變形高溫合金的案例
《中國(guó)航空材料手冊(cè)》第2卷.變形高溫合金.鑄造高 第10卷
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《中國(guó)航空材料手冊(cè)》第10卷.pdf
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高溫合金材料及標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展規(guī)劃（轉(zhuǎn)自材易通）
近年來(lái)，我國(guó)科技人員解決了高溫合金熱變形加工中存在的關(guān)鍵性問(wèn)題，在許多高難度變形高溫合金構(gòu)件的制造研發(fā)中取得了重大成果，其中有我國(guó)自主研發(fā)的GH4169變形高溫合金。
（2）鑄造高溫合金
這是一類通過(guò)鑄造的方法，直接加工所需構(gòu)件的高溫合金材料，具有合金化程度高、抗蠕變性能好等特點(diǎn)。近年來(lái)，用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的材料已經(jīng)逐步轉(zhuǎn)換為鑄造高溫合金，其中高溫合金K403具備優(yōu)良的鑄造性能，可制造復(fù)雜的精鑄件。
（3）粉末高溫合金
這是一類以精細(xì)金屬粉末為原料，采用熱等靜壓和等溫鍛造等方法加工而成的高溫合金材料。粉末高溫合金解決了傳統(tǒng)高溫合金偏析嚴(yán)重、成型困難等問(wèn)題，具有屈服強(qiáng)度高、晶粒細(xì)小、疲勞性能優(yōu)異等特點(diǎn)，例如我國(guó)自主研發(fā)生產(chǎn)的FGH96合金是生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦的首選材料。
2
按基體元素分
（1）鐵基高溫合金
該類高溫合金以鐵(Fe)為主要基體，并加入了不同比例的鎳(Ni)、鉻(Cr)等合金元素，制造成本較低，多用于工作溫度低的環(huán)境，如使用溫度較低的燃?xì)鈾C(jī)的渦，以及一些承力件和緊固件。如圖所示為鐵基合金GH1311的金相組織。從圖中可以看出，鐵基高溫合金的顯微組織由一些等軸狀的多邊形晶粒構(gòu)成，屬于典型的奧氏體結(jié)構(gòu)，保證了鐵基高溫合金具有足夠的強(qiáng)度和一定的韌性。
展開(kāi) 整機(jī)丨621所：航空發(fā)動(dòng)機(jī)用鎳基鑄造高溫合金及熱處理工藝研究
本文主要論述了鎳基鑄造高溫合金及其熱處理工藝技術(shù)的研究進(jìn)程，并對(duì)其進(jìn)行了總結(jié)和分析，對(duì)未來(lái)進(jìn)行展望，為后續(xù)的工業(yè)生產(chǎn)提供參考。
1 鎳基鑄造高溫合金的發(fā)展歷程
鎳基鑄造高溫合金是高溫合金領(lǐng)域中的重要組成部分，在各類精密鑄件生產(chǎn)過(guò)程中具有較為突出的優(yōu)勢(shì)，其主要原因就是這種材料耐高溫、高抗氧化和耐腐蝕性的性能。早期的鎳基高溫合金主要為變形合金，在20 世紀(jì)50 年代后期，隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件的承溫能力要求越來(lái)越高，這就對(duì)高溫合金的強(qiáng)度和使用溫度提出了更高的要求。而提升鎳基高溫合金強(qiáng)度的方法便是提高合金的合金化程度，導(dǎo)致鎳基高溫合金越來(lái)越難以變形甚至不能變形，只能采用鑄造工藝生產(chǎn)。另外，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了空心氣膜孔冷卻葉片。這種具有復(fù)雜內(nèi)腔的空心葉片，只能夠采用熔模鑄造的工藝進(jìn)行生產(chǎn)。在這種需求下，國(guó)內(nèi)外逐漸發(fā)展出了一系列具有良好高溫性能的鎳基鑄造高溫合金牌號(hào)。
鎳基高溫合金材料在20 世紀(jì)40 年代初期的英國(guó)被首次發(fā)現(xiàn)，其在噴氣式航空領(lǐng)域的應(yīng)用使很多工業(yè)生產(chǎn)商注意到了合金材料性能的重要性。英國(guó)于1941 年首先生產(chǎn)出鎳基合金Nimonic75 (Ni-20Cr-0.4Ti)，在之后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，美國(guó)和蘇聯(lián)等發(fā)達(dá)國(guó)家也先后研制成功類似的合金材料，而中國(guó)在20 世紀(jì)50 年代后期也相繼開(kāi)發(fā)出了一些相同性質(zhì)的合金材料。
研究鎳基鑄造高溫合金的發(fā)展歷史就不難發(fā)現(xiàn)，它大致有兩個(gè)方向的研究路徑：一是通過(guò)對(duì)合金成分的調(diào)整和組合，研究不同元素添加比對(duì)合金性能的影響，進(jìn)而獲取最優(yōu)的元素和成分比；二是通過(guò)對(duì)鎳基鑄造高溫合金生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)化和改進(jìn)，提升合金的制備技術(shù)。
展開(kāi) 航空發(fā)動(dòng)機(jī)用粉末高溫合金及制備技術(shù)研究進(jìn)展
高溫合金(渦輪盤、渦輪葉片等)被譽(yù)為燃?xì)鉁u輪的心臟，一直受到冶金工作者的關(guān)注[1~4]。早期變形高溫合金的強(qiáng)度提高主要是通過(guò)合金化來(lái)實(shí)現(xiàn)，但隨著使用溫度和合金強(qiáng)度要求的不斷提高，其合金化程度也越來(lái)越高，以至于鑄錠的合金元素偏析嚴(yán)重，熱工藝塑性惡化，使常規(guī)鑄鍛工藝制造渦輪盤時(shí)變形加工變得非常困難，粉末冶金高溫合金的應(yīng)用是解決這一問(wèn)題的有效途徑[5~9]。20世紀(jì)60年代初，氣霧化粉末制備技術(shù)開(kāi)始興起，1965年發(fā)展了高純高溫合金粉末制備技術(shù)[10,11]，隨后制備出粉末高溫合金渦輪盤[12]，并于20 世紀(jì)70 年代首先應(yīng)用于軍用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上。粉末高溫合金的優(yōu)勢(shì)在于，霧化制粉過(guò)程中微米級(jí)直徑的合金液滴快速凝固形成粉末顆粒，粉末組織均勻、晶粒細(xì)小，多為細(xì)樹枝晶或胞晶。從Ar 氣霧化高溫合金粉末[13]和普通鑄造鎳基高溫合金[14]的顯微組織中可知，粉末的枝晶間距較傳統(tǒng)鑄造高溫合金小1 個(gè)數(shù)量級(jí)以上，其成分偏析也被限制在球形粉末顆粒內(nèi)細(xì)小的枝晶尺度范圍內(nèi)，從而達(dá)到均質(zhì)化的目的。
采用粉末高溫合金可顯著提高力學(xué)性能和熱工藝性能。近幾十年，隨著合金和制備技術(shù)的快速發(fā)展，粉末高溫合金已成為目前高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤的首選材料。
1 粉末高溫合金的發(fā)展
1.1 歐美和我國(guó)粉末高溫合金的發(fā)展
歐美發(fā)達(dá)國(guó)家和我國(guó)在先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中廣泛采用粉末高溫合金渦輪盤，先后研制出四代粉末高溫合金(圖1)，在軍、民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)中得到了應(yīng)用。典型的粉末高溫合金成分如表1[5,15,16]所示。
展開(kāi) 
航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片斷裂機(jī)理
高溫環(huán)境下，蠕變斷裂是渦輪葉片主要的失效形式之一。隨著渦輪后燃?xì)鉁囟葟?0世紀(jì)50年代的1150K增加到現(xiàn)在的2000K，蠕變將導(dǎo)致葉片的塑性變形過(guò)大甚至產(chǎn)生蠕變斷裂。
高溫合金蠕變斷口，來(lái)源小木蟲
腐蝕。腐蝕來(lái)自于葉片所受的高溫燃?xì)狻?em>高溫燃?xì)鈱?duì)葉片的腐蝕既包括沖刷造成的腐蝕，也包括高溫燃?xì)鈱?duì)金屬葉片的氧化腐蝕。腐蝕會(huì)降低葉片的性能，當(dāng)腐蝕達(dá)到一定程度，葉片材料性能不能滿足要求時(shí)，就會(huì)發(fā)生斷裂。
葉片的斷裂除此還和材料和制造手段有一定的關(guān)系，下面小編介紹一下葉片的材料和主要制造技術(shù)。變形高溫合金葉片葉片材料。變形高溫合金發(fā)展有50多年的歷史，高溫合金中隨著鋁、鈦和鎢、鉬含量增加，材料性能持續(xù)提高，但熱加工性能下降；加入昂貴的合金元素鈷之后，可以改善材料的綜合性能和提高高溫組織的穩(wěn)定性。
高溫合金葉片
制造技術(shù)。變形高溫合金葉片的生產(chǎn)是將熱軋棒經(jīng)過(guò)模鍛或輥壓成形的。模鍛葉片主要工藝如下：鐓鍛榫頭部位；換模具，模鍛葉身，通常分粗鍛、精鍛兩道工序。模鍛時(shí)，一般要在模腔內(nèi)壁噴涂硫化鉬，減少模具與材料接觸面阻力，以利于金屬變形流動(dòng)；精鍛件，機(jī)加工成成品；成品零件消應(yīng)力退火處理；表面拋光處理。分電解拋光、機(jī)械拋光兩種。
常見(jiàn)問(wèn)題：鋼錠頭部切頭余量不足，中心亮條缺陷貫穿整個(gè)葉片；GH4049合金模鍛易出現(xiàn)鍛造裂紋；葉片電解拋光中，發(fā)生電解損傷，形成晶界腐蝕；GH4220合金生產(chǎn)的葉片，在試車中容易發(fā)生“掉晶”現(xiàn)象；這是在熱應(yīng)力反復(fù)作用下，導(dǎo)致晶粒松動(dòng)，直至剝落。
發(fā)動(dòng)機(jī)葉片嚴(yán)重腐蝕
葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零件它的制造量占整機(jī)制造量的三分之一左右。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片屬于薄壁易變形零件。
展開(kāi) 【推薦】材料彈塑性變形數(shù)據(jù)的參考書
化學(xué)成分
熱處理制度
疲勞曲線
簡(jiǎn)單的加工工藝介紹
各國(guó)牌號(hào)對(duì)照表
超星上有：
工程材料實(shí)用手冊(cè) 5 塑料 透明材料 復(fù)合材料 膠粘劑
工程材料實(shí)用手冊(cè) 銅合金 精密合金 粉末冶金及無(wú)機(jī)涂層材料
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工程材料實(shí)用手冊(cè) 結(jié)構(gòu)鋼 不銹鋼
工程材料實(shí)用手冊(cè) 鑄鐵 鑄鋼 碳鋼和低合金鋼
工程材料實(shí)用手冊(cè) 2 變形高溫合金 鑄造高溫合金
工程材料實(shí)用手冊(cè) 3 鋁合金 鎂合金 鈦合金
值得收藏。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)用高溫合金的鑄造、鍛造工藝
高溫合金盤類零件通常在亞固溶或者過(guò)固溶條件下進(jìn)行等溫鍛或者熱模鍛工藝。為了確保鍛件質(zhì)量，要求每個(gè)零件必須用相同的工藝，并通過(guò)高靈敏度的超聲檢測(cè)方法進(jìn)行探傷。
人們想盡各種方法去提高盤件的性能，其中有一個(gè)非常有意思的問(wèn)題：能不能在盤的不同區(qū)域按照需要鍛造出不同的結(jié)構(gòu)？（當(dāng)然，回答這個(gè)問(wèn)題之前，先要搞清楚，什么樣的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于什么樣的性能。）一些先進(jìn)的盤類鍛造技術(shù)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，可以按照合金成分、盤的幾何形狀進(jìn)行局部鍛造工藝。產(chǎn)品的特點(diǎn)是不同區(qū)域的晶粒度不一樣，盤心細(xì)晶、邊緣粗晶。如果鍛造時(shí)再配合一定的熱處理工藝，不同區(qū)域的顯微組織結(jié)構(gòu)也不一樣。
另一方面，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的直徑越來(lái)越大，高溫合金盤的尺寸也從150mm增加到超過(guò)了800mm。這種“尺寸效應(yīng)”對(duì)鍛造工藝帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，要評(píng)估的內(nèi)容比較多，比如不同晶粒尺寸的影響、機(jī)加性能、抗變形能力（如下圖）、熱處理參數(shù)（尤其是冷卻速率）、慣性摩擦焊的焊接性能，等等。
零件制造
最后提一下零件制造，區(qū)別于鑄件、鍛件原材料，是指在原材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行的再加工。航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件主要的制造工序比如：成型、機(jī)加、焊接、熱處理、機(jī)加、精整、無(wú)損檢測(cè)。其中，機(jī)加工序工作量占比最高，焊接、熱處理等熱工藝影響最大。航空發(fā)動(dòng)機(jī)中此類零件非常多，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的比如框架、各類機(jī)匣等。
文章來(lái)源：航空制造人
展開(kāi) 3D打印鎳基單晶高溫合金
鎳基單晶高溫合金是航空航天等領(lǐng)域的關(guān)鍵材料，用于高溫零部件的制造。目前，這些零部件的制備工藝主要以定向凝固精密鑄造為主。對(duì)金屬3D打印技術(shù)而言，能否實(shí)現(xiàn)單晶組織的連續(xù)生長(zhǎng)是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。以往的研究主要集中在利用3D打印技術(shù)分層疊加原理，對(duì)單晶基體（如燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片）進(jìn)行修復(fù)，目前可以實(shí)現(xiàn)成形若干層單晶組織。
據(jù)研究人員報(bào)到，該研究成功的秘訣是采用了精確的工藝參數(shù)控制合金的熔化及凝固過(guò)程。研究者認(rèn)為，所采用的工藝為何能夠制備出單晶仍需要深入分析，初步認(rèn)為是所采用的掃描策略對(duì)晶粒的生長(zhǎng)具有選擇效果，因而能夠?qū)崿F(xiàn)單晶的制備。由圖1可以看出，制備的塊狀試樣上部縱截面上，枝晶細(xì)密且連續(xù)生長(zhǎng)，沒(méi)有明顯的裂紋等缺陷。
該研究突破了較大體積鎳基高溫合金單晶組織的3D打印，使3D打印技術(shù)用于單晶高溫合金零部件的制造成為可能，對(duì)于3D打印技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域熱端零部件的制造具有重要意義。
來(lái)源：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
展開(kāi) 《Acta Materialia》：高溫下氦注入納米鐵素體合金的氣泡形成！
氦氣在輻照材料中會(huì)導(dǎo)致低溫硬化、空腔膨脹和高溫晶界脆化，它們最終決定了大多數(shù)材料的工作溫度和服役時(shí)間限制。有人提出，通過(guò)增加He捕獲點(diǎn)的數(shù)量來(lái)控制氣泡大小或?qū)e與晶界隔離，可以減輕這些負(fù)面影響。輻射誘發(fā)空位的誘捕可能性、間隙原子和He原子可以通過(guò)吸收強(qiáng)度進(jìn)行量化，這一概念推動(dòng)了納米結(jié)構(gòu)鐵素體合金(NFAs)的發(fā)展，該合金具有工程設(shè)計(jì)的高吸收強(qiáng)度微觀結(jié)構(gòu)，例如通過(guò)傳統(tǒng)煉鋼技術(shù)生產(chǎn)的含有碳化物或氮化物析出的可鑄態(tài)納米結(jié)構(gòu)合金(CNAs)，通過(guò)機(jī)械合金技術(shù)生產(chǎn)的氧化物分散強(qiáng)化(ODS)合金。多項(xiàng)研究表明，納米級(jí)的分散體在長(zhǎng)時(shí)間的高溫環(huán)境下是穩(wěn)定的，可以增強(qiáng)機(jī)械性能，提高材料的抗輻射性能，并將大量氦隔離到小氣泡中(氣泡與分散體的附著)。然而，仍然缺乏系統(tǒng)的輻照數(shù)據(jù)顯示納米顆粒的密度及其在鐵素體合金中的氨捕獲能力(結(jié)合能)如何影響高溫下的氦氣泡密度和尺寸。
美國(guó)田納西大學(xué)的研究人員通過(guò)掃描/透射顯微鏡觀察了Fe-9/10Cr合金和兩種彌散增強(qiáng)納米合金(CNA3和14YWT)的氦泡形成。表明兩種納米合金中的納米粒子都能有效捕獲He。在納米結(jié)構(gòu)合金中，可以將氦隔離至更小的氣泡中(這導(dǎo)致更低的體積膨脹值，并保護(hù)氦不受晶界的影響)來(lái)控制非常高的氦濃度。相關(guān)論文以題為“Bubble formation in helium-implanted nanostructured ferritic alloys at elevated temperatures”發(fā)表在Acta Materialia。
展開(kāi) Arconic開(kāi)發(fā)出新型高溫航空用鈦合金
先進(jìn)鈦合金,已獲得商業(yè)許可。該合金被設(shè)計(jì)應(yīng)用于高溫用途的下一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)和鄰近結(jié)構(gòu)中。正值下一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)火熱運(yùn)行中，ARCONIC-THOR是一種更輕，更具成本效益的新型鈦合金，來(lái)替代當(dāng)前的鎳基超級(jí)合金。這項(xiàng)專利的鈦合金比當(dāng)前鎳基合金輕50%，更適合用于耐高溫航空發(fā)動(dòng)機(jī)和鄰近結(jié)構(gòu)中，并且可以為客戶節(jié)約成本，使公司抓住發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)身材料市場(chǎng)的需求。
ARCONIC-THOR是一款具有突破性的航天材料，其性能是傳統(tǒng)合金所不及的，Arconic工程結(jié)構(gòu)的總裁Jeremy Halford稱，下一代節(jié)油型航空發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛使用，對(duì)排氣系統(tǒng)材料和相鄰結(jié)構(gòu)的材料選擇是一個(gè)挑戰(zhàn)。利用我們的材料科學(xué)專業(yè)知識(shí)，我們的工程師研發(fā)的ARCONIC-THOR?強(qiáng)大的鈦材解決方案，可以承受受熱量和相當(dāng)大的重量，為我們的客戶節(jié)約成本。
在Arconic的專利合金范圍內(nèi)，的特殊專利配方與現(xiàn)有的高溫合金相比，它的抗氧化性提高了三倍。這種改進(jìn)的抗氧化性可以防止在溫度升高時(shí)材料變質(zhì)，相比于市場(chǎng)上其他傳統(tǒng)的鈦合金，ARCONIC-THOR合金在耐用溫度時(shí)能更好的運(yùn)行。
Arconic已經(jīng)與客戶合作完成了開(kāi)發(fā)項(xiàng)目ARCONIC-THOR，其中包括由美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室資助的飛機(jī)項(xiàng)目制造商波音和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)制造商霍尼韋爾，其中我們采用ARCONIC-THOR板材生產(chǎn)全部大型零部件。聯(lián)合材料負(fù)擔(dān)能力倡議(MAI)項(xiàng)目驗(yàn)證了ARCONIC-THOR作為一種可生產(chǎn)、高抗氧化鈦合金在溫度高達(dá)200°F以上具有可接受的抗氧化性。項(xiàng)目進(jìn)一步得出結(jié)論ARCONIC-THOR顯著降低了重量并改善了部件性能。
汽車工程師學(xué)會(huì)-航空航天材料規(guī)范鈦和難熔金屬委員會(huì)(SAE-AMS)最近批準(zhǔn)了標(biāo)準(zhǔn)航空材料規(guī)范(AMS) 6953用于ARCONIC-THOR 板材。
展開(kāi) 某FGH97合金渦輪盤斷口高溫氧化機(jī)理分析
本文首先設(shè)計(jì)FGH97合金高溫氧化試驗(yàn)，以某GH97合金渦輪盤為例，模擬FGH97合金試件的高溫氧化過(guò)程；然后，觀察試件表面氧化皮顏色特征，明確氧化皮成分，推導(dǎo)出FGH97合金渦輪盤破裂失效時(shí)的工作溫度；最后，對(duì)不同溫度下FGH97合金的氧化過(guò)程進(jìn)行分析和討論，得到FGH97合金的高溫氧化機(jī)理。
1 高溫氧化試驗(yàn)
試件材料與合金渦輪盤源于同一批母材，主要化學(xué)成分如表1所示。取 9件試件，用砂紙精磨試件檢測(cè)面，直至Ra≤0.6 μm。高溫氧化試驗(yàn)試件保溫溫度分別為600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃。高溫空氣爐預(yù)熱到指定溫度，將試件送入爐中，再次加熱，使高溫空氣爐恢復(fù)到指定溫度，保溫120 min、空冷1 h，觀察試件表面氧化狀態(tài)。為了使試件氧化過(guò)程更加接近渦輪盤實(shí)際工作狀態(tài)，在確保高溫空氣爐溫度保持穩(wěn)定的前提下，使?fàn)t膛內(nèi)外空氣可輕微流動(dòng)。
2 氧化皮顏色特征觀察
高溫模擬試驗(yàn)后， 9件試件表面氧化皮顏色特征如圖1所示。由試驗(yàn)得知， FGH97合金在600~1000℃下保溫120 min、空冷1 h，表面氧化皮顏色變化可分為三個(gè)階段。第一階段為600~700℃，試件表面顏色以黃色為主。700~750℃為第一階段與第二階段的過(guò)渡階段，試件表面顏色從暗黃色轉(zhuǎn)變成淺藍(lán)色。第二階段為750~850℃，試件表面顏色以藍(lán)色為主。850~900℃為第二階段與第三階段的過(guò)渡階段，試件表面顏色從淺藍(lán)色轉(zhuǎn)變成銀灰色（局部淺綠）。第三階段為900~1 000℃，試件表面顏色以灰色為主，隨著溫度的提高，表面顏色從銀灰色（局部淺綠）向暗灰色轉(zhuǎn)變。
3 氧化皮成分分析
分別對(duì)9件試件表面氧化皮做能譜分析，含量變化結(jié)果如圖2所示。
展開(kāi) 
Ti60 高溫鈦合金環(huán)件組織性能與分析
Ti60 高溫鈦合金具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能和抗蠕變性能，是我國(guó)航空及國(guó)防工業(yè)急需的新型高溫鈦合金。由于Ti60 高溫鈦合金屬于難變形材料，其鍛造加熱溫度范圍小，變形抗力和微觀組織對(duì)熱力參數(shù)敏感，因此在實(shí)際生產(chǎn)中鍛件組織與性能的穩(wěn)定性較差。本文對(duì)Ti60 高溫鈦合金在3t 自由鍛錘進(jìn)行改鍛試驗(yàn)，研究其改鍛成形熱處理后的組織性能，并對(duì)該合金的鍛造熱力學(xué)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
在前期試制的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步考核鍛造和熱處理工藝的穩(wěn)定性和合理性，在生產(chǎn)Ti60 高溫鈦合金環(huán)件經(jīng)3t 自由鍛改鍛，在φ1200mm 擴(kuò)孔機(jī)成形，熱處理后進(jìn)行組織性能檢測(cè)與分析，并進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)。
原材料復(fù)驗(yàn)
材料情況介紹
Ti60 高溫鈦合金環(huán)件原材料選取中國(guó)科學(xué)院金屬研究所和寶雞鈦業(yè)股份有限公司聯(lián)合研制的規(guī)格為φ250mm 的Ti60 高溫鈦合金棒材。材料牌號(hào)：Ti60；爐號(hào)：XXX-20082052；來(lái)料規(guī)格：φ250mm；鍛件重量：70kg；原材料技術(shù)條件：XXX/YYY5386-2008；相變點(diǎn)：1050℃；探傷：B 級(jí)；化學(xué)成分見(jiàn)表1。
高低倍檢查
⑴低倍組織(圖1)正常、無(wú)清晰晶粒，合格。
⑵原材料高倍組織(圖2)中兩相區(qū)加工產(chǎn)生的組織、無(wú)連續(xù)晶界α，合格。
圖1 原材料低倍組織
表1 原材料化學(xué)成分(wt%)
圖2 原材料高倍組織(200×)
⑶原材料熱穩(wěn)定性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。材料狀態(tài)：退火1025℃，空冷2h ；二次退火650℃，空冷2h。原材料室溫拉伸性能合格，高溫拉伸性能合格，高溫持久性能合格。
鍛造主要工藝流程
鍛件圖如圖3 所示，工藝流程為：下料→兩端面倒角→改鍛→車端面→腐蝕→探傷→鍛造(鍛荒)→擴(kuò)孔→熱處理→粗加工→腐蝕→探傷→理化→表面清理→打磨→終檢→入庫(kù)。
改鍛
⑴鍛造設(shè)備：3t 自由鍛錘。
展開(kāi) 強(qiáng)度大大提高，MIT用納米陶瓷纖維強(qiáng)化3D打印高溫合金
更好的性能
研究團(tuán)隊(duì)的方法以 Inconel 718材料為基礎(chǔ)，這是一種流行的“高溫合金”，用于增材制造中需要承受極端條件（例如 700 攝氏度，約 1,300 華氏度））等極端條件的應(yīng)用。該團(tuán)隊(duì)寫道，他們用少量陶瓷納米纖維研磨商用 Inconel 718 粉末，導(dǎo)致納米陶瓷在 Inconel 顆粒表面均勻包覆。
然后將所得粉末用于通過(guò)激光粉末床熔合制造零件。研究人員發(fā)現(xiàn)，與僅使用 Inconel718 制成的零件相比，使用這種新粉末制成的零件的孔隙率和裂紋明顯減少。而這反過(guò)來(lái)又會(huì)導(dǎo)致零件的強(qiáng)度大大提高，這些零件還具有許多其他優(yōu)勢(shì)。例如，它們更具延展性，或可拉伸性，并且具有更好的抗輻射和高溫載荷能力。
Li說(shuō)：“此外，這一強(qiáng)化過(guò)程本身的成本并不高，并且適用于現(xiàn)有的 3D 打印機(jī)。只需使用我們的粉末，您就會(huì)獲得更好的性能。”
未參與這項(xiàng)工作的香港中文大學(xué)助理教授徐松評(píng)論道：“在這篇論文中，作者提出了一種打印由陶瓷納米纖維增強(qiáng)的鎳基合金 718 金屬基復(fù)合材料的新方法。激光熔化過(guò)程引起的陶瓷原位溶解增強(qiáng)了 Inconel718 的耐熱性和強(qiáng)度。此外，原位強(qiáng)化減小了晶粒尺寸并消除了缺陷。未來(lái)金屬合金的 3D 打印，包括高反射率銅的改性和高溫合金的斷裂抑制，都可以從這項(xiàng)技術(shù)中明顯受益。”
△麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種簡(jiǎn)單、廉價(jià)的方法來(lái)制備航空航天和核能發(fā)電應(yīng)用的關(guān)鍵強(qiáng)化材料。這張照片中打印基板上的“海貍“造型和其他形狀是使用新技術(shù)創(chuàng)建的。照片來(lái)源：亞歷山大·奧布萊恩
巨大的新空間
Li教授說(shuō)：“這項(xiàng)工作可以為合金設(shè)計(jì)開(kāi)辟一個(gè)巨大的新空間，因?yàn)槌?3D 打印金屬合金層的冷卻速度比使用傳統(tǒng)熔體凝固工藝制造的散裝部件的冷卻速度快得多。因此，許多適用于鑄造的化學(xué)成分規(guī)則似乎不適用于這種 3D 打印。
展開(kāi) 西安交大《Scripta》：高熵合金在高溫氫化水的環(huán)境老化行為！
HEA通常比傳統(tǒng)合金更貴，因?yàn)樗懈邼舛鹊?em>合金元素。對(duì)于一些要求較高的應(yīng)用環(huán)境，較高的成本是值得的，因?yàn)槟壳暗膫鹘y(tǒng)合金幾乎不能滿足性能要求。因此人們?cè)谘兄瓶馆椛銱EAs方面進(jìn)行了大量的研究工作。著名的Cantor合金(等原子FeNiCoMnCr)，由于其優(yōu)越的力學(xué)性能，在核反應(yīng)堆的潛在應(yīng)用中考慮到應(yīng)消除Co以降低輻射后的活度水平，降低Cr含量以穩(wěn)定奧氏體相并再次減少輻射脆化而被調(diào)整為FeNiMnCr。該四元合金仍然保持了原始Cantor合金的優(yōu)良力學(xué)性能，并且在相穩(wěn)定性和輻射方面比傳統(tǒng)的FeCrNi奧氏體合金表現(xiàn)更好，在輻射劑量為1 dpa時(shí)表現(xiàn)出良好的相穩(wěn)定性。該材料具有良好的抗輻射性能，是一種有應(yīng)用前景的核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料，然而要對(duì)其在特定反應(yīng)器環(huán)境中的老化行為進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)，還需要對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)的研究。
西安交通大學(xué)的研究人員首次研究了在類似壓水堆一回路水環(huán)境的高溫氫化水中，F(xiàn)eNiMnCr HEA的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SCC)誘發(fā)和氧化行為。
展開(kāi) ：鎳基高溫合金界面位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)的再偏析
錸（Re）是一種能夠顯著提高高溫鎳基合金屈服強(qiáng)度的元素。但是，并沒(méi)有得到廣大研究者的認(rèn)同。因?yàn)榇蟛糠秩送茰y(cè)Re原子的空間分布不是隨機(jī)的，而是以納米團(tuán)簇的形式出現(xiàn)，因此障礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)，一些研究人員聲稱，無(wú)法通過(guò)使用三維（3D）原子探針斷層掃描（APT）或擴(kuò)展的X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)光譜找到高溫合金中的Re團(tuán)簇。最近，在單晶高溫合金的界面位錯(cuò)核心處，發(fā)現(xiàn)了Re偏析，伴隨著Co和Cr偏析。Re的偏析可能會(huì)引起界面位錯(cuò)并阻礙它們的運(yùn)動(dòng)，從而提高超級(jí)合金的抗蠕變性。但是，在Ni基高溫合金中，Re原子的空間分布和“Re效應(yīng)”的機(jī)制仍不清楚。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，中國(guó)浙江大學(xué)張澤院士團(tuán)隊(duì)的李吉學(xué)教授、余倩教授、丁青青博士(文章第一作者)與美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)的Long-Qing Chen合作，采用了亞埃分辨透射電子顯微鏡（TEM）和能量色散X射線光譜（EDS）分析了鎳基單晶高溫合金中錸（Re）的分布。發(fā)現(xiàn)Re原子在界面位錯(cuò)核心附近的拉應(yīng)力區(qū)域分離，形成“Cottrell大氣”，偏析過(guò)程由位錯(cuò)管擴(kuò)散促進(jìn)。原位透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡（SEM）應(yīng)變研究表明，沿相界分布Re的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)充當(dāng)了機(jī)械壁，有效地阻止了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和裂紋擴(kuò)展。同時(shí)，Re分離的程度可以通過(guò)熱處理來(lái)調(diào)節(jié)。理論分析表明，這種顯著的合金化效應(yīng)主要來(lái)源于Re局部組分應(yīng)變與位錯(cuò)應(yīng)變之間的相互作用，導(dǎo)致界面位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)顯著穩(wěn)定。此結(jié)果為理解鎳基高溫合金力學(xué)性能中Re效應(yīng)的起源提供了新的視角，有利于提高Ni基高溫合金的蠕變性能和設(shè)計(jì)高性能的不含Re高溫合金。相關(guān)成果以“Re Segregation at Interfacial Dislocation Network in a Nickel-Based Superalloy”為題發(fā)表在Acta Materialia上。
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