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无锡国劲合金有限公司
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阅读：155发布时间：2017-2-10
DZ483合金是*代定向凝固镍基高温合金,主要应用于燃气轮机中。由于合金在定向凝固过程会造成枝晶偏析,这就要求对合金进行合理的热处理来改善合金的组织及力学性能。近几十年来,磁场热处理技术得到广泛的关注,尤其是磁场下铁磁性合金的热处理研究取得了丰硕的成果。目前,人们对磁场下非铁磁性合金固态相变行为的研究非常有限。因此,本文以非铁磁性材料DZ483镍基高温合金为研究对象,分别研究静磁场和交变磁场对DZ483合金固态相变行为及力学性能的影响。同时,探讨磁场作用下合金元素Al,Cr在Ni中的扩散行为。采用静磁场研究DZ483合金固态相变行为。研究发现,磁场热处理使合金中γ相尺寸略有减小,抑制γ相由球形转为立方形。延长时效时间,磁场时效处理使枝晶间γ相呈顶角钝化的立方形析出,而无磁场时效处理使枝晶间γ相呈筏化组织。磁场能抑制γ相的主要形成元素Al,Ti的扩散,从而降低γ相的长大速率,使γ相尺寸略有减小。无磁场*时效处理使偏析较为严重的枝晶间区域得到充分扩散,促进γ相长大,并且在共晶组织附近γ相排列紧密从而使两相之间产生内应力,形成筏化组织。而施加磁场使合金中部分合金元素的扩散受到抑制,从而降低γ相的长大速率。因此,磁场时效处理后枝晶间并没有发现筏化组织。对磁场热处理后的DZ483合金进行力学性能分析,发现静磁场可以提高合金的显微硬度和抗拉强度。磁场使元素Cr、Al、Ti和Mo趋于分布在枝晶干,引起晶格畸变,使合金枝晶干区域得到强化,从而提高了合金的显微硬度。12 T磁场作用下得到的球形γ相的数量明显大于无磁场作用下得到的立方形γ相的数量,γ相的数量越多,强化效果越好,强度越高。利用交变磁场研究DZ483合金的固态相变行为。交变磁场固溶处理后的DZ483合金中γ相明显长大,且分布均匀。交变磁场时效处理使γ相呈规则的立方形析出,无交变磁场作用时γ相呈球形析出,研究发现交变磁场能促进γ相由球形转变为立方形,加速相变发生。交变磁场能够提高合金的显微硬度和抗拉强度,降低合金的延伸率。当施加0.1 T交变磁场时,合金的抗拉强度提高约4.5%,延伸率下降约2.9-5.6%。研究静磁场作用下Ni/Ni-6.3wt.%Al扩散偶中Al在Ni中的扩散行为,发现静磁场可以降低Al在Ni中的扩散系数和扩散距离。静磁场是通过降低频率因子而不是扩散激活能来抑制Al在Ni中的扩散。采用电镀法研究静磁场下Ni-Al反应扩散行为,发现有、无磁场作用下扩散界面均形成Ni2Al3相和NiAl3相。施加静磁场可以抑制Ni2Al3相的生长,静磁场是通过降低Ni2Al3相的生长常数来抑制Ni2Al3相的生长,而对Ni2Al3相的反应激活能无明显影响,且磁场对反应层厚度的影响具有方向性。研究不同磁场方向对Ni/Ni-10at.%Cr扩散偶扩散行为的影响。结果表明,磁场平行于扩散方向时对Cr在Ni中的扩散抑制作用较强,而磁场垂直于扩散方向时对Cr在Ni中的扩散抑制作用较弱。利用交变磁场研究Ni/Ni-10wt.%Cr扩散偶的扩散行为。交变磁场可以提高Cr在Ni中的扩散系数和扩散距离。交变磁场是通过提高频率因子而不是扩散激活能来促进Cr在Ni中的扩散。
高温合金粉末的选区激光熔化成形是当今快速成型制造领域的重点研究对象,目前该领域已经在国家航天和生物医疗等领域重点应用,但是成形过程激光与粉末反应剧烈,容易形成较大的温度梯度,引起热应力,从而形成缺陷影响成形件质量。因此,探究高温合金粉末成形机理,分析温度场与应力场分布规律,对高温合金粉末成形工艺有重要指导意义。本文利用有限元模拟软件,建立三维瞬态有限元模型,将激光热源近似为高斯分布,考虑相变潜热与材料非线性问题,设计生死单元和参数化语言命令流,实现镍基高温合金成形过程的温度场模拟与应力场模拟。主要对单道扫描、单层扫描、块体成形的温度场进行了分析,着重研究了扫描过程中的温度分布、扫描线变向转接处的温度分布和整个时间历程上的温度分布情况。讨论了扫描速度和激光功率对温度场影响,熔池尺寸随着激光功率的增加而增大,瞬时zui高温度随着扫描速度的减小而增大,熔池前端的温度梯度较大。选出了合适的工艺参数,并探讨了导致温度变化和温度梯度的原因。在温度场模拟的基础上,分析了应力场分布的变化规律,主要针对过程中的应力分布、扫描线变向转接处的应力分布和冷却到室温的应力分布进行了分析。在成形件表面主要以拉应力为主,基板上主要以压应力为主。扫描过程中应力集中主要发生在扫描线之间与扫描线变向转接处,冷却到室温时残余应力以拉应力为主,集中在成形件边界和四角上,在扫描线变向转接处出现较大的拉应力,等效应力主要集中在成形件四角和边界上,这些应力是造成翘曲与裂纹的主要原因。利用模拟结果进行合金粉末的成形试验,成功验证了模拟的可靠性,并制造出致密度良好的块体成形件。zui后对成形过程的影响因素和成形过程容易产生的缺陷进行了分析,有限元模拟在缺陷形成上的预测较为成功。
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