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Nickel200無縫管現(xiàn)貨γ-TiAl合金是新型的輕質耐高溫結構材料,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域應用前景。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850oC。然而微觀偏析嚴重、組織均勻性差、顯微織構強烈以及開裂傾向大等問題了高鈮TiAl合金的應用。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行了的研究,分析了微觀偏析、組織均勻性、顯微織構的影響因素及演變規(guī)律。

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

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構的損傷演化和壽命評估提供基礎理論分析,并且可以從固體力學角度來分析材料微觀孔洞萌生和演化規(guī)律,因此具有重要的學術研究價值。金屬材料在高沖擊下粘性效應更為顯著,并且微孔的增長需要考慮時間演化。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施了激光穿孔實驗,證實了強熱沖擊下高溫鎳基合金材料中微孔萌生的可能性。實驗觀察到原始完好的高溫合金材料在強激光熱沖擊作用下,會在熱影響區(qū)產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驗依據(jù)。渦輪葉片作為空發(fā)動機核心部件,*處在高溫,接受復雜應力應變考驗,成為況為惡劣的空零部件,隨著空發(fā)動機推重的不斷,復合冷卻的單晶空心渦輪葉片的設計與制備已成為制約空發(fā)動機發(fā)展的核心技術。根據(jù)空發(fā)動機用高性能渦輪葉片的重大需求,本論文重點研究了空發(fā)動機用鎳基單晶空心渦輪葉片在定向凝固中各凝固階段微結構演變規(guī)律及機理,自主設計了單晶空心渦輪葉片鑄形及型芯結構,并研究了在其制備中關鍵藝參數(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)律及機制,探究了熱處理及再結晶行為對葉片微結構的影響規(guī)律及機制,后,對鎳基單晶薄壁鑄件高溫拉伸和蠕能進行表征及斷裂機制分析,為高性能單晶空心渦輪葉片的研發(fā)提供理論和實驗依據(jù)。

Nickel200無縫管現(xiàn)貨利用電磁攪拌技術輔助激光修復試驗,選取空發(fā)動機材料鎳基高溫合金G4169為實驗修復基材,研究不同磁場藝參數(shù)對G4169合金激光修復的顯微組織、析出強化相以及力學性能的影響。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G4169鎳基高溫合金的顯微組織進行觀察分析;研究了磁場主要參數(shù)磁場強度、磁場等對激光修復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:激光修復實驗顯示,電磁輔助的修復件表面未觀察到明顯的冶金缺陷,宏觀形貌修復良好;伴隨輔助磁場強度、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化;電磁攪拌使得道間搭接區(qū)和道內區(qū)域的冶金缺陷。解決此問題簡單、經濟的是在鐵素體不銹鋼表面制備一層抗氧化、導電涂層。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,并且高溫電導率遠大于富Cr氧化膜,是一種十分的涂層。本文通過電沉積Ni-Fe合金,復合電沉積NiFe-Nb、NiFe-CeO2合金再經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散,預先在430鐵素體不銹鋼(430SS)上制備一層CrN擴散障,再電沉積Ni-Fe合金,經高溫氧化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系,進一步研究了合金涂層成分、厚度和預氧化溫度對生成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。本文以納米團聚燒結的ZrO2-7%Y2O3(7YSZ)粉末為原料,采用PS-PVD技術在K417鎳基高溫合金基體上制備出羽-柱狀結構7YSZ涂層。與APS層狀結構7YSZ涂層進行對,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,通過調節(jié)涂層制備藝參數(shù)(噴距),建立涂層藝-結構-性能之間的對應關系。后采用交流阻抗譜法對涂層在高溫服役中微結構演變進行無損表征分析。研究結果表明:1.羽-柱狀結構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)顆粒構成。沿著涂層生長方向,“菜花狀"頭部逐漸增大,柱狀結構間距依次,涂層由致密結構向疏松結構演變。不同藝(噴距)下7YSZ涂層均為羽-柱狀結構,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,而結合強度無明顯變化,均處于19至21 MPa之間。當噴距為1250 mm時,單個柱狀結構顯微硬度高,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’相的尺寸和體積分數(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’相尺寸和體積分數(shù)的影響規(guī)律是*的。AS的磨損機理為邊界溝槽磨損和粘結磨損;AST的磨損機理為邊界溝槽磨損、粘結磨損、磨粒磨損和氧化磨損;ASN的磨損機理為邊界溝槽磨損、磨粒磨損和粘結磨損。當切削13時,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,磨損機理均為磨粒磨損、粘結磨損和邊界磨損。研究了 AS、AST和ASN新型陶瓷材料力學性能和磨損壽命的隨機性,以及磨損可靠性。建立了 AS、AST和ASN復合陶瓷材料抗彎強度、斷裂韌度和硬度的威布爾分布模型,結果表明,缺陷對三種材料力學性能隨機性的影響規(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時磨損壽命威布爾分布模型和磨損可靠度模型,結果表明,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性能和磨損壽命隨機性的影響規(guī)律,致密性好、缺陷分布均勻的陶瓷材料的力學性能重復性好、磨損可靠性高。通過真空自耗電弧熔煉（VAR）試驗、熱模擬壓縮試驗、程化坯料物理模擬鐓粗試驗、熱開坯試驗和包套鍛造試驗,結合組織觀察（OM、SEM、EBSD、EDS、XRI和TEM）、熱物理性能以及力學性能等分析手段,對Ti-V-Cr系阻燃鈦合金WSTi3515S和Ti40合金的開裂機理、熱變形中的再結晶行為和組織演化以及程化制備進行了研究,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化的物理模型和熱物理性能與溫度關系數(shù)學方程,并揭示了其熱變形開裂機理和再結晶機制。的主要研究成果和結論如下:（1）基于熱模擬壓縮試驗和小鑄錠物理模擬鐓粗試驗,對Ti-V-Cr系阻燃鈦合金熱變形行為進行了研究,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制與應力狀態(tài)、高溫氧化、析出物形態(tài)等因素密切相關;坯料表面的拉應力、析出物以及高溫氧化等促進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展。