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中国铼资源供应安全分析
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作者 陈子瞻 黄凡 +2 位作者 宋慧玲 郭冉启 韩中奎 《中国矿业》 北大核心 2025年第2期119-125,共7页
本文结合全球铼储量分布及贸易形势,分析了中国铼资源供应的安全情况。铼作为一种关键的稀有金属,广泛应用于航空航天领域,尤其是在制造超级合金方面,具有不可替代性。近年来,随着中国航空航天工业的快速发展,对铼的需求日益增长,尤其... 本文结合全球铼储量分布及贸易形势,分析了中国铼资源供应的安全情况。铼作为一种关键的稀有金属,广泛应用于航空航天领域,尤其是在制造超级合金方面,具有不可替代性。近年来,随着中国航空航天工业的快速发展,对铼的需求日益增长,尤其是在高温高性能涡轮叶片的制造中,铼的使用量显著增加。本文首先介绍了铼的特性及其在航空航天领域的重要性,指出铼的提取和冶炼过程复杂,且主要依赖于伴生于铜和钼矿床的铼资源。全球铼储量主要集中在智利、美国、俄罗斯和哈萨克斯坦等国,其中,智利的铼储量占全球总储量的54.1%。中国的铼资源相对匮乏,约为200 t,主要分布在陕西、黑龙江、河南和吉林等省份,且品位较低。全球铼生产集中度较高。随着铼需求的增长,铼的供应安全问题愈发突出。本文采用部门消费预测法,对中国未来至2043年的铼矿产需求进行了初步预测。结果表明,随着中国航空航天工业的持续发展,铼的需求预计将显著增加。到2043年,中国对铼的需求将达到53.3 t,而预计铼的国内产量仅为22.3 t,存在较大的供应缺口。本文强调了加强对铼资源的勘探、开发和储备的重要性,建议国家应加大对材料科学和航空发动机的研究投入,提升铼的提取和加工技术;加强与铼资源主要生产国之间的合作,确保铼资源的稳定供应,以支持中国高端制造业的发展。 展开更多
关键词 超级合金 资源需求 航空引擎 供应安全 贸易形势
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基于机器学习的镍基单晶高温合金蠕变寿命预测模型研究
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作者 杜晓明 陆瑶 刘纪德 《沈阳理工大学学报》 CAS 2025年第1期44-50,共7页
构建合适的镍基单晶合金蠕变寿命预测模型,对于我国航空发动机叶片设计、强度分析和寿命预测具有重要意义。采用多项式回归、最近邻回归、支持向量机回归、决策树回归四种机器学习算法,建立镍基单晶高温合金蠕变寿命与合金成分、微观组... 构建合适的镍基单晶合金蠕变寿命预测模型,对于我国航空发动机叶片设计、强度分析和寿命预测具有重要意义。采用多项式回归、最近邻回归、支持向量机回归、决策树回归四种机器学习算法,建立镍基单晶高温合金蠕变寿命与合金成分、微观组织和蠕变工艺参数的关系模型,为镍基单晶高温合金的蠕变性能调控提供了新方法。基于蠕变寿命预测模型,系统地比较了四种算法和特征选择对模型性能的影响。结果表明,支持向量机回归模型的预测结果最优,相关性较高的四个特征依次为γ′固溶温度、Ta、W、Re。研究结果可为获得更有效的镍基单晶高温合金蠕变性能预测方法提供参考。 展开更多
关键词 机器学习 镍基单晶高温合金 特征选择 蠕变寿命
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镍基高温合金GH4065A高温疲劳断裂机制研究
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作者 李林翰 张继 +3 位作者 张文云 田强 秦鹤勇 张北江 《材料工程》 北大核心 2025年第1期72-80,共9页
针对新一代航空发动机涡轮盘用超低C,N含量的变形高温合金GH4065A,系统表征和定量统计了合金的夹杂物组织。对细晶态和粗晶态试样开展了400℃和650℃不同载荷水平下的疲劳实验。通过对疲劳断裂源组织进行表征分析,研究了合金的疲劳断裂... 针对新一代航空发动机涡轮盘用超低C,N含量的变形高温合金GH4065A,系统表征和定量统计了合金的夹杂物组织。对细晶态和粗晶态试样开展了400℃和650℃不同载荷水平下的疲劳实验。通过对疲劳断裂源组织进行表征分析,研究了合金的疲劳断裂机制。结果表明,合金的夹杂物主要为氮化物。在细晶组织状态下,高温疲劳断裂机制为氮化物(单独和团簇态)起始断裂。高应变幅载荷下(≥0.9%),断裂源主要为试样表面氮化物,极少情况为表面硼化物和氧化物(Al_(2)O_(3)和MgSiO_(3)),且只有Al_(2)O_(3)导致合金过早疲劳断裂;低应变幅载荷下(<0.9%),断裂源为氮化物-解理面型,均在试样近表面/内部。两种不同的断裂方式分别导致高应变幅载荷下400℃疲劳寿命高于650℃疲劳寿命,低应变幅载荷下反之。统计发现,引起疲劳断裂的所有氮化物的尺寸全部达到/超过细晶组织平均晶粒尺寸。在粗晶组织状态下,400℃下疲劳断裂机制为准解理起始断裂。晶粒尺寸的增加极大降低了可能诱发疲劳开裂的夹杂物的有效数量,滑移诱发的解理断裂成为主导断裂机制。 展开更多
关键词 镍基高温合金 疲劳 夹杂物 氮化物 断裂源
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镍基高温合金与耐火材料界面特性研究
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作者 潘元帅 王刚 +4 位作者 冯海霞 柳军 袁波 田朋丹 韩艺辉 《材料导报》 北大核心 2025年第3期220-226,共7页
研究耐火材料与熔融合金的界面特性,对合金冶炼时耐火材料的选材有指导性意义。本工作采用座滴法,研究了1600℃×1 h(Ar)条件下镍基高温合金与电熔白刚玉、烧结镁铝尖晶石和氧化镁稳定氧化锆三种耐火材料的高温界面润湿性和界面渗... 研究耐火材料与熔融合金的界面特性,对合金冶炼时耐火材料的选材有指导性意义。本工作采用座滴法,研究了1600℃×1 h(Ar)条件下镍基高温合金与电熔白刚玉、烧结镁铝尖晶石和氧化镁稳定氧化锆三种耐火材料的高温界面润湿性和界面渗透特性。结果表明:镍基高温合金与电熔白刚玉不润湿(接触角为92.1°),基片表面形貌完好,渗透深度约1.4 mm;与烧结镁铝尖晶石润湿(接触角为82.6°),基片渗透深度约0.38 mm,但其表面被侵蚀凹陷,且出现裂纹;与镁稳定氧化锆润湿性较好(接触角为52.9°),基片表面完好,几乎无渗透,但残留有大量被污染合金。结合上述三种材料的综合性能及实际使用性价比,以电熔白刚玉和烧结镁铝尖晶石为主要原料,加入镁稳定氧化锆来提高抗侵蚀渗透性能,有望制备得到性能好、寿命长的高温合金冶炼用耐火材料坩埚。 展开更多
关键词 镍基高温合金 耐火材料 高温润湿性 界面渗透
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GH4065A高温合金塑性连接过程中界面组织演变行为
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作者 苏力东 孟庆琪 +3 位作者 宁永权 黄烁 张文云 张北江 《材料工程》 北大核心 2025年第1期99-109,共11页
为了解GH4065A合金在塑性连接过程中界面组织的演变规律,在1050~1110℃,20~40 MPa和20~35 min的条件下,开展GH4065A合金塑性连接实验。通过OM,SEM,EBSD表征接头中连接区与未连接区之间的特殊位置,深入研究连接温度、保载时间、连接压力... 为了解GH4065A合金在塑性连接过程中界面组织的演变规律,在1050~1110℃,20~40 MPa和20~35 min的条件下,开展GH4065A合金塑性连接实验。通过OM,SEM,EBSD表征接头中连接区与未连接区之间的特殊位置,深入研究连接温度、保载时间、连接压力对界面微观组织的影响规律,重点关注塑性连接时界面上再结晶晶粒的形成以及原始界面的愈合过程。结果表明:提高连接温度、压力,延长保载时间有利于实现界面愈合,但与此同时也会促进接头晶粒的粗化,在1080℃,30 MPa,30 min的参数下所得的塑性连接接头组织均匀且无明显缺陷,具有良好的冶金结合效果。在界面冶金结合形成的过程中,发生晶界弓出形核为主的非连续性动态再结晶,存在亚晶渐进性转动形核的连续性动态再结晶。随着塑性连接的持续进行,再结晶晶粒形核并向原始界面生长,从而促进界面的消除。塑性连接致冶金结合形成主要经历初始接触、形核与晶粒长大、接头形成三个阶段。 展开更多
关键词 GH4065A高温合金 塑性连接 界面微观组织 动态再结晶 界面愈合
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轻质高熵高温合金成分设计研究进展
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作者 沈鸿葵 林峰 +7 位作者 韩明亮 张英杰 吴渊 张晓宾 王辉 刘雄军 蒋虽合 吕昭平 《中国材料进展》 北大核心 2025年第1期40-48,123,共10页
相比于传统镍基高温合金,轻质高熵高温合金可同时具有高强度、低密度等特点,受到了广泛关注。综述了轻质高熵高温合金的研究进展,并依据相结构将其划分为4类:单相固溶强化合金、金属间化合物相强化合金、共晶组织强化合金和非金属元素... 相比于传统镍基高温合金,轻质高熵高温合金可同时具有高强度、低密度等特点,受到了广泛关注。综述了轻质高熵高温合金的研究进展,并依据相结构将其划分为4类:单相固溶强化合金、金属间化合物相强化合金、共晶组织强化合金和非金属元素强化合金。单相固溶强化合金通过元素调控实现性能优化,例如Al-Nb-V-Ti-Zr体系中Al元素的添加可显著提升其强度和硬度。金属间化合物相强化合金通过第二相的加入提升性能,但需注意某些金属间化合物可能导致脆化。共晶组织强化合金展现出良好的高温性能,但其室温塑性仍需改进。非金属元素强化合金通过多种机制进行强化,但元素添加量的精确控制至关重要。尽管在轻质高熵高温合金的成分设计和微观结构优化方面已取得一定成果,但仍面临成本高和工艺复杂等挑战。未来研究应聚焦于优化成分结构、深化理论研究、降低制备成本以及拓展应用与跨领域合作等方面,以促进轻质高熵高温合金的发展与广泛应用。 展开更多
关键词 轻质高熵合金 高温合金 高温性能 成分设计 相结构 强化机制
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喷丸强度对DD6单晶高温合金表面完整性的影响
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作者 盖鹏涛 武赟华 +2 位作者 曹子文 魏大盛 付雪松 《航空材料学报》 北大核心 2025年第1期53-61,共9页
单晶涡轮叶片作为航空发动机关键部件,其服役寿命与表面完整性紧密相关,通常需要对其表面进行喷丸强化以满足性能需求。基于此,本工作采用表面轮廓仪、扫描电镜、显微硬度仪和应力测定仪等,系统研究了喷丸前和不同喷丸强度(0.15、0.2 mm... 单晶涡轮叶片作为航空发动机关键部件,其服役寿命与表面完整性紧密相关,通常需要对其表面进行喷丸强化以满足性能需求。基于此,本工作采用表面轮廓仪、扫描电镜、显微硬度仪和应力测定仪等,系统研究了喷丸前和不同喷丸强度(0.15、0.2 mmA和0.25 mmA)处理对DD6单晶高温合金的表面形貌及粗糙度、近表层微观组织、硬度和残余应力等表面完整性指标的影响规律。结果表明:喷丸强化后的DD6单晶高温合金表面原始机加工痕迹减弱,合金表面粗糙度由0.15mmA试样的0.507μm增大到0.25mmA的0.883μm;在近表面产生了一层梯度塑性变形层,剧烈变形层深度由0.15 mmA试样的45μm逐渐增大到0.25 mmA的98μm;表面硬度值由原始机加工试样490HV逐渐增大到0.25 mmA的738HV,硬化层深度也达到260μm;合金在0.2 mmA喷丸强度下表面残余压应力达到最大,约为-821.2MPa。 展开更多
关键词 DD6单晶高温合金 喷丸强化 表面完整性 残余应力 塑性变形
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熔模精铸K4169合金复杂薄壁件缺陷预测与实验研究
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作者 王祥 张莹 +6 位作者 隋大山 陈忠奉 董安平 郭钊 齐飞 易出山 桂大兴 《材料工程》 北大核心 2025年第1期131-142,共12页
采用ProCAST有限元软件对K4169镍基高温合金复杂薄壁类铸件熔模精铸的充型、凝固过程进行数值模拟,分析铸造过程中的温度场,对缺陷的形成进行预测,并使用相同的工艺参数对复杂薄壁铸件进行浇注,对其缩松水平、显微组织和拉伸力学性能进... 采用ProCAST有限元软件对K4169镍基高温合金复杂薄壁类铸件熔模精铸的充型、凝固过程进行数值模拟,分析铸造过程中的温度场,对缺陷的形成进行预测,并使用相同的工艺参数对复杂薄壁铸件进行浇注,对其缩松水平、显微组织和拉伸力学性能进行研究。结果表明:在浇注温度为1530℃、模壳预热温度为1000℃时,金属液充型平稳,凝固过程符合顺序凝固原则,铸件整体缺陷较少;统计不同部位的显微缩松平均体积分数,最高约为1.01%;薄壁区域的二次枝晶间距最小约为18.4μm,厚大部位的二次枝晶间距最大为38.8μm;K4169合金的铸态组织为树枝晶组织,经过标准热处理后枝晶长大、变粗,晶粒内树枝晶形貌已不明显;标准热处理态K4169合金的平均室温抗拉强度为785.0 MPa,平均屈服强度为659.7 MPa,平均断后伸长率为13.9%,缩松水平会显著影响抗拉强度、屈服强度两项指标,但伸长率变化不明显。 展开更多
关键词 数值模拟 熔模精铸 镍基高温合金 复杂薄壁铸件 显微缩松
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两种镍基单晶高温合金组织演变和再结晶行为
9
作者 徐福泽 蔺永诚 +5 位作者 马德新 何道广 赵运兴 李侣 程博文 邓阳丕 《材料工程》 北大核心 2025年第1期110-120,共11页
以单晶高温合金CMSX-4和DD5为研究对象,设计并制备了一种含5级平台的单晶试板铸件,选取晶体取向基本相同的铸件研究其在经1300℃/2 h和1310℃/4 h两种固溶热处理后的再结晶行为。结果表明:CMSX-4比DD5具有更强的再结晶倾向。经1300℃固... 以单晶高温合金CMSX-4和DD5为研究对象,设计并制备了一种含5级平台的单晶试板铸件,选取晶体取向基本相同的铸件研究其在经1300℃/2 h和1310℃/4 h两种固溶热处理后的再结晶行为。结果表明:CMSX-4比DD5具有更强的再结晶倾向。经1300℃固溶热处理后,CMSX-4单晶试板在第2~5级平台下端转角处均出现了再结晶现象,且随着固溶热处理温度的升高,再结晶的面积越大。而DD5单晶试板经1300℃固溶热处理后并未出现再结晶现象,当固溶温度升至1310℃时,仅在第4级外侧平台发现了较小面积的再结晶。铸态和固溶热处理态的CMSX-4合金显微缩孔和共晶组织含量均大于DD5合金。更高含量的共晶组织和显微缩孔为CMSX-4铸件提供了更多的再结晶形核位置和数量,而高于γ′相溶解温度的固溶热处理减弱了粗大γ′相对再结晶长大的钉扎阻碍作用,高熔点的碳化物以及残余共晶成为阻碍再结晶长大的重要影响因素。此外,高含量的Co元素降低了CMSX-4合金的层错能,使其表现出更高的再结晶倾向。 展开更多
关键词 单晶高温合金 CMSX-4 DD5 再结晶 塑性应变
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化学气相沉积铝化物涂层组织结构及形成机制
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作者 孟国辉 齐浩雄 +6 位作者 杜撰 刘梅军 杨冠军 吴勇 孙清云 夏思瑶 董雪 《中国材料进展》 北大核心 2025年第3期275-281,共7页
提高铝化物涂层抗高温氧化和耐热腐蚀性能的关键在于明确铝化物涂层的微观组织结构及形成机制。采用化学气相沉积法在镍基高温合金Mar-M-247表面制备了铝化物涂层。结合材料热力学模拟软件JMatPro和扫描电子显微镜表征并分析了铝化物涂... 提高铝化物涂层抗高温氧化和耐热腐蚀性能的关键在于明确铝化物涂层的微观组织结构及形成机制。采用化学气相沉积法在镍基高温合金Mar-M-247表面制备了铝化物涂层。结合材料热力学模拟软件JMatPro和扫描电子显微镜表征并分析了铝化物涂层的微观组织结构及形成机制。结果表明,Mar-M-247高温合金表面生成的铝化物涂层具有双层结构,外层由单一的β-NiAl相组成,内层主要由β-NiAl相、σ相和μ相组成。铝化物涂层的外层β-NiAl相是Mar-M-247高温合金大量Ni元素外扩散至合金表面,与环境中的Al元素反应生成的。从而使得高温合金中的γ-Ni相和γ′-Ni_(3)Al相含量减少。当Ni元素的体积分数分别降低至55%,52%和38%时,高温合金中顺序析出μ相、β-NiAl相和σ相。最终,当高温合金中Ni元素的体积分数降低至32%时,高温合金完全转变为由β-NiAl相、σ相、μ相和少量碳化物相MC组成的铝化物内层。 展开更多
关键词 镍基高温合金 化学气相沉积 铝化物涂层 微观组织结构 热力学
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粉末高温合金FGH4099疲劳小裂纹扩展试验
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作者 郭秩维 赵作鹏 胡绪腾 《航空发动机》 北大核心 2025年第1期118-123,共6页
为了解轮盘特征部位小裂纹萌生及演化扩展过程与应力特征、载荷环境条件、表面缺陷特征等因素的相关规律,基于FGH4099合金涡轮盘轮缘结构特征设计特征模拟件,结合其典型的使用温度和载荷,开展了在高温条件下自然萌生疲劳小裂纹扩展试验... 为了解轮盘特征部位小裂纹萌生及演化扩展过程与应力特征、载荷环境条件、表面缺陷特征等因素的相关规律,基于FGH4099合金涡轮盘轮缘结构特征设计特征模拟件,结合其典型的使用温度和载荷,开展了在高温条件下自然萌生疲劳小裂纹扩展试验。通过疲劳中断试验和表面复型技术在不同温度和应力比条件下对结构模拟件的裂纹萌生和小裂纹扩展行为进行了观测和分析。结果表明:试验温度升高能显著降低特征模拟件疲劳裂纹萌生寿命占比,对裂纹扩展至工程可检裂纹尺寸时的寿命占比影响较小;缺口部位最大主应力位置和表面夹杂物位置是决定特征模拟件疲劳裂纹萌生位置的主要因素;当裂纹萌生机制或裂纹萌生处缺口半径尺寸不同时,疲劳小裂纹扩展速率表现为不同变化趋势。 展开更多
关键词 粉末合金 FGH4099高温合金 疲劳小裂纹 裂纹萌生 裂纹扩展 航空发动机
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微米级高温合金蜂窝芯超声磨削/铣削机理研究及缺陷抑制方法
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作者 王海航 张芷健 +4 位作者 陈明 郭国强 王晨光 明伟伟 安庆龙 《上海航天(中英文)》 2025年第1期38-47,共10页
微米级高温合金蜂窝芯具有轻量化、耐高温、密封性好等优点,在新一代航空发动机与高超飞行器中作为关键件的核心材料。微米级高温合金蜂窝芯极其微小,面积仅为常规高温合金蜂窝芯的1/10,兼具高温合金与薄壁结构的难加工特性,导致微米级... 微米级高温合金蜂窝芯具有轻量化、耐高温、密封性好等优点,在新一代航空发动机与高超飞行器中作为关键件的核心材料。微米级高温合金蜂窝芯极其微小,面积仅为常规高温合金蜂窝芯的1/10,兼具高温合金与薄壁结构的难加工特性,导致微米级高温合金蜂窝芯在加工过程中,极易出现毛刺、芯格变形、撕裂等缺陷问题。针对以上问题,设计了微米级高温合金蜂窝芯超声辅助磨削与铣削加工工艺。根据侧面加工时工件与刀具的几何关系,探究了高温合金蜂窝芯单双壁的切入角。基于磨削/铣削实验,掲示了微米级高温合金蜂窝芯超声磨削/铣削机理与缺陷形成机理。研究结果表明:侧面加工时,单双蜂窝壁的切入角度分别为60°与0°。在相同加工条件下,相比于普通砂轮磨削,铣刀切削力较小,生成的毛刺长度也较小。超声振动益于裂纹扩展,使得磨削力下降,毛刺长度减小,芯格变形与撕裂缺陷减少。以上研究为微米级高温合金蜂窝芯高效低损伤加工提供了理论基础。 展开更多
关键词 高温合金 蜂窝芯 超声磨削 铣削 加工缺陷
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Co-7Al-7V新型钴基高温合金热变形微观组织演变
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作者 梁泽腾 何宁 +4 位作者 韩正 刘锦荣 陆星宇 李圆博 李誉之 《陕西科技大学学报》 北大核心 2025年第1期136-141,共6页
对新型钴基高温合金Co-Al-V合金进行高温热压缩变形实验,实验变形温度为800℃~1050℃,应变速率为0.001~1 s^(-1).实验结果表明在低温低应变速率(800℃,0.001 s^(-1))、较低温较高应变速率(950℃,0.1 s^(-1))和高温高应变速率(1050℃,1 s... 对新型钴基高温合金Co-Al-V合金进行高温热压缩变形实验,实验变形温度为800℃~1050℃,应变速率为0.001~1 s^(-1).实验结果表明在低温低应变速率(800℃,0.001 s^(-1))、较低温较高应变速率(950℃,0.1 s^(-1))和高温高应变速率(1050℃,1 s^(-1))时,合金发生动态再结晶后出现孪晶,流变应力曲线也表现出达到峰值后先下降再上升的趋势,在变形温度为800℃和950℃时,高应变速率下更容易出现孪晶,随着应变速率降低,动态再结晶程度逐渐变高,在变形温度为1050℃时,低应变速率下容易出现孪晶,随着应变速率的降低,动态再结晶程度逐渐降低.随着变形温度的升高,动态再结晶程度变高,再结晶晶粒尺寸逐渐变大.通过对EBSD测试结果分析,高温低应变速率(1050℃,0.001 s^(-1))条件下的再结晶晶粒尺寸相较于高温高应变速率(1050℃,1 s^(-1))条件下的更大,高温下的孪晶界以Σ3边界为主,并且高温下应变速率越低,Σ3边界分数越高.为优化新型钴基高温合金的加工工艺提供理论依据. 展开更多
关键词 新型钴基高温合金 流变应力 再结晶 孪晶
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渗铝涂层对DD6单晶高温合金疲劳性能的影响
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作者 董建民 李嘉荣 +1 位作者 甄真 许振华 《材料工程》 北大核心 2025年第1期65-71,共7页
为研究渗铝涂层对DD6合金表面完整性和旋转弯曲高周疲劳性能的影响,采用化学气相沉积(CVD)方法在标准热处理的DD6合金疲劳试样上渗铝,采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了渗铝涂层后DD6合金试样横截面组织形貌及元素分布情况,然后分... 为研究渗铝涂层对DD6合金表面完整性和旋转弯曲高周疲劳性能的影响,采用化学气相沉积(CVD)方法在标准热处理的DD6合金疲劳试样上渗铝,采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了渗铝涂层后DD6合金试样横截面组织形貌及元素分布情况,然后分别测试未涂层和涂层后试样760℃与980℃的旋转弯曲高周疲劳性能。结果表明:渗铝涂层后试样表层区域主要分为内外两层,外层主要由β-NiAl相组成,内层为扩散层,含有较多固溶强化元素。渗铝涂层会略微降低合金760℃和980℃的旋转弯曲高周疲劳性能,但对高应力幅区的疲劳寿命影响较大,对低应力幅区的疲劳寿命影响较小。表面粗糙度差异、氧化损伤和元素互扩散等因素耦合作用是导致未涂层和涂层试样疲劳寿命差异的本质原因。 展开更多
关键词 DD6 渗铝涂层 疲劳 单晶高温合金
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第三代单晶高温合金WZ30的凝固组织研究
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作者 赵运兴 马德新 +4 位作者 魏剑辉 员莹莹 徐维台 李侣 邓阳丕 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期478-486,共9页
采用螺旋选晶法制备国产第三代单晶高温合金WZ30的单晶试棒,对其铸态组织进行研究,利用电子探针分析铸件中的元素偏析,测算WZ30单晶铸件中各合金元素的分凝系数,并与第二代单晶合金CMSX-4进行对比。研究结果表明:WZ30合金铸件中出现了... 采用螺旋选晶法制备国产第三代单晶高温合金WZ30的单晶试棒,对其铸态组织进行研究,利用电子探针分析铸件中的元素偏析,测算WZ30单晶铸件中各合金元素的分凝系数,并与第二代单晶合金CMSX-4进行对比。研究结果表明:WZ30合金铸件中出现了更为严重的雀斑形成倾向和更多的γ/γ′共晶组织。经EBSD检测,γ/γ′共晶团与γ基体的晶体取向保持一致,说明枝晶间的共晶组织是在γ基体上形核并长大的。枝晶臂中的元素分布并不是连续渐变,而是存在台阶式的突变,表明在凝固过程中,枝晶臂的长大是分阶段进行的。由于合金中添加了更多的高偏析难熔元素Re,大部分合金元素的偏析更为严重,从而导致铸态组织中雀斑形成倾向和共晶含量的增加。 展开更多
关键词 第三代单晶高温合金 定向凝固 微观组织 共晶 元素偏析
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第三代单晶高温合金DD9显微组织薄壁效应
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作者 杨万鹏 李嘉荣 +5 位作者 刘世忠 赵金乾 王效光 杨亮 王锐 陈巧 《材料工程》 北大核心 2025年第1期55-64,共10页
采用光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、电子探针仪研究第三代单晶高温合金DD9不同试样(双层壁超冷涡轮叶片、复合气冷涡轮叶片、精铸薄壁试样以及圆柱试棒)的显微组织及其薄壁效应。结果表明:四种试样的显微组织均存在差异。截面尺寸... 采用光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、电子探针仪研究第三代单晶高温合金DD9不同试样(双层壁超冷涡轮叶片、复合气冷涡轮叶片、精铸薄壁试样以及圆柱试棒)的显微组织及其薄壁效应。结果表明:四种试样的显微组织均存在差异。截面尺寸相同时,DD9单晶涡轮叶片的铸态一次枝晶间距、γ′相尺寸及铸态与热处理态试样枝晶偏析均大于精铸薄壁试样;完全热处理后,截面尺寸相同的单晶涡轮叶片与精铸薄壁试样的γ′相尺寸相近。随截面尺寸减小,DD9合金薄壁试样铸态一次枝晶间距、铸态与热处理态γ′相尺寸及枝晶偏析均呈减小趋势。 展开更多
关键词 第三代单晶高温合金 DD9 涡轮叶片 截面尺寸 薄壁效应
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K439B镍基高温合金不同壁厚平板件铸态组织特征
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作者 周德鹏 隋大山 +3 位作者 麻晋源 桂大兴 董安平 孙宝德 《材料工程》 北大核心 2025年第1期91-98,共8页
K439B是一种服役温度可达800℃以上的新型镍基高温合金,由于铸件结构向着薄壁化方向发展,有必要开展K439B合金薄壁铸件的微观组织特征研究。为此设计了壁厚分别为1 mm和2 mm的薄壁铸件,进行了精密铸造实验和数值模拟。铸件的铸态组织对... K439B是一种服役温度可达800℃以上的新型镍基高温合金,由于铸件结构向着薄壁化方向发展,有必要开展K439B合金薄壁铸件的微观组织特征研究。为此设计了壁厚分别为1 mm和2 mm的薄壁铸件,进行了精密铸造实验和数值模拟。铸件的铸态组织对比分析表明,壁厚1 mm和2 mm薄壁的枝晶生长方向均为沿型壁指向中心,区别在于1 mm薄壁的枝晶生长方向与型壁夹角更接近垂直,并且1 mm和2 mm薄壁的平均一次枝晶臂间距分别为60.64μm和46.23μm;平均二次枝晶臂间距分别为19.31μm和22.69μm;并且1 mm薄板的平均晶粒尺寸为216.61μm,2 mm薄板的平均晶粒尺寸为239.11μm。结合数值模拟分析表明,枝晶臂间距与温度梯度和冷却速率的关系趋势基本符合已有的经验公式,但是当壁厚减小到某临界厚度时,一次枝晶臂间距与温度梯度和冷却速率的关系不再简单符合该经验公式。实验和模拟分析结果为合理制订K439B合金薄壁件的铸造工艺提供了参考和借鉴。 展开更多
关键词 K439B镍基高温合金 薄壁铸件 枝晶臂间距 晶粒尺寸 数值模拟
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First-principles calculations for the elastic properties of Ni-base model superalloys: Ni/Ni_3Al multilayers 被引量:5
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作者 王云江 王崇愚 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第10期4339-4348,共10页
A model system consisting of Ni[001](100)/Ni3Al[001](100) multi-layers are studied using the density functional theory in order to explore the elastic properties of single crystal Ni-based superalloys. Simulation ... A model system consisting of Ni[001](100)/Ni3Al[001](100) multi-layers are studied using the density functional theory in order to explore the elastic properties of single crystal Ni-based superalloys. Simulation results are consistent with the experimental observation that rafted Ni-base superalloys virtually possess a cubic symmetry. The convergence of the elastic properties with respect to the thickness of the multilayers are tested by a series of multilayers from 2γ′+2γto 10γ′+10γ atomic layers. The elastic properties are found to vary little with the increase of the multilayer's thickness. A Ni/Ni3Al multilayer with 10γ′+10γ atomic layers (3.54 nm) can be used to simulate the mechanical properties of Ni-base model superalloys. Our calculated elastic constants, bulk modulus, orientation-dependent shear modulus and Young's modulus, as well as the Zener anisotropy factor are all compatible with the measured results of Ni-base model superalloys R1 and the advanced commercial superalloys TMS-26, CMSX-4 at a low temperature. The mechanical properties as a function of the γ′ phase volume fraction are calculated by varying the proportion of the γ and γ′ phase in the multilayers. Besides, the mechanical properties of two-phase Ni/Ni3Al multilayer can be well predicted by the Voigt-Reuss-Hill rule of mixtures. 展开更多
关键词 Ni-based superalloys Ni/Ni3Al multilayer mechanical property first principles rule of mixture
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Innovative technologies for powder metallurgy-based disk superalloys: Progress and proposal 被引量:3
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作者 贾崇林 葛昌纯 燕青芝 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第2期320-326,共7页
Powder metallurgy(PM) superalloys are an important class of high temperature structural materials, key to the rotating components of aero engines. In the purview of the present challenges associated with PM superall... Powder metallurgy(PM) superalloys are an important class of high temperature structural materials, key to the rotating components of aero engines. In the purview of the present challenges associated with PM superalloys, two novel approaches namely, powder preparation and the innovative spray-forming technique(for making turbine disk) are proposed and studied.Subsequently, advanced technologies like electrode-induction-melting gas atomization(EIGA), and spark-plasma discharge spheroidization(SPDS) are introduced, for ceramic-free superalloy powders. Presently, new processing routes are sought after for preparing finer and cleaner raw powders for disk superalloys. The progress of research in spray-formed PM superalloys is first summarized in detail. The spray-formed superalloy disks specifically exhibit excellent mechanical properties. This paper reviews the recent progress in innovative technologies for PM superalloys, with an emphasis on new ideas and approaches, central to the innovation driving techniques like powder processing and spray forming. 展开更多
关键词 PM superalloy innovative technology powder preparation spray forming
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First principles study of the diffusional phenomena across the clean and Re-doped γ-Ni/γ'-Ni_3Al interface of Ni-based single crystal superalloy 被引量:2
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作者 孙敏 王崇愚 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第6期397-406,共10页
Density functional theory calculations in conjunction with the climbing images nudged elastic band method are conducted to study the diffusion phenomena of the Ni-based single crystal superalloys.We focus our attentio... Density functional theory calculations in conjunction with the climbing images nudged elastic band method are conducted to study the diffusion phenomena of the Ni-based single crystal superalloys.We focus our attention on the diffusion processes of the Ni and Al atoms in the γ and γ ’ phases along the direction perpendicular to the interface.The diffusion mechanisms and the expressions of the diffusion coefficients are presented.The vacancy formation energies,the migration energies,and the activation energies for the diffusing Ni and Al atoms are estimated,and these quantities display the expected and clear transition zones in the vicinity of the interface of about 3–7(002) layers.The local density-of-states profiles of atoms in each(002) layer in the γ and γ ’ phases and the partial density-of-states curves of Re and some of its nearest-neighbor atoms are also presented to explore the electronic effect of the diffusion behavior. 展开更多
关键词 diffusion INTERFACE Ni-based superalloy First-principles calculation
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