喷射成形GH742y合金晶粒长大规律的研究
喷射成形GH742y合金晶粒长大规律的研究
第26卷 第3期2006年6月 航 空 材 料 学 报JOURNAL OF AERONAUTI CA L MATER I ALSVol .26,No .3June 2006喷射成形GH742y 合金晶粒长大规律的研究许文勇,李 周,张国庆,袁 华,李正栋,姚瑞平,田世藩,徐石斌(北京航空材料研究院,北京100095)摘要:研究了不同固溶温度热处理对氮气雾化喷射成形G H742y 合金相组成和晶粒尺寸的影响,并重点分析了第二相对晶粒长大的抑制作用。
结果表明:氮气雾化喷射成形G H742y 合金具有良好的高温抗晶粒长大特性,极限晶粒尺寸约为40μm;γ′相固溶温度约为1127℃;高于γ′相固溶温度热处理时,弥散分布MC 型碳氮化合物阻碍晶粒长大;Glad man 方程可以估计氮气雾化沉积坯的极限晶粒尺寸。
关键词:喷射成形;晶粒长大;G H742y;碳氮化合物中图分类号:T G132.3,TG 111.8 文献标识码:A 文章编号:100525053(2006)0320052204收稿日期:2006201220;修订日期:2006203221基金项目航空科学基金(3)作者简介许文勇(8),男,硕士,助理工程师,(2)x y @6。
喷射成形是用快速凝固方法直接制备整体致密并具有快速凝固组织特征的块状金属材料的新型材料制备技术。
喷射成形技术与传统的铸造、铸锭冶金、粉末冶金相比具有明显的技术和经济优势,近年来被广泛用于研制和开发高性能金属材料如铝合金、铜合金、特殊钢、高温合金、金属间化合物以及金属基复合材料等,在国内外得到快速发展[1]。
GH742y 合金是目前研制的合金化程度和高温热强性都非常高的涡轮盘合金,在我国现有工业条件下,采用传统的铸锭变形工艺很难生产出G H742y 合金的合格锻件。
喷射成形技术制备难变形G H742y 合金,可提高材料成分均匀性、细化组织,显著改善合金的热变形能力和力学性能[2]。
喷射成形高温合金的研究与应用
温合金成分均 匀、 宏观 偏析 、 无 晶粒 细小、 气体 夹杂含量低 ， 力学性能与粉末合金相 当， 高于变形合金 ， 冷热加工性 能明 显改善 ， 成本 较低 。喷 射 成 形 高 温合 金 技 术 通 过 ２ 多年 的发 展 取 得 了较 大 的 进 步 ， 且 ０ 包括 纯 洁金 属 喷 射 成 形 （ ＭＳ ） Ｃ Ｆ 和纯洁金属成核铸造 （ ＭＮ ） Ｃ Ｃ 。喷射 成形 高温合金 的应 用主要 是管件 、 形件和 盘件 。最后 对喷射 成形 涡 环 轮盘材料 Ｆ ＧＨ９ 织作 了初 步的研 究。 ６组
ｇ ｅ ｓｈ ｓｂ ｅ ａ ｅｉ ｈ ｐ ａ ｏ ｉｇ ｔｃ ｎ ｌｇ ｎ ｌｄｎ ｌａ ｔｌｓ ｒ ｙｆｒ ｉｇ（ ｒｓ ａ ｅ ｎｍ ｄ ｎｔ ｅｓ ｒｙ ｆｒ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙｉｃｕ ｉｇｃｅ ｎｍｅａ ｐ ａ ｏ ｎ ＣＭＳＦ ｎ ｌａ ｔｌ ｕ ｍ ｍ ）ａ ｄｃｅｎ ｍｅａ — ｎ ｃｅ ｔｄｃ ｓｉｇ （ ｌａ ｅ ａ ｔ ｎ ＣＭ ＮＣ） ．Ｔｈ ｐ ｌ ａ ｉｎ ｆｓ ｒｙ ｆｒ ｅ ｕ ｅ ａｌｙ ｒ ｉｌ ｏ ｕ ｅ ｎ ｔ ｂ ｓ ｉｇ ｎ ｉｃ ． ｅａ ｐｉ ｔｏ ｓｏ ｐ ａ ｏ ｃ ｍ ｄｓ ｐ ｒ ｌ ｓａｅ ｍａｎ ｙ ｆｃ ｓ ｄ ｏ ｕ ｅ ，ｒ ｓａ ｄ ｄｓｓ ｏ ｎ
２ Ｓ ｈ ｏ ｆＭ ａｅ ｉｌ ｉｎ ｅａ ｄ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｃ ｏ ｌ ｔｒａｓＳ ｅ ｃ ｎ ｇｎ ｅ ｉｇ，Ｓ ａ ｇ ａ ｉｏ ｏ ｇ Ｕｎｖ ｒ ｉ ，Ｓ ａ ｇ ａ ０ ０ ０ ｏ ｃ ｈ ｎ ｈ ｉ ａ ｔ ｎ ｉｅ ｓｔ Ｊ ｙ ｈｎｈｉ ０３） ２ Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ Ｓ ｒｙ ｆｒ ｉｇｉ ｉｄｏ ｅ ｒｎ ｔｓ ａ ｅｒｐｄ ｓ ｌ ｉｃ ｔ ｎｔｃ ｎ ｌｇ ．Ｉ ｈｓｐ ｐ ｒｔｅｒ ｓａ ｃ ｐ ａ ｏ ｍ ｎ ａｋｎ ｆ ａ－ ｅ ｈ ｐ ａ ｉ ｏ ｉ ｆ ａｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ｈ ｅｅ ｒｈ ｓ ｎ ｄｉ ｏ
喷射成形高合金工具钢的显微组织与力学性能的开题报告
喷射成形高合金工具钢的显微组织与力学性能的开题报告
标题：喷射成形高合金工具钢的显微组织与力学性能
背景：
高合金工具钢具有较高的强度、硬度和韧性，广泛应用于航空、航天、汽车和机械制造等领域。
常规加工方法对高合金工具钢的形状和尺寸有一定的限制，限制了其在实际应用中的发挥。
喷射成形作为一种先进的制造技术，可以通过高速喷射金属粉末，将其逐层烧结成型，制造出复杂的三维结构，解决了传统加工方法的局限性。
研究目的：
本研究旨在对喷射成形高合金工具钢的显微组织和力学性能进行研究，探究喷射成形在高合金工具钢加工中的应用前景。
研究内容：
1. 采用喷射成形技术制备高合金工具钢试样。
2. 对试样进行热处理，并使用金相显微镜和扫描电子显微镜对其显微结构进行观察和分析。
3. 测试试样的硬度和拉伸强度，并与常规制备工具钢进行比较。
4. 分析喷射成形高合金工具钢的微观组织与力学性能之间的关系。
研究意义：
本研究可以为高合金工具钢的制备提供一种新的途径，同时可以对喷射成形技术在高合金工具钢制造中的应用效果进行评估，为高合金工具钢的应用提供理论和实证基础。
喷射成形工艺
合 金 管 这 些 高强 度 高温 合 金 还 可 用 于 涡 轮
盘 对 涡 轮 盘 来 说 纯 净度对 满 足 低周 疲 劳
, ,
。
性能要 求 极 为重要
括三 次熔 炼
,
。
。
传 统 的 涡 轮 盘合 金 的 主要 制造 方 法 包
第一 次为真 空 感应熔 炼
。
图
结合
、
和 喷射成 形 的
工艺
主 要 是 为 了 产生 基 本 成 份
第二 次
飞 机 发 动机公 司供 图
年第 由
、
期
和
金
形 铝 一 硅 元 件 的 最 大 的 潜 在 市 场 与铸 件 相
,
属 公 司合 作 在 通 用 电气 公 司 建造 的 一 台大
型 喷 射成形 试验设备上 进行 了试验 以证 明
,
比 重 量 的减 轻可 提 高汽 车 发 动机 的功 率并
,
可 降低 振动 处 于 新 的 发 展 阶段 的 其 它 铝 合
。
成形 件 仍 会 存 在 一 些 孔 隙
。
最后 必须 指 出
,
环 形 件 的 机 械 性 能 与铸 件 和 锻 件 的 一 样 甚
至 更好
喷射 成 形 的坯 件 晶粒 细 而 无 偏析
。
生 产 能力 大 的制管设 备 喷 射成形 的 管
子分 成 几 种规格 再 经 环形 轧 制 这样 就 能
, ,
的特殊
钢坯件
・
喷 射 成 形 制 成 高 精 度 的致 密 的铝 硅 合 金 挤 压 坯 件
开 发 了 一 些 新 型 铜 合 金 以 及 建 造 了 喷 射 成形 生 产 铜 合 金 坯 件 的 试 验 设 备
上海交通大学科技成果——喷射成型高性能铝合金
上海交通大学科技成果——喷射成型高性能铝合金技术背景
喷射成形是先进的凝固技术，与半连续铸造技术相比，优点是化学成分无宏观偏析、晶粒度等微观组织精细1个数量级，团队研制了高合金化、大规格凝固坯材，以7055为代表的高强度铝合金料产品在国内率先实现工程化，成功应用在“天宫二号”压气机系列部件上，填补了国内技术空白。
喷射成形铝合金
天宫二号中30余件构件应用
技术水平
制定我国首部喷射成型领域的行业标准和国家标准。
获得国家发明专利20余项。
应用领域
航空、航天高温耐磨高强构件、C919机翼长桁、直升机轮毂。
GH742合金中γ′相粗化动力学研究
维普资讯
８
材 料 工 程 ／２ ０ 年 ８期 ０７
ＧＨ７ ２合 金 中 相 粗 化 动 力 学 研 究 ４
Ｐａ ｔｃ ｅ ａ ｓ ｎ ｎ ｎｅ ｉ ｓ ｉ ｉ ｋｅ — ｓ ｒ ｉ ｌ ｓ Ｃｏ ｒ ｅ ｉ ｇ Ｋｉ ｔｃ ｎ Ｎ ｃ ｌｂａ ｅ Ｓｕ ｒ ｌｏ Ｈ ７ ２ ｐｅ ａ ｌ ｙ Ｇ ４
长大 规 律 符 合 传统 的 Ｌ Ｗ 理 论 ， 且 随 时 效 温 度 增 高 ， 粗 化 速 率 增 加 ； 作 图 法 得 出 了 ＧＨ７ ２合 金 中 ７相 粗 化 激 Ｓ 并 ７相 用 ４
活 能 为 （ ８． ３ １ ４ ）Ｊ ｍｏ， 同 ＡｌＴ 等 元 素 在 Ｎｉ 的 扩 散 激 活 能 相 当 ， 明 ＧＨ７ ２合 金 中 ７相 的 长 大 粗 化 主 要 ２ ９ ５ 土 ． ８ ｋ ／ ｌ这 ，ｉ 中 说 ４ 由 Ａｌ 等元 素 在 Ｎｉ 体 中 的扩 散 所 控 制 。 ， Ｔｉ 基 关键 词 ： 温 合 金 ； ； 化 动 力 学 ； 活 能 高 ７相 粗 激
GH742合金γ′相粗化及演变规律研究
第26卷 第3期2006年6月 航 空 材 料 学 报JOURNAL OF AERONAUTI CA L MATER I ALSVol .26,No .3June 2006GH742合金γ′相粗化及演变规律研究谢永军,梁学锋,李 伟,赵宇新,缪宏博(北京航空材料研究院,北京100095)摘要:研究均匀化后特殊处理方法对G H742合金铸锭γ′相的影响及γ′相的析出溶解规律。
结果表明,经特殊处理后γ′相得到粗化,尺寸是铸锭原始态的4～8倍。
经特殊处理后γ′相的完全溶解温度在1100℃左右。
关键词:G H742;γ′相;溶解温度中图分类号:T G132.2 文献标识码:A 文章编号:100525053(2006)0320305202收稿日期6223;修订日期6225作者简介谢永军(8),男,硕士研究生,主要从事高温合金研究工作,(2)y j x @。
G H742合金是一种新型高性能难变形涡轮盘用高温合金,可用于制造在550～900℃温度范围和高应力条件下工作的涡轮盘。
N i 3(Ti,A l,Nb)型γ′相为主要沉淀强化相,含量约为35%。
本研究首先通过对均匀化后铸锭进行特殊处理使γ′相得到聚集长大而粗化,以改善合金热加工塑性,有利于开坯的顺利进行。
其次找到了经特殊处理后γ′相析出及溶解规律,为制定合理热加工参数奠定基础[1,2]。
1 实 验1.1 实验用料实验用料为G H742合金<400mm 铸锭,冶炼工艺为真空感应熔炼+真空自耗,化学成分示于表1。
表1 GH742合金化学成分Table 1 Che m ica l co mpositi ons of G H742alloyElementC Si Mn S P Cr N i Mo Content /%0.0540.070.020.00150.00414.15Ba l 5.03Element Ti A l Nb W Fe V La Co Content /%5.582.482.62<0.20.16<0.2<0.0210.401.2 实验方法试样在1160℃经16h 均匀化处理后以不同冷速冷却到室温,称之为特殊处理阶段。
喷射成形工艺的理论研究进展
ｃ ｎ ｏｉａ ｉｎ ｏ ｏｌ ｉｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｅ ｏ ｍ ｏ ｌ ｇ ｉ ｏ ｔ ｕ ｄ ｐ ｏ ｅ ｓ ｇ ｓ ｅ ｏ ｓ ｌ ｔ ｎ ｃ ｌｓｏ ｎ ｈ ｒ ｆ ｒ ｃ ｏ ｉ ｎ ｃ ｎ ｉ ｅ ｒｃ ｓ ｉ ｔｐ．Ｔｈ ｅ ｓ ｑ ｅ ｔ ｌｓａ ｅ ｏ ｔｏ ｎ ｄ ｏ ｉ ｎ ｎ ｎ ｓ ｅ ｅ ｕ ｎ ｉ ｔｇ ｃ ｎ ｒ ｌａ ｄ ａ ｓ ｃ ａ ｇ ｈ ｏｉ ｉ ｃ ｔ ｎ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓｏ ｈ ｌ ａ ｄ ｄ ｔ ｒ ｉ ｅ ｔ ｅ ｓ ｒ ｙ ｆ ｒ ｄ ｐ ｅｏ ’ ｃｏ ｔｕ ｔ ｒ ．Ｎｅ ｒｎ ｔ ｈ ｎ ｅ ｔ ｅｓ ｌ ｆ ａｉ ｏ ｄｔ ｎ ｆ ｅｍｅｔ ｎ ｅ ｅ ｎ ｈ ｐ ａ ｏ ｍｅ ｒ ｆｒ Ｓｍｉ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｄ ｉ ｏ ｉ ｔ ｍ ｍ ｒ ａ — ｅ— ｓ ａ ｅ ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｇ ｉ ａ ｏ ｈ ｒｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｆｔ ｅ ｓ ｒ ｙ ｆｒ ｉ ｇ ｈ ｐ ｎ ｆ ｃ ｕ ｉ ｎ ｔ ｅ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓｉ ｏ ｈ ｐ ａ ｏ ｎ ｓ ｉ ｃ ｍ ｎ ．Ｔｈ ｒ ｆ ｒ ’ ｈ ｐ ｅ ｅ ｄ ｎ ｔ ｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｅｐｅｏ ｍ Ｓｓ ａ ｅ ｄ ｐ ｎ ｓｏ ｈ ｔｕ ｔ ｒ
ｐ ｅｏ ｍ ｓａ ｅｉ ｆｕ ｎ ｅ ｂ ｎｙ ｆｃｏｒ ． Ｈｏ ｅ ｅ ｒ ｆ ｒ ｒ ｎ ｅ ｃ ｄ ｙ ｍａ ａ ｔ ｓ ｌ ｗ ｖ ｒ， ｔ ｆｅ ｔ ｈｅ ｐ ｏ ｅ ｓｎｇ ｐ ｒ ｍ ｅｅ ｓ ｈ ｖ ｏ ｅ ｎ ｄｅ ｈｅ ｅ ｆｃ ｓｏｆｔ ｒ ｃ ｉ ａ ａ ｔ ｒ ａ ｅ ｎ ｔ ｂ ｅ ｍａ ｓ
冷 却 等 阶段 ， 到 特 殊 的锭 坯 组 织 的成 形 过 程 。沉 积 锭 坯 组 织 是 上述 四 个 阶 段金 属 熔 体 凝 固的 综 合结 果 。近 得 ’ 终 形 成 形 是 喷 射 成形 技 术 的另 一 特 点 ， 嘴 形 式 、 嘴 数 量 、 积 器 的形 状 与 运 动 方式 影 响和 决 定 沉 积 锭坯 的 喷 喷 沉 外 形 。材 料 的凝 固与 成 形 受 众 多 因 素影 响 ， 多工 艺 参 数 的作 用 规 律 尚不 明 确 ， 此 喷 射 成 形 过 程 的 模 拟 研 很 因 究 十 分 必要 。笔 者 介 绍 了 目前 喷射 成形 工 艺 中所 涉 及 的 理 论 问题 与相 关 模 型 。 关键词 ： 喷射 成 形 ； 值 模 型 ； 固过 程 数 凝
喷射成形超高强铝合金热变形工艺与组织调控技术
喷射成形超高强铝合金热变形工艺与组织调控技术
喷射成形是一种先进的金属成形工艺，可以制备高性能的铝合金材料。
关于喷射成形超高强铝合金热变形工艺与组织调控技术，其主要涉及以下几个关键方面：
1. 热加工图：通过建立喷射成形超高强铝合金的热加工图，可以确定合适的热加工工艺参数窗口，从而获得良好的成形性能和组织。
热加工图可以采用实验和模拟相结合的方法进行绘制。
2. 热变形行为：研究喷射成形超高强铝合金的热变形行为，包括应力-应变曲线、流动应力、动态再结晶等，有助于理解材料的热变形机制和优化成形工艺。
3. 微观组织调控：通过控制热加工参数和后续处理工艺，可以调控喷射成形超高强铝合金的微观组织，如晶粒尺寸、相组成、第二相分布等。
这些微观组织参数对材料的力学性能和成形性能具有重要影响。
4. 性能优化：通过合理的热变形工艺和组织调控，可以显著提高喷射成形超高强铝合金的力学性能，如强度、韧性、疲劳性能等。
同时，也可以改善其成形性能，使其适用于更广泛的应用领域。
5. 工业应用：喷射成形超高强铝合金在航空航天、汽车、轨道交通等领域具有广阔的应用前景。
通过推广和应用相关热变形工艺与组织调控技术，可以实现喷射成形超高强铝合金的规模化生产和应用。
总之，喷射成形超高强铝合金热变形工艺与组织调控技术是一个涉及多个方面的研究领域。
通过深入研究和优化，有望为高性能铝合金材料的发展和应用提供重要的技术支持。
喷射成形
已采用喷射成形工艺成功制备：
（1）铝合金、铜合金、合金钢、不锈钢、高温合金和复合材料； （2）圆锭、管材、板材、带材、环形件等； （3）大尺寸、高性能的产品
4
South China University of Technology
College of Mechanical Engineering
2.2 喷射成形的基本原理和特点
A high-pressure diecast engine block with spray formed Al-Si cylinder liners (Daimler-Benz)
20
South China University of Technology
College of Mechanical Engineering
17
South China University of Technology
College of Mechanical Engineering
过共晶Al-Si合金
(a) Spray formed
(b) Cast
18
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College of Mechanical Engineering
喷射成形技术的优势与不足
主要优势和特点： (1)致密度高；(2)成形后合金的氧含量低；(3)具有快速凝 固的显微组织特征；(4)材料性能优异且易加工成形；(5)工 艺流程短，成本低；(6)节约能源；(7)生产效率高；(8)灵 活的柔性制造系统；(9)近终形成形。 主要不足之处： 1）存在“过喷”现象，增加了成本，降低了沉积效率。 2）产品的形状和尺寸受到一定限制。 3）综合理论研究深度不够，难以有效指导实际应用。
特殊成型技术之喷射成型
二、喷射成型工艺的原理
用高压惰性气体将金属液流雾化成细小 液滴，并使其沿喷嘴的轴线方向高速飞行， 在这些液滴尚未完全凝固之前，将其沉积 到一定形状的接收体上成形。这样，通过 合理地设计接收体的形状和控制其运动方 式，便可以从液态金属直接制备出具有快 速凝固组织特征，整体致密的圆棒、管坯、 板坯、圆盘等不同形状的沉积坯。
也有这样的说法
• 喷射成形技术是继铸造冶金和粉末冶金方 法之后发展起来的第三类金属材料制备新 方法。该技术人为地控制金属熔体从液态 到固态的凝固过程，包含了金属液的雾化、 液滴在飞行过程中的冷却凝固及到达沉积 器后的融合与后续的凝固。喷射成形组织 是金属熔体分散、分步、分时凝固的综合 结果。
Hale Waihona Puke 课本上的定义实际操作依赖的关键技术
三、喷射成型工艺
金属粉末喷射成型工艺流程为:金属液雾化— — 液滴高速飞行 ——液滴与沉积器(或模具) 碰撞变 形及凝固成形。 • 喷射成型技术根据不同的加工方式为： 喷射轧制、喷射锻造、离心喷射沉积，喷射 涂层。
喷射轧制
喷 射 锻 造
离心喷射沉积
• 熔融金属或合金 注入离心雾化机 内，产生的雾化 液态流以高速射 到冷的衬底上， 碰扁成薄片积聚 冷却凝固成沉积 物，再将其从衬 底上脱出。
2、反应喷射成形技术 喷射成形过程中金属液流被雾化成粒径 很小的液滴，它们具有很大的比表面积， 同时温度又较高，这为喷射沉积过程中的 化学反应提供了驱动力。 • 在喷射成形过程中可发生雾化气体与金属 液滴之间的气一液反应等化学反应，这些 反应模式下生成的弥散体粒度细小、分散 均匀，具有较高的应用价值。
喷射成形
浅谈金属材料喷射成形摘要：综述了喷射成形的基本概念及其成形原理，重点叙述了铝合金喷射成形，最后对其作出了一些展望。
关键词：喷射成形铝合金发展历程1 喷射成形定义喷射成形（Spray Forming ）技术，也称为喷射沉积（Spray Deposition）或喷射铸造（Spray casting）技术，这是20世纪60年代以来，工业发达国家在传统快速凝/粉末冶金（RS / PM）工艺基础上，发展起来的一种全新的先进材料制备与成形技术。
2 喷射成形原理喷射成形原理是采用高压惰性气体将金属液流雾化破碎成大量细小的液滴并使其沿喷嘴轴线方向高速飞行，在这些液滴还未完全凝固以前，将其沉淀收集到具有一定形状的接收基体上并使之积累成长，通过合理设计接收基体的形状并控制其运动方式，便可从液态金属直接制取具有快速凝固组织特征、整体致密的圆绽、管坯、板坯、圆盘等不同形状的沉积坯件，如图1所示。
图1 喷射成形工艺原理示意图3 喷射成形技术的发展历程喷射成形的概念最早由英国Swansea大学Singer教授于1968年提出，并于1972年获得专利。
作为工程技术则是从1974年英国Osprey Metals公司取得专利权开始，该公司成功地将Singer提出喷射沉积成形应用于锻造毛坯的生产，发明了著名的Osprey工艺。
总体来看，喷射成形技术经历了适用合金系统的实验研究(1975～1984年)、工艺优化和雾化沉积机理的研究(1984～1992年)、雾化技术规模的扩大与产业化(1992～1998年)等自身发展和重大改进的历程。
近年来，喷射成形技术已成为材料科学与工程界的研究和产业化发展的热点之一。
3.1 国内现状国内最早接触到喷射成形技术相对外国比较晚，有关喷射成形技术的最早报道可以追溯到l987年在第六届国际快冷金属会议上，中国科学院金属研究所张永昌做了有关Al-pb-cu合金的喷射成形研究报告，随后中国科学院金属研究所相继研究了Al-li合金板材的喷射成形，Al-si棒材喷射成形，以及高硅（4.5% si）钢片的喷射成形等，l999 年建成了国内目前最大的喷射成形设备（雾化室体积3.2m×lm×2m），熔炼炉一次可熔炼200kg以上，成形的管材可达Φ400mm×l000mm 以上，板材500mm×l000mm×30mm，棒材Φ200mm×l000mm。
喷射成型
B. 中心区
在激冷区之上，形成均匀分布的等轴晶组织
C. 上表面区
由于表面冷却增加，表面显微组织进一步细化， 疏松略有增加
喷射成形的研究与开发状况
• 国内发展：我国的喷射沉积技术研究始于 20世纪80年代中后期，主要还是沿用 Osprey模式。
喷射成形材料研究与产品开发
• 喷射成形技术为生产性能优良、价格低廉 的材料和产品提供了一种独特的工艺方法。
喷射成形材料研究与产品开发
• 喷射成形制备钢铁：目前喷射成形钢铁材 料的研究主要集中于现有合金的成本降低 和性能改进，而发展新合金材料的研究较 少（高碳高速钢，工具钢，不锈钢，轴承 钢，低合金钢，）
简介
喷射成形——半固态近终形加工技术
定义：熔融金属或合金 高速惰性气体 液态微滴 金属基板表面 半固态薄层(预成型毛坯)
喷射成形的研究与开发状况
• 在21世纪冶金三大前沿技术—熔融还原、 近终形成性和半固态加工技术中，喷射成 形作为一种半固态近终形成性技术，备受 国内外广大研究者的青睐。
喷射成形的研究与开发状况
一．Osprey
申请Osprey公司使用许可证的用户已超过40家
二．LDC
开发了著名的超声雾化喷嘴，但目前还没有建 立起一家生产型工厂
三．二者最大区别
LDC的冷却速度比Osprey更快，更快 的冷速带 来沉积坯件的显微疏松更加明显
Osprey工艺流程
过程及关键影响因素
沉积过程显微组织演化
• 一般分三个区 A. 激冷区
Al-60~70Si合金热沉片
喷射成形的综合评价和未来展望
• 1.加快产业化步伐 • 2.完善理论模型 • 3.在材料方面，按照快速凝固工艺的特点建 立新型喷射成形合金体系 • 4.进一步降低成本 • 5.工艺方法的拓展 • 6.结合先进的熔炼工艺技术
喷射成形GH742y镍基高温合金热处理工艺研究的开题报告
喷射成形GH742y镍基高温合金热处理工艺研究的开题报告开题报告：喷射成形GH742y镍基高温合金热处理工艺研究摘要：GH742y镍基高温合金是一种应用广泛的高温材料。
由于其具有良好的高温强度和抗氧化性能，被广泛用于制造燃气涡轮发动机叶片等高温零部件。
然而，GH742y镍基高温合金的制造难度较大，且材料的热处理工艺直接影响其性能和使用寿命。
本研究旨在探究GH742y镍基高温合金的喷射成形工艺，并研究其中的热处理工艺。
通过调节热处理温度、时间和气氛等参数，研究GH742y镍基高温合金的显微组织、机械性能和抗氧化性能。
通过本研究，将优化GH742y镍基高温合金的热处理工艺，提高其力学性能和抗氧化性能，为其在高温零部件制造中的应用提供技术支持。
关键词：GH742y镍基高温合金、喷射成形、热处理、显微组织、机械性能、抗氧化性能。
Abstract:GH742y nickel-based high-temperature alloy is a widely used high-temperature material. Due to its good high-temperature strength and oxidation resistance, it is widely used in the manufacture of high-temperature components such as gas turbine engine blades. However, the manufacturing difficulty of GH742y nickel-based high-temperature alloy is high, and the heat treatment process of the material directly affects its performance and service life.This study aims to explore the spray forming process of GH742y nickel-based high-temperature alloy and study the heat treatment process among them. By adjusting the parameters such as heat treatment temperature, time, and atmosphere, the microstructure, mechanical properties, and oxidation resistance of GH742y nickel-based high-temperature alloy are studied.Through this study, the heat treatment process of GH742y nickel-based high-temperature alloy will be optimized to improve its mechanical properties and oxidation resistance, providing technical support for its application in the manufacture of high-temperature components.Keywords: GH742y nickel-based high-temperature alloy, spray forming, heat treatment, microstructure, mechanical properties, oxidation resistance.。
GH742合金整体锻件研制
第７期Ｇ｝订４２合金整体锻件的研制７月图１高温拉伸塑性图Ｆｉｇ．１Ｃｈａｒｔｏｆｔｅｎｓｉｌｅｐｌａｓｔｉｃｉｔｙａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ拉伸强度急剧下降；温度超过１１２０。
Ｃ，随着温度的升高，拉伸强度下降速度缓慢；同时随着温度的升高，合金的塑性增加，在１１４０Ｔ：左右达到其最大值１１５％，然后随温度的升高合金的塑性又急剧下降。
从晶粒长大倾向性来看，在１０６０“（７以下合金的晶粒尺寸几乎无变化；超过１０６０。
Ｃ后，晶粒开始缓慢长大。
１１００。
Ｃ和１１４０℃是晶粒长大的两个拐点，其中１１００℃为７７的溶解温度，晶粒出现突然长大。
根据合金的特点及所进行的实验，将试制的重点放在开坯工序。
首先解决的是锻造过程中的温降问题。
因为ＧＨ７４２的热加工温度范围只有９０℃（１０５０～１１４０℃），低于１０５０℃锻造很容易形成表面裂纹。
所以采用复合包套的方法，来防止在钢锭转移及锻造过程中的温降，保证终锻温度大于１０５０℃。
其次，为得到组织和性能理想的锻件，将成品模锻温度定为１１２０℃，在此温度下，即可充分发挥合金的塑性，又可以得到理想的晶粒组织。
根据锻件的形状设计出合理的模具，模锻成功。
１．３热处理制度由于国内首次试制ＧＨ７４２合金，对该合金的热处理制度尚不完全了解，所以根据航天部第３１研究所的使用条件，摸索了多种热处理制度（表２）。
董：蓑。
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喀图２固溶温度对晶粒度的影响Ｆｉｇ．２Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｏｌｕｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇｒａｉｎｓｉｚｅ图３给出了３种不同固溶温度下的晶粒组织。
从中可以看出随固溶温度的提高，晶粒尺寸增大，晶粒主要在固溶过程中长大。
固溶温度越高，形核长大的驱动力越大，晶粒尺寸越大。
但这个过程非常复杂。
受多种因素影响，其中第二相起着关键作用。
该材料中７７相的全溶温度为１１１０～１１２０１７，因此在１１００℃合金中尚存在少量的７７相阻碍晶粒长大，易获得较细的晶粒组织。
合金在１１２０℃、１１５０℃则分别出现不同晶粒长大现象。
GH742铸锭偏析及均匀化过程中元素分布规律
GH742铸锭偏析及均匀化过程中元素分布规律
田玉亮;王玲;董建新;张麦仓
【期刊名称】《稀有金属材料与工程》
【年(卷),期】2006(35)8
【摘要】为了揭示高合金化难变形GH742高温合金铸锭偏析规律及随后均匀化处理过程中元素分布规律,采用微观组织分析手段分析研究了该合金铸态和均匀化态的显微组织和元素的偏析情况;根据实验中偏析元素Nb,Ti的分布,讨论了偏析指数与工艺参数和材料参数的关系。
研究结果认为:偏析指数的变化量Δδ在枝晶间距为80μm～120μm时减小量最大,并且在枝晶间距为120μm的条件下,合金在1160℃退火8h和16h的Nb元素的δ计算值与实验值较符合。
【总页数】4页(P1315-1318)
【关键词】GH742;均匀化;枝晶间距;动力学
【作者】田玉亮;王玲;董建新;张麦仓
【作者单位】北京科技大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG111.5
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第26卷 第3期2006年6月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o.l 26,N o .3June 2006喷射成形GH742y 合金晶粒长大规律的研究许文勇,李 周,张国庆,袁 华,李正栋,姚瑞平,田世藩,徐石斌(北京航空材料研究院,北京100095)摘要:研究了不同固溶温度热处理对氮气雾化喷射成形GH 742y 合金相组成和晶粒尺寸的影响,并重点分析了第二相对晶粒长大的抑制作用。
结果表明:氮气雾化喷射成形GH742y 合金具有良好的高温抗晶粒长大特性,极限晶粒尺寸约为40L m;C c 相固溶温度约为1127e ;高于C c 相固溶温度热处理时,弥散分布M C 型碳氮化合物阻碍晶粒长大;G l ad m an 方程可以估计氮气雾化沉积坯的极限晶粒尺寸。
关键词:喷射成形;晶粒长大;GH 742y ;碳氮化合物中图分类号:TG132.3,TG 111.8 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2006)03-0052-04收稿日期:2006-01-20;修订日期:2006-03-21基金项目:航空科学基金(03H 21002)作者简介:许文勇(1980-),男,硕士,助理工程师,(E -m ail)xw yb i am@ 。
喷射成形是用快速凝固方法直接制备整体致密并具有快速凝固组织特征的块状金属材料的新型材料制备技术。
喷射成形技术与传统的铸造、铸锭冶金、粉末冶金相比具有明显的技术和经济优势,近年来被广泛用于研制和开发高性能金属材料如铝合金、铜合金、特殊钢、高温合金、金属间化合物以及金属基复合材料等,在国内外得到快速发展[1]。
GH 742y 合金是目前研制的合金化程度和高温热强性都非常高的涡轮盘合金,在我国现有工业条件下,采用传统的铸锭变形工艺很难生产出GH 742y 合金的合格锻件。
喷射成形技术制备难变形GH 742y 合金,可提高材料成分均匀性、细化组织,显著改善合金的热变形能力和力学性能[2]。
高温合金晶粒尺寸及尺寸分布对材料的力学性能(如屈服强度、疲劳强度、塑性、断裂韧性等)和物理性能(如磁学、光学、电学性能等)有很大的影响。
大晶粒材料一般有较高的高温持久与蠕变强度和较小的蠕变速率,细小晶粒材料却表现出有较高的抗拉强度与疲劳强度[3]。
因此研究氮气雾化喷射成形GH 742y 合金晶粒长大规律、第二相对晶粒长大的影响,对于合金晶粒尺寸控制以及喷射成形技术和材料的应用具有重要意义。
1 实验方法和过程喷射成形实验是在北京航空材料研究院研制的多功能雾化沉积装置中进行,按GH 742y 合金技术条件要求,真空感应熔炼出母合金锭坯,再在雾化沉积装置中真空感应重熔、采用高压氮气雾化沉积制备出GH 742y 合金柱形坯。
沉积坯经1150e /4h /150M Pa 热等静压后,分别取试样进行不同温度的固溶处理。
晶粒度测量[4]是在DM 4000M 金相显微镜LE I -CA 图像分析仪上进行。
热分析实验是在德国耐弛STA409CD 型综合热分析仪上进行,高纯氩气保护。
采用圆柱试样,规格为<5mm @0.3mm,约为45m g 。
相分析首先利用电化学方法从试样中萃取出C c 相及其它微量相,然后在D /m ax -RB 型X 衍射仪上对萃取分离的粉末进行定性分析。
2 结果与讨论2.1 固溶处理对晶粒尺寸的影响图1是不同固溶处理下(保温4h)氮气雾化沉积GH 742y 合金的晶粒尺寸。
可以看出,固溶温度的提高对晶粒尺寸影响不大,1140e 固溶处理后平均晶粒尺寸为34L m,1200e 下固溶4h 平均晶粒尺寸也仅有35L m,到1250e 平均晶粒尺寸长大到40L m 。
可见,氮气雾化沉积GH 742y 合金高温固溶处理后未出现晶粒长大现象,极限晶粒尺寸只有40L m,晶粒长大受到阻碍作用。
一般来说,抑制晶粒长大的主要因素有第二相粒子、杂质原子等。
本工作主要研究第二相颗粒对晶粒长大的阻碍作用。
2.2 相分析结果相分析研究表明,氮气雾化沉积GH 742y 合金热等静压态的第二相主要由C c 相和MC 型碳氮化合第3期喷射成形GH 742y 合金晶粒长大规律的研究图1 不同温度固溶处理后氮气雾化沉积GH 742y 合金的晶粒尺寸F ig .1G rai n si ze of spray formed GH 742y a fter var i ous so -l ution trea t m ent物组成。
C c 相的点阵常数为0.359n m,为有序面心立方结构。
C c 相含量为43%,其化学式可写为:(N i 0.886Fe 0.001Co 0.091Cr 0.022)3(C r 0.065A l 0.456W 0.037T i 0.238M o 0.064Nb 0.113V 0.026)M C 型碳氮化合物主要由Nb (C ,N )和T i(C ,N )两种相组成,均为面心立方结构。
MC 相体积分数为0.68%。
其化学式为:(Nb 0.353T i 0.600V 0.009W 0.007M o 0.022C r 0.009)(C 0.753N 0.247)2.3 第二相对晶粒长大的影响2.3.1 C c 相对晶粒长大的影响通过热分析方法(DSC )确定氮气雾化喷射成形GH 742y 合金热等静压态的C c 相固溶温度。
可以看出,升温曲线C c 相溶解结束温度为1149.6e ,降温曲线中C c 相初始沉淀析出温度为1104.7e ,因此可以得出C c 相固溶温度为两者的平均值约为1127e (图2)。
图2 氮气雾化沉积G H 742y 合金热等静压态的DSC 曲线F i g .2 D SC curve of as H IP ed GH 742y spray for m ed by N 2a to m izati on对氮气雾化喷射成形GH 742y 合金进行不同固溶温度(900e ,1000e ,1120e ,1125e ,1130e ,1140e )固溶处理,保温4h 后水淬。
通过扫描电镜(SE M )组织观察可以看出,1000e 固溶热处理后C c 相数量明显减少。
随着固溶温度的增加,C c 相数量越来越少,尺寸略有增加。
1125e 固溶处理后的SE M 组织中少量C c 相尺寸长大到1L m 左右;到1130e 固溶热处理水淬后,C c 相完全溶解到合金基体中,组织中存在的第二相主要为M C 型碳氮化合物。
由此可见,氮气雾化喷射成形GH 742y 合金热等静压态的C c 相固溶温度在1125~1130e 之间(图3)。
图3 氮气雾化喷射成形GH 742y 合金不同固溶温度的C c 相和碳氮化合物F i g .3 C c phase and carbon i trides of as H IP ed GH 742y i n d iffe rent so l ution te m pe rature(a)900e ;(b)1000e ;(c)1120e ;(d)1125e ;(e)1130e ;(f)1140e53航空材料学报第26卷所以,根据热分析法和金相法测量结果,氮气雾化喷射成形GH742y合金热等静压态的C c相固溶温度约为1127e。
也就是说,1127e以上,C c相对晶粒长大无任何阻碍作用。
由此可推断,碳氮化合物对晶粒长大起主要阻碍作用。
2.3.2碳氮化合物对晶粒长大的影响对彩色金相中的碳氮化合物在LE I CA图象分析仪(放大倍数1000倍)上进行粒度分析,得出:氮气雾化沉积合金中碳氮化合物平均尺寸为0.844L m,而且0.13~1.74L m碳氮化合物占了总数的88.49%。
可见,喷射成形GH742y合金的M C型碳氮化合物尺寸都在微米级或亚微米级,远小于铸造高温合金中初生碳化物。
这主要是因为喷射成形属于快速凝固范畴,一般为103~104K/s。
快凝促使了起始形核过冷的加深,不仅使晶粒尺寸细化,而且使合金中第二相得到细化[5]。
正是由于在晶界上存在这些十分稳定的弥散碳氮化合物,其钉扎作用提高了晶粒长大抗力。
碳氮化合物的直径越小,在合金中所占体积分数越大,其钉扎力越大,抗晶粒长大的效果越明显,极限晶粒尺寸就越小。
这些弥散的碳氮化合物非常稳定,即使在高温固溶处理其形状和数量变化也很小,几乎无溶解、粗化和集聚现象。
Zener[6]最早定量研究有稳定第二相粒子对晶界移动阻碍作用的机制,故把这种钉扎作用称之为Zener钉扎(Zener p i n n i n g)。
Zener假设:(1)第二相颗粒是尺寸相同的球,(2)颗粒是随机地均匀分布的。
当第二相粒子的钉扎力P z达到或超过晶界移动的驱动力F d时晶粒长大将发生停滞(即Zener判据),由此得到极限晶粒尺寸(以直径表示)D li m=4r3f v(1)G lad m an[7,8]根据能量平衡原理,考虑到大晶粒吞噬小晶粒以及晶界挣脱第二相粒子的运动行为,给出了晶粒长大的极限尺寸:D li m=P r3f v32-2Z(2)式中r和f v分别为球形第二相质点的平均半径和体积分数,Z=R M/R0是晶粒尺寸不均匀性因子即最大晶粒的半径(R M)与平均晶粒的半径R0的比值。
对于氮气雾化组织,晶粒比较均匀,Z值在2至2之间;而对氩气雾化热等静压态,Z U4。
Anand和Gurland[7,8]计算了单位晶界上的粒子数,采用了P m ax=P r R作为单个粒子的钉扎力,并应用G ladm an的晶粒长大驱动力表达式,得到D li m=4rf v(3)表1是用上述表达式计算出的以及实际测量的氮气雾化沉积GH742y合金热等静压态的极限晶粒尺寸。
可以看出,方程式2的理论极限晶粒尺寸与实际值相符。
方程式1得出的极限晶粒尺寸远大于实际测量值,以往的大量实验结果也证明Zener公式预测的极限晶粒尺寸过高,主要由于实际晶粒组织中第二相粒子的形状、大小不一,一般来说椭圆形粒子对晶界的钉扎力大于球形粒,同时粒子在试样中分布更倾向于晶界和晶界交叉处,这样粒子的阻碍作用必然要比假设粒子均匀分布要强烈的多。
而式3的理论极限晶粒尺寸小于实际值,这是Anand 假设所有第二相粒子都分布在晶界上,过高的估计了第二相对晶粒尺寸的阻碍作用,显然这是不合理的,因为有相当一部分第二相分布在晶内。
表1氮气雾化沉积GH742y合金热等静压态的极限晶粒尺寸T ab le1U lti m a te g rai n si ze i n as-H IPed GH742y spray for m edby N2a t om i zati onEquation r/L m f v/%P redicted u lti m ategra i n size/L mO bserv ed ulti m ategrain size/L m10.420.68834020.420.68334030.420.6820403结论(1)固溶处理对氮气雾化沉积GH742y合金晶粒尺寸的影响很小,极限晶粒尺寸约为40L m。