大约50~200MPa。K438镍基高温合金基材的磨损方式包括磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损三种磨损方式同时存在,熔覆层的磨损类型主要为粘着磨损。
熔覆层的耐磨性与平均显微硬度有着*的相关性,熔覆层的抗磨损能力相较于K438基材有了显著提高,提高扫描间距,会使其平均摩擦系数提高,从而使磨损率有一定的上升。镍基单晶高温合金具有优良的高温力学性能,是航空发动机涡轮叶片的主要材料。随着飞机涡轮叶片冷却形式的发展,空心型腔越来越复杂,单凭铸造技术很难实现结构复杂叶片的制造,采用两半对开或组合式空心叶片是解决脱芯难题的*方案,其制备过程必然涉及到材料的连接问题。
本文采用厚度为20μm的非晶箔状BNi9作为中间层,对厚度为10mm的DD407镍基单晶进行TLP连接。研究无压和压力作用下工艺参数对镍基单晶TLP连接接头组织及性能的影响,通过金相组织观察和能谱测试,详细分析了无压和压力作用下接头形貌及各元素分布。并对压力作用下,焊缝中心和焊缝边缘接头形貌及焊接温度和保温时间对接头组织性能的影响进行了分析。通过对比不同压力作用下,接头组织性能及元素扩散,进一步探索了压力在TLP中作用机制。
研究结果表明:无压作用下,接头抗拉强度随着焊接温度升高先增大后减小