检索结果-内蒙古大学图书馆

动力工程学报 2019年第8期39卷 661-665页

作者：聂义宏白亚冠金嘉瑜王宝忠中国第一重型机械股份公司黑龙江齐齐哈尔161042 黑龙江省高端核电装备智能制造重点实验室黑龙江齐齐哈尔161042 天津重型装备工程研究有限公司天津300457

对MN1合金和MN2合金进行了700℃和750℃时效处理和高温持久实验。结果表明:MN1合金在700℃下经时效处理后针状η相和γ″相均长大,Laves相析出,其组织稳定性差;当MNI合金的保温时间达到5 000 h或温度提高至750℃时,η相明显粗化,晶界和... 详细信息

对MN1合金和MN2合金进行了700℃和750℃时效处理和高温持久实验。结果表明:MN1合金在700℃下经时效处理后针状η相和γ″相均长大,Laves相析出,其组织稳定性差;当MNI合金的保温时间达到5 000 h或温度提高至750℃时,η相明显粗化,晶界和晶内均析出大量块状Laves相,导致其在700℃下高温持久性能较低;MN2合金在700℃下经时效处理后,细小的γ′相弥散析出于基体,晶界为短棒状η相,此组织在750℃下稳定性良好;MN2合金在700℃、10~5 h条件下的外推持久强度可达127 MPa,可作为700℃超超临界汽轮机转子的备选材料。

关键词：先进超超临界铁镍基合金组织稳定性高温持久性能短棒状η相

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第三代镍基单晶高温合金成分设计及组织稳定性研究

第三代镍基单晶高温合金成分设计及组织稳定性研究

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作者：王博西北工业大学

学位级别：博士

镍基单晶高温合金由于具有优异的高温综合性能,被广泛应用于先进航空发动机和地面燃气轮机叶片类热端部件的制造。在镍基单晶高温合金发展过程中,为了提高合金的承温能力和高温性能,其合金化程度不断提高,特别是难熔元素的含量越来越高... 详细信息

镍基单晶高温合金由于具有优异的高温综合性能,被广泛应用于先进航空发动机和地面燃气轮机叶片类热端部件的制造。在镍基单晶高温合金发展过程中,为了提高合金的承温能力和高温性能,其合金化程度不断提高,特别是难熔元素的含量越来越高。典型的第三代镍基单晶高温合金中难熔元素总含量已达到20wt%,Re含量更是高达5～6 wt%。然而难熔元素的不断增加使得合金在服役过程中极易析出更多的拓扑密排相(TCP相),导致合金组织稳定性下降,严重损害合金的力学性能。难熔元素提高合金高温性能与促进TCP相析出的矛盾,在第三代以及更高代次镍基单晶高温合金中表现得尤为突出。因此,对第三代镍基单晶高温合金而言,如何同时兼顾合金的高温性能和组织稳定性已成为非常重要且亟待解决的关键问题之一。本文以研制高性能、高组织稳定性的第三代镍基单晶高温合金为目标,力图探明Re、W、Mo、Cr、Co等元素及其交互作用对第三代镍基单晶高温合金凝固特性、凝固组织、热处理组织和组织稳定性的影响规律,建立提高高难熔元素含量合金组织稳定性的方法,为先进镍基单晶高温合金的成分设计和优化提供理论依据和数据支撑。论文利用热力学计算软件JMatPro对9240组不同成分合金的各种物性参数进行了大量计算。在控制难熔元素总量为20 wt%左右的前提下,选取了18种具有不同Re、W、Mo、Cr、Co含量的模型合金作为研究对象,开展了合金熔炼、单晶制备、热处理、热暴露等实验研究,考察了合金的凝固特性、凝固组织、热处理组织及热暴露组织,系统研究了合金元素的影响及其交互作用,最终优选出一种具有优良组织稳定性的含4 wt%Re的合金,并对其进行了高温持久性能测试。论文主要研究结果如下:(1)通过热力学计算并参考已有研究结果,初步确定了各合金元素的含量范围。Co含量不高于16 wt%,Cr含量不高于6 wt%,Mo含量不高于3 wt%,Re含量不高于6 wt%,W含量不高于9 wt%。W和Re的总含量应控制在12 wt%以内,难熔元素的总含量则应控制在23 wt%以内。(2)Re强烈促进合金元素W、Al、Ta及其自身的凝固偏析,Co对合金元素偏析也有促进作用,Cr、W和Mo对偏析无显著影响。随着Re含量的增加,Re和W在枝晶干上的偏析以及Al和Ta在枝晶间的偏析都显著增加。随着Co含量的增加,Re、W、Ta的偏析都少量增加,而Al的偏析无明显变化。随着Cr或W含量的增加,Re的偏析有轻微增加,而W、Al及Ta的偏析变化不大。Mo对Re、W、Ta、Al的偏析无明显影响。(3)Re含量的增加能够显著降低完全热处理后γ′相的尺寸,Cr或Mo含量的增加也能较为明显地降低γ′相尺寸,Co含量的增加会缓慢降低γ′相的尺寸,而W含量的增加对γ′相的尺寸无明显影响。在Re和W总含量相同的合金中,高W低Re合金中γ′相的尺寸较大,而低W高Re合金中γ′相的尺寸较小。以W代Re后,γ′相的尺寸会有一定程度的增大。(4)长期热暴露实验表明:Mo或Re含量的增加会强烈促进TCP相的析出;Cr含量增加也会促进TCP相的析出,但作用低于Mo或Re;W含量增加对TCP相的促进作用不明显;而Co含量增加能有效抑制TCP相的析出,提高合金的组织稳定性。在Re和W总含量相同的合金中,以W代Re可以显著减少合金中TCP相的含量,有效提高合金的组织稳定性。(5)热暴露初期首先析出σ相,而热暴露后期出现的TCP相较为复杂,同时存在σ相、μ相和R相等多种类型的TCP相。从相形态来看,长针状的TCP相一般为σ相,而长条状和块状的TCP相类型较复杂,有可能是σ相、μ相或R相中的任意一种TCP相。(6)优化设计出一种含4 wt%Re的具有优良组织稳定性和持久性能的第三代镍基单晶高温合金模型合金。该合金在1000℃热暴露1000 h后无任何TCP相析出,1100℃/150 MPa条件下持久寿命达到100 h。

关键词：第三代镍基单晶高温合金成分设计组织稳定性 TCP相性能

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核燃料包壳材料不锈钢的成分优化与高温组织稳定性研究

核燃料包壳材料不锈钢的成分优化与高温组织稳定性研究

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作者：温冬辉大连理工大学

学位级别：博士

2011年发生的日本福岛核事故暴露了现有Zr合金燃料包壳材料在抵抗事故能力方面的不足,为了提高核电的安全性与热效率,需要研发性能更加优异的新型核燃料包壳材料来替代Zr合金,以用于压水堆或新一代超临界水冷堆中。不锈钢由于具备优异... 详细信息

2011年发生的日本福岛核事故暴露了现有Zr合金燃料包壳材料在抵抗事故能力方面的不足,为了提高核电的安全性与热效率,需要研发性能更加优异的新型核燃料包壳材料来替代Zr合金,以用于压水堆或新一代超临界水冷堆中。不锈钢由于具备优异的力学性能、抗高温氧化和耐蚀性能、以及优良的抗中子辐照能力,有望作为不同工况下的候选包壳材料。然而,大量研究结果表明,现有候选不锈钢包壳材料在高温下长期时效后,组织不稳定,导致力学性能急剧下降,并引发材料失效。因此,针对存在的高温组织稳定性问题,本工作在团簇式成分设计方法的基础上,采用微量合金化元素添加与热力学计算相结合的成分优化手段,系统探究了微量元素添加对Fe-Cr-Ni、Fe-Cr-Al和Fe-Cr-Ni-Al系不锈钢高温组织稳定性和力学性能的影响,揭示了三种不锈钢体系中的合金化规律,建立了合金成分→组织→性能之间的关系。主要研究内容和结论如下:1)Fe-Cr-Ni系奥氏体不锈钢由于其优异的耐蚀性和高温力学性能,被作为超临界水冷堆的候选包壳材料。该类不锈钢以310S(Fe-25Cr-20Ni wt.%)作为基础合金,为改善310S在600～700℃下的高温组织稳定性,抑制粗大脆性相Cr23C6和σ-FeCr析出。本工作系统探究了强碳化物形成元素M(M=Nb,Ti,Ta,Zr)与C元素的比例、M种类以及固溶强化元素(Mo,W)对310S合金组织稳定性和力学性能的影响。结果表明,在添加强碳化物形成元素M时,需严格保持M元素的总量与C元素的摩尔比例为1:1;当M:C>1:1时,会加速脆性σ相的析出,反之则不能有效抑制粗大的Cr23C6析出。进而,在M:C=1:1的基础上,M元素的种类也会显著影响改良310S系列合金的高温组织稳定性。具体地,添加微量Ta(0.34 wt.%)和Zr(0.35 wt.%)均能促进MC型纳米粒子弥散分布在奥氏体基体中,可有效抑制脆性Cr23C6和σ相在晶界上析出,700℃/408 h时效后,Cr23C6和σ的总体积百分数低于2.0%,从而合金的断后延伸率仍高于40%;相反地,添加Ti元素则严重降低310S合金的高温组织稳定性,700℃/408 h时效后,Cr23C6和σ的体积百分数高达15%,导致合金断后延伸率降至25%以下。对于固溶强化型元素Mo和W,W合金化可有效改善310S的高温组织稳定性,而Mo的过量添加(>0.7 wt.%)却会显著促进σ相析出,并加快 Cr23C6向σ转变。根据本工作成分优化研发的Fe-25Cr-22Ni-0.05C-0.37Mo-0.35Zr 和 Fe-25Cr-22Ni-0.05C-0.73Mo-0.18Nb-0.34Ta-0.70W(wt.%)合金,经过50 Kg级大尺寸样品的反复验证,在650℃下(包壳材料服役温度)具有优异的组织稳定性,经过3000 h时效后,合金中Cr23C6和σ相的体积分数仍低于1.0%,从而使得合金保持了优异的冲击韧性(冲击吸收功Akv>140 J/crm2),显著高于同类型的商用 HR3C 合金(Fe-25Cr-20Ni-0.4Nb-0.08C-0.2N,Akv=64 J/cm2),同时在 650℃的抗拉强度均高于300 MPa,达到了超临界水冷堆燃料包壳材料所需的综合力学性能要求。2)Fe-Cr-Al系铁素体不锈钢由于其优异的抗高温蒸汽氧化能力而被选为压水堆中耐事故容错燃料包壳材料。为解决该类不锈钢在1000℃以上因第二相粒子回溶和基体晶粒粗化而导致力学性能下降的问题,本工作以Fe-13.5Cr-4.5Al-2.0Mo-1.0Nb(wt.%)为参比合金,系统研究了 Laves相形成元素(Mo,Nb,Ti,Ta,Zr)对Fe-Cr-AI系合金高温组织稳定性和力学性能的影响。热力学计算和实验结果表明,Fe-Cr-Al系合金中Laves相的热稳定性与其形成元素在铁素体中的固溶度相关,固溶度越低,形成的Laves相越稳定,故确定选用Ta和Zr对Fe-Cr-Al系合金进一步微合金化。其中,Ta元素可以促进细小的Laves相在晶内弥散析出,且Ta含量越高,Laves相析出数量越多,该结果与热力学计算结果一致;当Ta含量达到0.65 wt.%时,合金的高温组织稳定性得到显著提升,经1 100℃/1h回溶处理后,基体中Laves相的体积分数仍能保持在1.0%左右,明显高于参比合金(～0.5%),且晶粒尺寸由参比合金的130 μm降低至50 μm,从而具有良好的力学性能(室温抗拉强度可达700 MPa)。Zr元素微合金化不仅会促进Fe2Zr-Laves相析出,而且随着Zr含量增加(0.33 wt.%),还会形成Fe23Zr6相,该相具有比Laves相更高的热稳定性,有望成为Fe-Cr-Al系合金中的新型强化相;此外,添加Zr元素还能

关键词：燃料包壳材料特种不锈钢成分设计组织稳定性力学性能

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K477合金热暴露的组织稳定性研究

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热加工工艺 2020年第16期49卷 152-155页

作者：朱鸥邢辉董安平中国航发商用航空发动机有限责任公司上海200241 上海交通大学材料科学与工程学院上海200240

采用扫描电镜和图像分析软件,对K477合金在不同温度(900、940、980和1020℃)下分别热暴露200 h后的组织稳定性进行了研究。结果表明:K477合金的主要强化相γ’相随热暴露温度的升高而粗化,但体积分数随热暴露温度升高而降低,晶界分布的... 详细信息

采用扫描电镜和图像分析软件,对K477合金在不同温度(900、940、980和1020℃)下分别热暴露200 h后的组织稳定性进行了研究。结果表明:K477合金的主要强化相γ’相随热暴露温度的升高而粗化,但体积分数随热暴露温度升高而降低,晶界分布的片状γ’相长大并连接起来。晶内和晶界处的块状MC碳化物转变成M23C6碳化物,并且在表面形成γ’包膜。γ’相对碳化物和晶界的包裹阻止了碳化物的长大,同时对晶界起到了强化作用,随热暴露温度的升高,K477合金的硬度有所提高。

关键词： K477 热暴露组织稳定性 γ’相

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700℃超超临界锅炉用740H合金组织稳定性研究

700℃超超临界锅炉用740H合金组织稳定性研究

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作者：郑子杰上海交通大学

学位级别：硕士

740H合金是一种以Ni-Cr-Co为基体的析出强化型镍基高温合金，通过加入Al、Ti元素，在时效过程中得到γ'相，同时加入微量Nb、B元素，从而获得较高的高温持久强度。作为700℃超超临界锅炉过热器的重要备选材料，为了加快其在锅炉产... 详细信息

740H合金是一种以Ni-Cr-Co为基体的析出强化型镍基高温合金，通过加入Al、Ti元素，在时效过程中得到γ'相，同时加入微量Nb、B元素，从而获得较高的高温持久强度。作为700℃超超临界锅炉过热器的重要备选材料，为了加快其在锅炉产品中的应用，业界迫切要求掌握该材料在服役条件下的各种性能数据和组织演化情况，其中长时组织稳定性是确保其长时运行的关键因素之一。本文采用高温长时时效试验和高温持久试验两种试验方案，考察了740H合金在长时服役条件下的力学性能。通过热力学计算，我们运用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射等多种分析手段，对长时试验的试样进行微观分析，研究了740H合金的基本组织，各强化相的析出规律以及其组织的高温稳定性能。本文还通过时效和持久试样的对比，比较了740H在高温长时状态下，应力对各析出相的生长及组织稳定性的影响。研究得出，在高温长时时效条件下，在10000小时内，740H合金具有良好的高温强度，各项力学性能数据均良好，此外，晶内γ'强化相析出稳定，生长规律符合LSW规律，晶界有碳化物相析出，晶内一次相稳定，合金具备良好的组织稳定性。在高温持久试验条件下，试样均沿晶界断裂，晶界析出相是导致晶界弱化的主要因素。通过时效和持久试样的对比可以发现，应力对γ'相的生长影响并不明显，但对晶界碳化物的析出影响明显。应力的存在导致晶界析出相生长速度明显加快，并最终成为持久断裂的主要因素。

关键词：镍基合金 γ'相强化长时时效高温持久组织稳定性

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航空轴承钢M50组织稳定性冷变形 ——热处理协同调控研究

航空轴承钢M50组织稳定性冷变形 ——热处理协同调控研究

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作者：苏姣武汉理工大学

学位级别：硕士

M50轴承钢作为一种高碳高合金钢,由于其在高温下高的硬度和优异的耐磨性而被广泛用于航空航天工业的喷气发动机主轴中。随着航空航天领域的迅猛发展,轴承所服役的环境越来越恶劣,对轴承的尺寸稳定性提出了更高的要求。本课题围绕M50轴... 详细信息

M50轴承钢作为一种高碳高合金钢,由于其在高温下高的硬度和优异的耐磨性而被广泛用于航空航天工业的喷气发动机主轴中。随着航空航天领域的迅猛发展,轴承所服役的环境越来越恶劣,对轴承的尺寸稳定性提出了更高的要求。本课题围绕M50轴承钢的组织稳定性开展了一系列研究。首先在传统热处理前引入冷变形,探究了冷变形对淬火和回火微观组织和力学性能的影响。提高组织稳定性的关键是稳定残余奥氏体。本课题采用淬火-碳分配-回火(Q-P-T)工艺和冷处理来提高残余奥氏体的稳定性。先后研究了Q-P-T工艺和冷处理对M50轴承钢微观组织、力学性能和尺寸稳定性能的影响。最后通过前面的研究,总结了一种既可以提高组织稳定性,又可以提升综合力学性能的一种热加工方式。首先本文研究了冷变形对M50轴承钢淬火以及回火过程的影响。冷变形会促进奥氏体转变,使奥氏体转变开始与结束温度提前,并且奥氏体转变激活能增加。此外,经历过冷变形的试样组织细化,有更多的合金碳化物溶解进入奥氏体中,最终形成富碳和富合金元素的淬火马氏体。富碳的马氏体在接下来的回火过程中比起未变形试样会析出更多的弥散的二次碳化物,使析出强化作用增强。同时,经过冷变形的回火态试样硬度、拉伸强度以及冲击功都高于未变形试样,综合力学性能得到提升。接下来研究了Q-P-T工艺和冷处理分别对M50轴承钢的影响作用。Q-P-T工艺中在碳分配阶段,试样中过饱和马氏体中的碳原子会扩散至奥氏体中。这增加了残余奥氏体中的碳含量,提高了残余奥氏体的稳定性。在接下来的回火过程中,二次碳化物析出。所以Q-P-T工艺既可以提高残余奥氏体的含量,又不会使试样强度降低。M50轴承钢淬火和一次回火后再进行冷处理,试样中的残余奥氏体含量降低,这是因为在冷处理过程中残余奥氏体转变为了马氏体,同时还有细小弥散的二次碳化物析出,还伴随有组织细化。所以试样经历冷处理后,硬度和强度增加,并且尺寸稳定性提高。最后将冷变形、Q-P-T工艺和冷处理三者结合制定出了一套可以提升M50轴承钢组织稳定性但又不会降低材料韧性的优化工艺方案。经历该方案的试样的硬度值为62.75 HRC,抗拉强度为2467 Mpa,冲击功为71.65 J以及尺寸变化率为0.002835%。冷变形具有细化晶粒以及促进碳化物溶解的作用,促进了薄膜状富碳残余奥氏体的形成,增加了残余奥氏体的稳定性。碳分配过程中马氏体中的碳原子会扩散至残余奥氏体中,增加了残余奥氏体的热稳定性。冷处理会将不稳定的残余奥氏体分解掉,同时可以细化晶粒等。通过协同调控作用,更多稳定的残余奥氏体被保留下来,使试样不仅具有良好的尺寸稳定性,综合力学性能也得到提高。

关键词： M50轴承钢冷变形碳分配冷处理组织稳定性

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基于基因算法设计的新型耐热钢的组织稳定性研究

基于基因算法设计的新型耐热钢的组织稳定性研究

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作者：马文杰中国科学院大学

学位级别：硕士

我国是一个多煤少油的国家，能源结构以煤炭为主，发电用能源构成也以煤炭为主。但是煤炭并非可再生资源，且煤炭在发电同时会对环境产生破坏。因此，发展高效率和低排放的发电技术成为国际重点关注与发展的领域。目前超超临界发电技术... 详细信息

我国是一个多煤少油的国家，能源结构以煤炭为主，发电用能源构成也以煤炭为主。但是煤炭并非可再生资源，且煤炭在发电同时会对环境产生破坏。因此，发展高效率和低排放的发电技术成为国际重点关注与发展的领域。目前超超临界发电技术是国际上最先进且已经商业化的发电技术，超超临界发电机组的温度与蒸汽压力越高，则其热效率就越高、煤耗越低。但是在更高的运行温度与蒸汽压力下，机组管道材料的性能成为制约超超临界发电技术发展的关键。在此背景下，本文利用基因优化算法和Thermal-Cal软件设计了两类（基体分别为奥氏体和马氏体）四种钢（APH钢、MSSI钢、MPHI钢、MPHS钢），并对这四种钢力学性能与组织稳定性的相互关系进行了深入研究，以期能为650℃耐热钢的开发提供一定的依据。\n 通常，固溶强化与沉淀强化是火电用耐热钢中最常用的两种强化方式。对于已选定的基体，通过添加固溶强化元素，如Cr、Mo、W、Mn等来影响固溶体内原子键间的结合力，产生晶格畸变，改变再结晶温度和扩散过程等方式，从而对基体起到固溶强化作用，提高组织的热稳定性和热强性。此外，从过饱和的固溶体中沉淀出第二相也是提高材料热强性的有效途径之一。然而不同类型的析出相在基体中的析出位置、尺寸大小、体积分数不尽相同，从而对组织的热稳定性与热强性产生不同的影响。MX碳氮化物多在位错线处形核，对位错起到强烈的钉扎作用，从而能大大提高耐热钢的蠕变强度。同时MX碳氮化物具有非常低的粗化速率和较高的热稳定性，故而常被用作耐热钢中的重要强化相。基于以上特点，本文设计了利用MX相强化的奥氏体型耐热钢（APH钢）和马氏体型耐热钢（MPHI钢），固溶强化马氏体型耐热钢(MSSI钢)以及固溶强化和沉淀强化共同作用的马氏体型耐热钢（MPHS钢）。\n 而后根据设计的成分，制备了实验用钢。因实际制备得到的钢的成分与设计成分有些略微的差异，故对实际钢的成分重新进行了模拟计算，其结果仍然满足成分设计过程的各种判定与优化标准。对热处理后的实验材料，采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等试验方法，对设计钢固溶和时效处理后的基体组织、650℃时效过程中析出相的析出行为、析出形貌与分布等进行表征分析。并通过相应的冲击、拉伸等力学实验，对设计钢的常规力学性能进行了分析比较。\n 由于APH钢具有全奥氏体结构，因此表现出良好的拉伸性能。但从组织分析中可发现，在固溶后的基体中存在大量的一次析出相Ti(C,N)夹杂物，这种夹杂物的存在很难通过热处理的方式消除。冶炼过程形成的夹杂物大量消耗强碳化物形成元素，大大降低时效后期MX相的析出，对成分设计的强化效果产生了不利影响。\n MSSI钢是以固溶强化为主的马氏体耐热钢，通过添加Cr、Ni、Mo、Al、Co等强化元素从而实现预期强化效果。但制备后得到的基体却为马氏体与δ-铁素铁混合的双相钢，未能实现预期效果。MPHS钢也得到了类似于MSSI钢的结果。\n MPHI钢具有全马氏体结构，与P92钢的对比实验发现，MPHI钢中翼形强化相(Nb，Ti)(C，N)的析出，大大改善了MPHI钢在650℃时效过程中的力学性能。在材料设计中通过提高MPHI钢中MX相的体积分数，使其在时效600h后的硬度高于P92钢。基于基因算法设计的耐热钢，仅有MPHI钢实现了预期目标，因此对新型耐热钢的成分设计还需要更多的努力。

关键词：耐热钢组织稳定性力学性能基因算法

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GH4133B合金的成分优化及组织稳定性研究

GH4133B合金的成分优化及组织稳定性研究

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作者：王晓辉北京科技大学

学位级别：硕士

变形高温合金GH4133B合金是一种镍铬基奥氏体合金，广泛用于火箭及航空发动机、燃气轮机等高温机械部件中，在高温、大载荷的恶劣条件下工作，对合金组织性能的稳定性有很高要求，因此研究GH4133B的合金成分、热加工工艺及组织稳定性有... 详细信息

变形高温合金GH4133B合金是一种镍铬基奥氏体合金，广泛用于火箭及航空发动机、燃气轮机等高温机械部件中，在高温、大载荷的恶劣条件下工作，对合金组织性能的稳定性有很高要求，因此研究GH4133B的合金成分、热加工工艺及组织稳定性有着重要意义。\n 本文通过Thermo-Calc热力学计算、热处理、热压缩模拟、长期时效、拉伸实验和组织分析等手段，研究了GH4133B合金组织和性能的优化工艺。研究表明，Cr和Ti降低合金的熔点，不同元素对GH4133B合金组织的影响不同，含碳量主要体现在对碳化物的影响，铝钛铌含量则主要体现在对γ\'相的影响，随Al和Ti含量的共同增加，合金中γ\'相析出温度和析出量有更显著的增加，计算给出了相关析出行为的定量计算结果。\n GH4133B合金的碳含量在不同变形条件下对合金变形抗力的影响比较复杂，含碳量0.062％时的变形性能表现较好。降低铝钛铌含量，由于变形抗力下降，塑性亦保持良好。\n 通过对标准成分GH4133B合金进行不同温度不同时间长期时效，发现在700℃时效到1000h时γ\'相开始变为方形，800℃时效100h就在晶界上发现针状TCP相，说明GH4133B合金服役温度在700℃以下是比较稳定的。\n 对标准合金进行了20℃～900℃的不同温度拉伸实验，发现在800℃时合金塑性降到最低点。

关键词：高温合金成分优化热加工长期时效组织稳定性镍铬基奥氏体

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低密度高Mo强化镍基单晶高温合金的热处理制度与组织稳定性研究

低密度高Mo强化镍基单晶高温合金的热处理制度与组织稳定性研究

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作者：孙阳辉长安大学

学位级别：硕士

单晶涡轮叶片是航空发动机的关键热端部件，需要在高温下长期服役。因此，单晶涡轮机叶片在高温环境下应具有优异的力学性能，良好的抗氧化性和耐腐蚀性。作为单晶涡轮叶片的优选材料，在过去的几十年中，Ni基单晶高温合金已被许多研究... 详细信息

单晶涡轮叶片是航空发动机的关键热端部件，需要在高温下长期服役。因此，单晶涡轮机叶片在高温环境下应具有优异的力学性能，良好的抗氧化性和耐腐蚀性。作为单晶涡轮叶片的优选材料，在过去的几十年中，Ni基单晶高温合金已被许多研究人员广泛关注。为了进一步提高先进Ni基单晶高温合金的高温力学性能，先进Ni基单晶高温合金中高密度的难熔元素(例如Re和W)的含量不断增加，导致合金的密度显著增大，进而使得高密度成为先进单晶高温合金的发展瓶颈之一。本文提出高Mo强化镍基单晶高温合金的成分设计思想，期望获得低密度高性能的单晶高温合金。基于d电子法，设计了高Mo强化镍基单晶高温合金(Alloy Mo )，探索了AlloyMo的热处理(固溶+时效)制度，并对完全热处理态的AlloyMo进行长期时效。　　基于AlloyMo的初熔点，设计了AlloyMo的五步固溶处理制度，研究了每一步固溶处理对合金的显微组织，显微偏析程度和特征相转变温度的影响。通过第一步固溶处理和最后一步固溶处理使铸态AlloyMo中的显微组织和Re元素的显微偏析分别得到了有效的均匀化。同时，固溶处理明显提高了铸态AlloyMo单晶高温合金的固相线温度，对液相线温度和γ'相回溶温度几乎没有影响。另外，随着Re含量的增加，从第二代到第三代单晶高温合金，固溶处理的温度和时间均增加。然而，由于不同的合金具有不同的拓扑密排相(TCP相)形成倾向，因此不同系列单晶高温合金的固溶处理策略也不尽相同。此外，与高W单晶高温合金相比，铸态AlloyMo中Re元素的显微偏析程度较低，从而有效降低了固溶处理中Re元素显微偏析的消除难度。　　针对AlloyMo进行了不同温度(980℃-1150℃)和不同时间(50h-500h)的长期时效，研究结果表明，长期时效后，组织中未析出有害的TCP相。同时，研究了长期时效后γ'尺寸的变化规律。随着长期时效温度和时间的增加，γ'相发生了粗化，并在高温下发生无应力形筏。通过计算γ'相的粗化系数，发现随着温度和时间的升高，其粗化系数逐渐增加。

关键词： Ni基单晶高温合金显微偏析固溶处理成分均匀化组织稳定性

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搅拌摩擦加工CNTs/7075铝基复合材料沉淀相及组织稳定性研究

搅拌摩擦加工CNTs/7075铝基复合材料沉淀相及组织稳定性研究

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作者：钱涛南昌航空大学

学位级别：硕士

本文采用搅拌摩擦加工法(Friction Stir Processing,FSP)制备了碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)增强7075铝基复合材料,通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和电子探针(EMPA)研究了加工态组织、合金元素及二次相颗粒的演化和分布规律;通过SEM... 详细信息

本文采用搅拌摩擦加工法(Friction Stir Processing,FSP)制备了碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)增强7075铝基复合材料,通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和电子探针(EMPA)研究了加工态组织、合金元素及二次相颗粒的演化和分布规律;通过SEM、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)研究了固溶处理对复合材料中二次相回溶及时效处理对复合材料沉淀强化相析出的影响,探讨了CNTs添加对沉淀相析出的影响;采用EBSD分析了热处理对复合材料晶粒尺寸的影响,计算了其晶粒长大指数n;测试和比较了CNTs含量及热处理对复合材料热膨胀系数的影响。研究结果表明,7075铝合金在搅拌针的强烈机械作用下晶粒细化,以动态再结晶组织为主,且CNTs的添加可进一步细化晶粒,少数晶粒尺寸达到纳米级;复合材料中各元素分布均匀,CNTs的团聚随其含量的增加而明显。复合材料固溶处理发现其最佳固溶温度为470℃,随着固溶时间的增加,复合材料中二次相颗粒逐渐减少,且在固溶处理前8h内二次相颗粒的回溶迅速,随后趋于平缓。复合材料固溶后经过不同时间的时效处理,沉淀相MgZn2数量随时效时间的延长而增加。同时发现,CNTs的添加可以促进沉淀相在CNTs破碎处形核长大,增加复合材料中沉淀相析出的速度。对FSPed 7075试样和5vol.%CNTs/7075复合材料试样进行不同时间的固溶处理,发现随着固溶时间的增加,材料的平均晶粒尺寸均有不同程度的增大。比较发现,CNTs的添加对复合材料晶粒长大有抑制作用,且前期抑制作用较强,后期减弱;CNTs的添加增大了复合材料的晶粒长大指数。热膨胀分析发现,复合材料的热膨胀系数随温度的上升而变大,在同一测试条件下CNTs含量的增加能降低复合材料的热膨胀系数,且复合材料的热膨胀系数经T6或退火热处理后均能有效降低。当CNTs含量增加,CNTs/7075铝基复合材料硬度升高,且CNTs的添加促进了的时效峰值硬度时间的提前。拉伸测试表明,复合材料的抗拉强度随CNTs含量的增加先上升后下降,延伸率呈下降趋势。拉伸断口分析发现,当CNTs含量增加,复合材料的韧性下降,断裂形式由韧性断裂转为宏观脆性解理断裂。

关键词： CNTs/7075复合材料热处理组织稳定性沉淀相热膨胀

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