FGH96粉末高温合金原始颗粒边界（PPB）问题的研究

论文摘要

FGH96合金是我国研制的第二代粉末高温合金,该合金具有优异的蠕变强度、裂纹扩展抗力以及损伤容限等性能,适用于高推重比发动机涡轮盘的生产。原始颗粒边界（PPB）是粉末高温合金的三大缺陷之一,我国采用直接热等静压工艺生产的FGH96合金显微组织中也存在PPB。本论文研究了该种合金中PPB的主要组成,并结合热力学分析结果研究了亚固相线温度扩散退火和亚固相线温度热等静压（SS-HIP）两种工艺对合金中PPB以及力学性能的影响。扫描能谱分析结果表明实验中所用的热等静压态FGH96合金中的PPB主要为富Ti和Nb的MC型碳化物以及少量的碳氧化物。热力学计算结果表明,在高温条件下合金中的部分碳化物会溶解。试样经过1230℃×8h／AC扩散退火处理后PPB并未完全消除,但部分碳化物溶解,PPB从连续网膜转变成了分散的颗粒状,显微组织中PPB明显减轻。退火态合金经过标准热处理后,晶粒均匀,晶界为锯齿状弯曲形貌,但晶粒尺寸明显长大（平均尺寸为44.53μm）。采用SS-HIP工艺成形的试样中,PPB也有所减轻,但颗粒边界析出物分布较密集。标准热处理后组织中晶粒尺寸相对较小（平均尺寸为32.98μm）,但分布不太均匀,晶界相对比较平直。力学性能测试结果表明,扩散退火工艺制得的试样在650℃／970MPa时的持久塑性略低于技术要求,除此之外,两种工艺制得的试样的主要力学性能指标均满足技术指标的要求,并达到或优于常规工艺生产的合金。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 粉末高温合金的发展现状
• 1.1.1 国外粉末高温合金的发展现状
• 1.1.2 我国粉末高温合金的发展现状
• 1.2 粉末高温合金制备工艺简介
• 1.2.1 粉末的制备
• 1.2.2 粉末的压实及成形
• 1.3 粉末高温合金中的缺陷
• 1.4 粉末高温合金中的PPB
• 1.4.1 PPB产生的原因及其组成
• 1.4.2 PPB对合金组织与性能的影响
• 1.4.3 影响PPB形成的因素
• 1.4.4 预防和消除PPB的措施
• 1.5 课题研究的意义
• 2 实验内容与方案
• 2.1 实验材料
• 2.2 课题研究的内容及方法
• 2.2.1 课题研究内容
• 2.2.2 主要研究条件与方法
• 3 FGH96合金碳化物析出规律的热力学分析
• 3.1 FGH96合金主要析出相及其含量
• 3.2 FGH96合金中碳化物的析出行为
• 3.2.1 FGH96合金中析出碳化物的类型
• 3.2.2 FGH96合金中碳元素在γ基体与MC中的分配
• 3.3 FGH96与FGH95、FGH97合金MC析出行为对比
• 3.3.1 三种合金中MC析出行为比较
• 3.3.2 三种合金中MC的主要组成
• 3.4 粉末表面的氧化分析
• 3.5 本章小结
• 4 FGH96合金的显微组织分析
• 4.1 FGH96合金中PPB的组成
• 4.1.1 PPB的形貌
• 4.1.2 PPB的组成
• 4.1.3 讨论
• 4.2 扩散退火处理对PPB的影响
• 4.2.1 扩散退火试样组织
• 4.2.2 扩散退火对碳化物的影响
• 4.3 SS-HIP工艺对PPB的影响
• 4.3.1 SS-HIP试样组织
• 4.3.2 SS-HIP工艺对碳化物的影响
• 4.4 PPB对淬火裂纹的影响
• 4.5 不同处理工艺对晶粒组织的影响
• 4.5.1 不同处理工艺对晶粒度的影响
• 4.5.2 不同处理工艺对晶界形貌的影响
• 4.6 本章小结
• 5 FGH96合金的力学性能分析
• 5.1 力学性能
• 5.1.1 拉伸性能
• 5.1.2 高温持久性能
• 5.1.3 蠕变性能
• 5.1.4 冲击韧性
• 5.1.5 缺口周期持久性能
• 5.2 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录