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Nickel200無縫管現(xiàn)貨γ-TiAl合金是新型的輕質(zhì)耐高溫結(jié)構(gòu)材料,具有低密度、度、高剛度、優(yōu)異的抗氧化及抗蠕能,在空天及汽車制造領(lǐng)域應(yīng)用前景。為了追求更高的服役溫度,Nb添加成為TiAl合金的重要發(fā)展趨勢之一。高鈮TiAl合金是我國自主研發(fā)的TiAl合金體系,使用溫度高達(dá)850oC。然而微觀偏析嚴(yán)重、組織均勻性差、顯微織構(gòu)強(qiáng)烈以及開裂傾向大等問題了高鈮TiAl合金的應(yīng)用。本文以Ti-45Al-8.5Nb-0.2W-0.2B-0.02Y合金為研究對象,對高鈮TiAl合金由高溫至低溫的組織演化行為進(jìn)行了的研究,分析了微觀偏析、組織均勻性、顯微織構(gòu)的影響因素及演變規(guī)律。

無錫國勁合金*生產(chǎn)Incoloy926、07Cr18Ni11Nb、Invar36、310S、Inconel600、TP347、Nickel201、C-276、317L、N6、N4、Incoloy825、Incoloy800T等材質(zhì)。

粘塑性材料中的微孔增長和空化問題研究,可為高沖擊服役下金屬材料和結(jié)構(gòu)的損傷演化和壽命評估提供基礎(chǔ)理論分析,并且可以從固體力學(xué)角度來分析材料微觀孔洞萌生和演化規(guī)律,因此具有重要的學(xué)術(shù)研究價(jià)值。金屬材料在高沖擊下粘性效應(yīng)更為顯著,并且微孔的增長需要考慮時(shí)間演化。本文以高溫鎳基合金和鋁合金為程背景,基于熱粘塑性理論,較為地研究了金屬材料在熱沖擊下的微孔增長和空化問題。主要研究作如下:1.對一系列高溫鎳基合金靶材實(shí)施了激光穿孔實(shí)驗(yàn),證實(shí)了強(qiáng)熱沖擊下高溫鎳基合金材料中微孔萌生的可能性。實(shí)驗(yàn)觀察到原始完好的高溫合金材料在強(qiáng)激光熱沖擊作用下,會(huì)在熱影響區(qū)產(chǎn)生出孤立的微米尺寸的球形孔洞和和密集的孔洞群,它為微孔增長和空化問題的理論研究提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。渦輪葉片作為空發(fā)動(dòng)機(jī)核心部件,*處在高溫,接受復(fù)雜應(yīng)力應(yīng)變考驗(yàn),成為況為惡劣的空零部件,隨著空發(fā)動(dòng)機(jī)推重的不斷,復(fù)合冷卻的單晶空心渦輪葉片的設(shè)計(jì)與制備已成為制約空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的核心技術(shù)。根據(jù)空發(fā)動(dòng)機(jī)用高性能渦輪葉片的重大需求,本論文重點(diǎn)研究了空發(fā)動(dòng)機(jī)用鎳基單晶空心渦輪葉片在定向凝固中各凝固階段微結(jié)構(gòu)演變規(guī)律及機(jī)理,自主設(shè)計(jì)了單晶空心渦輪葉片鑄形及型芯結(jié)構(gòu),并研究了在其制備中關(guān)鍵藝參數(shù)對葉片成型的影響規(guī)律,分析了在葉片鑄造中澆不足、縮松、縮孔、雜晶及小角度晶界等缺陷的形成規(guī)律及機(jī)制,探究了熱處理及再結(jié)晶行為對葉片微結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律及機(jī)制,后,對鎳基單晶薄壁鑄件高溫拉伸和蠕能進(jìn)行表征及斷裂機(jī)制分析,為高性能單晶空心渦輪葉片的研發(fā)提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

Nickel200無縫管現(xiàn)貨利用電磁攪拌技術(shù)輔助激光修復(fù)試驗(yàn),選取空發(fā)動(dòng)機(jī)材料鎳基高溫合金G4169為實(shí)驗(yàn)修復(fù)基材,研究不同磁場藝參數(shù)對G4169合金激光修復(fù)的顯微組織、析出強(qiáng)化相以及力學(xué)性能的影響。采用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡對不同磁場條件下激光修復(fù)G4169鎳基高溫合金的顯微組織進(jìn)行觀察分析;研究了磁場主要參數(shù)磁場強(qiáng)度、磁場等對激光修復(fù)G4169合金的元素偏析情況和遷移規(guī)律,磁場藝參數(shù)對顯微硬度和室溫拉伸性能的影響。研究成果主要有:激光修復(fù)實(shí)驗(yàn)顯示,電磁輔助的修復(fù)件表面未觀察到明顯的冶金缺陷,宏觀形貌修復(fù)良好;伴隨輔助磁場強(qiáng)度、磁場的增大,脆性相Les相含量,顯微偏析減弱;顯微組織分析發(fā)現(xiàn),外加磁場施加后原外延連續(xù)生長的柱狀晶組織無明顯改變,但柱狀晶粒一定程度細(xì)化;電磁攪拌使得道間搭接區(qū)和道內(nèi)區(qū)域的冶金缺陷。解決此問題簡單、經(jīng)濟(jì)的是在鐵素體不銹鋼表面制備一層抗氧化、導(dǎo)電涂層。NiFe2O4尖晶石與鐵素體不銹鋼連接體CTE匹配良好,高溫下展現(xiàn)出優(yōu)異的阻Cr能力,并且高溫電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于富Cr氧化膜,是一種十分的涂層。本文通過電沉積Ni-Fe合金,復(fù)合電沉積NiFe-Nb、NiFe-CeO2合金再經(jīng)高溫氧化的分別制備了NiFe2O4、NiFe2O4-Nb、NiFe2O4-CeO2尖晶石涂層。另外,為了Ni-Fe合金涂層與基體之間的元素互擴(kuò)散,預(yù)先在430鐵素體不銹鋼(430SS)上制備一層CrN擴(kuò)散障,再電沉積Ni-Fe合金,經(jīng)高溫氧化NiFe2O4/CrN涂層。并研究了 NiFe2O4尖晶石在800 ℃空氣與空氣中的氧化行為和導(dǎo)電性能。論文取得的主要成果如下:(1)了 Ni-Fe合金成分與FeSO4濃度、電流密度及鍍液溫度的關(guān)系,進(jìn)一步研究了合金涂層成分、厚度和預(yù)氧化溫度對生成NiFe2O4尖晶石的影響。并得出三種的合金涂層:1 μ厚Ni-15at.%Fe,2 μm厚Ni-15at.%Fe和4μm厚Ni-25at.%Fe。本文以納米團(tuán)聚燒結(jié)的ZrO2-7%Y2O3(7YSZ)粉末為原料,采用PS-PVD技術(shù)在K417鎳基高溫合金基體上制備出羽-柱狀結(jié)構(gòu)7YSZ涂層。與APS層狀結(jié)構(gòu)7YSZ涂層進(jìn)行對,研究了兩種涂層的抗高溫氧化性能、抗粒子沖刷性能以及抗熱震性能。另外,通過調(diào)節(jié)涂層制備藝參數(shù)(噴距),建立涂層藝-結(jié)構(gòu)-性能之間的對應(yīng)關(guān)系。后采用交流阻抗譜法對涂層在高溫服役中微結(jié)構(gòu)演變進(jìn)行無損表征分析。研究結(jié)果表明:1.羽-柱狀結(jié)構(gòu)7YSZ涂層是由納米級的二次柱狀晶及其間隙,柱狀枝晶間孔隙和分布在柱狀枝晶上的微納米固態(tài)顆粒構(gòu)成。沿著涂層生長方向,“菜花狀"頭部逐漸增大,柱狀結(jié)構(gòu)間距依次,涂層由致密結(jié)構(gòu)向疏松結(jié)構(gòu)演變。不同藝(噴距)下7YSZ涂層均為羽-柱狀結(jié)構(gòu),并隨著噴距,涂層表面的“菜花狀"頭部由“小而密"向“大而疏"變化,涂層表面粗糙度和孔隙率均不斷,而結(jié)合強(qiáng)度無明顯變化,均處于19至21 MPa之間。當(dāng)噴距為1250 mm時(shí),單個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)顯微硬度高,為441.24 V0.1。

B的添加使得合金中顯微縮松的數(shù)量明顯。鑄態(tài)下枝晶干上的γ’相尺寸明顯小于枝晶間γ’相尺寸,并且隨B含量的γ’相的尺寸和體積分?jǐn)?shù)均增大了。(2)研究了微量元素B的含量變化對鎳基單晶高溫合金凝固征溫度的影響。B的添加明顯了合金的固相線溫度和液相溫度,并且隨B含量的固相線溫度和液相線溫度幅度越大。B的添加對γ’相溶解溫度的影響不明顯。此外,合金的結(jié)晶溫度間隔也隨B含量的而增大。(3)研究了熱處理后B對枝晶組織、γ/γ’共晶組織和γ’相的影響。三種熱處理制度下,B對枝晶組織與Y/Y’共晶的影響規(guī)律基本*。隨B含量的殘余枝晶和共晶的數(shù)量明顯變少。三種制度下B對γ’相尺寸和體積分?jǐn)?shù)的影響規(guī)律是*的。AS的磨損機(jī)理為邊界溝槽磨損和粘結(jié)磨損;AST的磨損機(jī)理為邊界溝槽磨損、粘結(jié)磨損、磨粒磨損和氧化磨損;ASN的磨損機(jī)理為邊界溝槽磨損、磨粒磨損和粘結(jié)磨損。當(dāng)切削13時(shí),三種新型陶瓷的主要失效形式均為前刀面脆性破損和剝落、刀尖微崩和后刀面磨粒磨損,磨損機(jī)理均為磨粒磨損、粘結(jié)磨損和邊界磨損。研究了 AS、AST和ASN新型陶瓷材料力學(xué)性能和磨損壽命的隨機(jī)性,以及磨損可靠性。建立了 AS、AST和ASN復(fù)合陶瓷材料抗彎強(qiáng)度、斷裂韌度和硬度的威布爾分布模型,結(jié)果表明,缺陷對三種材料力學(xué)性能隨機(jī)性的影響規(guī)律*,即變異系數(shù)和Weibull模數(shù)大小順序均為Cs(σ)>Cs(KIC)>Cs(V)和m(V)>m>(KIC)>m(σ)。建立了 AS、AST和ASN新型陶瓷連續(xù)切削鎳基高溫合金G3536和熱作模具鋼13時(shí)磨損壽命威布爾分布模型和磨損可靠度模型,結(jié)果表明,三種磨損壽命的變異系數(shù)和Weibull模數(shù)大小順序依次為Cs(ASN)>Cs(AST)>Cs(AS)和m(AS)>m(AST)>m(ASN)。揭示了缺陷對陶瓷力學(xué)性能和磨損壽命隨機(jī)性的影響規(guī)律,致密性好、缺陷分布均勻的陶瓷材料的力學(xué)性能重復(fù)性好、磨損可靠性高。通過真空自耗電弧熔煉（VAR）試驗(yàn)、熱模擬壓縮試驗(yàn)、程化坯料物理模擬鐓粗試驗(yàn)、熱開坯試驗(yàn)和包套鍛造試驗(yàn),結(jié)合組織觀察（OM、SEM、EBSD、EDS、XRI和TEM）、熱物理性能以及力學(xué)性能等分析手段,對Ti-V-Cr系阻燃鈦合金WSTi3515S和Ti40合金的開裂機(jī)理、熱變形中的再結(jié)晶行為和組織演化以及程化制備進(jìn)行了研究,對分析了兩種典型阻燃鈦合金的開裂行為、微觀組織、力學(xué)性能和熱物理性能,了阻燃鈦合金大型鑄錠和大尺寸板坯的程化制備新,建立了Ti-V-Cr系阻燃鈦合金晶粒細(xì)化的物理模型和熱物理性能與溫度關(guān)系數(shù)學(xué)方程,并揭示了其熱變形開裂機(jī)理和再結(jié)晶機(jī)制。的主要研究成果和結(jié)論如下:（1）基于熱模擬壓縮試驗(yàn)和小鑄錠物理模擬鐓粗試驗(yàn),對Ti-V-Cr系阻燃鈦合金熱變形行為進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)該合金熱變形中易發(fā)生開裂,歸納出該合金典型的3種開裂形式為:45°剪切開裂、沿“界"開裂和放射狀開裂。對其開裂行為研究表明,Ti-V-Cr系阻燃鈦合金熱變形開裂機(jī)制與應(yīng)力狀態(tài)、高溫氧化、析出物形態(tài)等因素密切相關(guān);坯料表面的拉應(yīng)力、析出物以及高溫氧化等促進(jìn)了孔洞和裂紋的形成,終在薄弱界面處“爆發(fā)",并不斷向薄弱方向延伸擴(kuò)展。