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新型喷射成形镍基高温合金热变形行为研究

汪杰  
【摘要】:为了提高性能和节约成本,采用计算机模拟技术优化合金成分,并通过喷射成形技术制备第三代航空发动机涡轮盘用粉末高温合金。本文通过热模拟实验以及利用光学显微镜、SEM等观察热处理样品的显微组织,研究了新型喷射成形镍基粉末高温合金的热变形行为及热处理工艺。主要研究结果有以下几点: (1)采用热力学软件Thermal-Calc计算和d电子轨道控制相稳定性理论设计第三代航空发动机用涡轮盘高温合金成分,得出合金元素的搭配范围:钴(20-25%)、铬(10-12%)、钨和钼总量不少于5%,且钨略大于钼;钛和铝的总量在6-10%且Ti/Al比值在0.9-1.1,铌(1-2%), Nb/Ta比值在0.8-1.2。 (2)喷射沉积坯基体致密度可达99%以上,经热等静压和近等温锻造后宏观气孔闭合。喷射沉积坯以细小等轴晶组织为主,坯体内部晶粒尺寸在20-40μm,平均晶粒度在7-8级,近沉积坯表面区域晶粒较细,一次γ'相尺寸在0.3-0.5μm,呈不规则块状形貌。 (3)研究了合金在温度为1020-1150℃,应变速率为0.0003-1s-1条件下的热变形行为,应力-应变曲线表明合金热压缩过程中经历了加工硬化、回复、再结晶、稳态的四个阶段,温度和应变速率都会影响流变应力。根据应力应变数据,使用双曲正弦模型建立了本构方程,并绘制热加工图,确定等温锻造工艺参数为1150℃,10-1s-1。 (4)固溶处理时合金中的一次γ'相随着固溶温度的升高溶解量增加,析出的二次γ相的数量增加,大多由块状变为近球形,尺寸相对均匀。新型喷射成形镍基高温合金固溶时由于晶界碳化物的钉扎作用使得晶粒并未明显长大,具有较强的稳定性。合金在时效处理后二次γ'相比固溶时显著长大,表现在力学性能上为显微硬度值增大。


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