粉末冶金技术

2023年第41卷第5期

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张皓, 田高峰, 陈阳, 王志彪, 姜嘉赢

2023, 41(5): 385-392, 401. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023070004

[摘要](2113) [HTML全文] (56) [PDF 6721KB](53)

摘要:
研究了新型镍基粉末高温合金在800 ℃时效100～5000 h后显微组织对拉伸性能的影响。结果表明：随着时效时间的增加，合金的晶粒尺寸未发生明显变化，晶界粗化并呈现为不连续“锯齿状”；二次γ′相发生合并粗化，粗化符合LSW理论；TCP相的析出量随时效时间的增加而增大，1000 h后在晶界处呈现细小白条状析出，2000 h后在晶内呈现大量长条形针状析出，5000 h时TCP相含量达到最大；受二次γ′相粗化的影响，合金的700 ℃拉伸强度和塑性随时效时间的增加而逐渐降低；拉伸断口具有颈缩和韧窝特征，断裂均为韧窝断裂。

热处理过程中FGH96合金的微观组织演变

王杰, 黄海亮, 张华, 张尚洲, 周鑫, 江亮

2023, 41(5): 393-401. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023050008

[摘要](2090) [HTML全文] (67) [PDF 11018KB](50)

摘要:
通过热处理实验研究了热处理过程中FGH96合金的微观组织演化，量化了固溶温度和保温时间对晶粒尺寸、γ′相尺寸、面积分数及晶粒分布的影响，分析了γ′相和应变存储能对晶粒演变的影响。结果表明：在热处理过程中，含有大量应变存储能的变形晶粒发生静态再结晶，晶粒细化，而动态再结晶晶粒发生晶粒长大，当两者平衡时可获得均匀细小的晶粒组织。合金在1060 ℃保温120 min后，γ′相尺寸和晶粒尺寸分布较为均匀，平均晶粒尺寸为7.37 μm。γ′相的面积分数随固溶温度和保温时间的增加而减小，一次γ′相在亚固溶保温过程中存在粗化和分裂现象，使得一次γ′相的面积分数和尺寸先增加后减小。γ′相的非均匀溶解会导致局部晶粒长大较快，形成混晶。

热等静压制备粉末高温合金原始颗粒边界研究现状

黄西娜, 郭斯蕊, 岳文, 翟月雯, 王成彪

2023, 41(5): 402-409, 419. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2022060005

[摘要](2154) [HTML全文] (140) [PDF 4052KB](68)

摘要:
粉末高温合金作为先进高温材料被广泛应用于航空航天领域。热等静压（hot isostatic pressing，HIP）是粉末高温合金构件的制备方法之一，但是原始颗粒边界（prior particle boundaries，PPBs）的存在会极大的影响构件的性能。本文综述了热等静压制备粉末高温合金原始颗粒边界的研究现状，概述了原始颗粒边界的形成机理及其影响，总结了粉末高温合金中原始颗粒边界的消除方法，并对这些方法应用的可行性及有效性进行了分析和展望。原始颗粒边界的消除方法主要包括向粉末添加Hf、Nb等强碳化物形成元素，对粉末进行预热处理，真空动态脱气处理或等离子体滴凝处理；优化粉末制备工艺，选用纯度更高、尺寸分布更均匀的粉末；选用合适的热等静压工艺参数和工艺方式；对制件采取热挤压、退火、固溶处理和热等静压后处理等。

不同雾化压力下GH3536合金粉末制备和气雾化过程模拟

侯维强, 吴佳欣, 孟杰, 梁静静, 李金国

2023, 41(5): 410-419. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023040018

[摘要](1970) [HTML全文] (84) [PDF 3605KB](59)

摘要:
使用真空感应熔炼气体雾化方法，在不同雾化压力（7、8、9 MPa）下制备了球形GH3536合金粉末。通过使用多相流模型和离散相模型对喷嘴下方区域进行了数值模拟，再现了不同雾化气压下的一次雾化和二次雾化过程。实验和模拟的结果表明：回流区的气体速度和滞止压力随雾化气压的提高而增加，雾化气压的增加使粉末粒度不断减小，模拟结果与实验结果吻合，验证了雾化模型的可靠性。提高雾化气压可提高细粉收得率，但颗粒尺寸的减小和颗粒形貌的改变会对粉末的流动性能造成直接影响，在雾化压力8 MPa下制备的粉末具有最佳的流动性和松装密度，分别为14.34 (s·50g⁻¹)和4.728 g·cm⁻³。

具有不同梯度晶粒组织的粉末高温合金疲劳小裂纹扩展原位观察

朱磊, 王易成, 张皓, 陈阳, 江荣, 宋迎东

2023, 41(5): 420-426. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023050009

[摘要](2056) [HTML全文] (56) [PDF 6799KB](39)

摘要:
采用扫描电子显微镜原位观察的方法对某第三代粉末高温合金不同微观组织的疲劳裂纹萌生和小裂纹扩展行为进行了研究，揭示了双性能粉末涡轮盘轮缘（粗晶组织）、轮心（细晶组织）及晶粒过渡区（梯度结构组织）的微观组织对疲劳小裂纹扩展的影响规律。结果表明：缺口处的一次强化相易成为裂纹萌生位置，其中梯度结构组织呈现出从晶界处开裂的多裂纹萌生特征。对于梯度结构试样，室温下的小裂纹扩展行为受微观结构影响显著，疲劳裂纹扩展速率波动较大。在应力强度因子范围较低时，粗晶试样的裂纹扩展速率高于细晶；随着应力强度因子范围逐渐增大，细晶试样的疲劳裂纹扩展速率增加更快，并高于粗晶试样；这与较长的滑移路径、增强的滑移可逆性和较少的晶界阻碍、减弱的不连续度之间的竞争机制相关。

新型镍基粉末高温合金晶粒长大行为研究

张明, 田甜, 王艺星, 刘建涛

2023, 41(5): 427-433. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023060001

[摘要](914) [HTML全文] (40) [PDF 2797KB](73)

摘要:
对第四代粉末高温合金FGH4108晶粒长大行为进行研究。结果表明，γ′相在完全溶解温度以下固溶处理时，晶粒长大幅度较小，与初始组织差别不大（锻态，3～4 μm）；当达到γ′相完全溶解温度时，晶粒发生明显长大；超过γ′相完全溶解温度时，晶粒尺寸大幅增加（30～40 μm），过固溶的几个温度下晶粒尺寸差别不大；保温初期晶粒尺寸显著增加，一定保温时间后晶粒尺寸不再随时间明显变化。温度和时间对晶粒尺寸的影响都与γ′相对晶界迁移的阻碍作用有关，根据温度和时间的影响，对传统晶粒长大模型中界面迁移的表观激活能（Q）、时间指数（n）和广义迁移率常数（A₀）进行修正，构建了新的模型，模型预测值与实验值的决定系数（R²）为0.9997，均方误差为0.12 μm，预测精度较高，晶粒长大曲线各项特征能被准确预测出来。

新型镍基粉末高温合金的微观组织和力学性能

马向东, 程俊义, 龙安平, 杨金龙, 郭建政, 冯干江

2023, 41(5): 434-441. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023040016

[摘要](807) [HTML全文] (64) [PDF 3938KB](46)

摘要:
以新型镍基粉末高温合金FGH4113A（WZ-A3）为研究对象，采用“真空感应熔炼+氩气雾化制粉+热等静压+热挤压+等温锻造”工艺路线制备全尺寸涡轮盘，系统研究了锻造态FGH4113A合金在不同热处理状态下的微观组织和力学性能。结果表明：FGH4113A合金全尺寸涡轮盘宏观形貌良好，微观晶粒组织细小均匀；经亚固溶热处理后，平均晶粒度ASTM 11～13级，室温和550 ℃的屈服强度分别为1249和1185 MPa，抗拉强度分别为1674和1656 MPa，断后伸长率分别为23.5%和19.5%，在温度700 ℃，应变范围0～0.8%，加载频率0.33 Hz条件下的疲劳寿命均值为35000周次；经过固溶热处理后，平均晶粒度ASTM 6～8级，700和800 ℃的屈服强度分别为1063和966 MPa，抗拉强度分别为1403和1112 MPa，断后伸长率分别为17.5%和12.0%，在温度800 ℃，应力330 MPa，蠕变伸长量0.2%条件下的蠕变寿命均值为384 h，在温度700 ℃，应力强度因子范围30 MPa·m^0.5条件下的裂纹扩展速率小于5×10⁻⁴ mm·cycle⁻¹。

粉末粒径和烧结温度对K418高温合金多孔材料显微结构及性能影响

张迈, 梁加淼, 刘墨瀚, 李东, 白肖承体, 徐凯, 王俊

2023, 41(5): 442-448. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2022040002

[摘要](836) [HTML全文] (96) [PDF 2433KB](41)

摘要:
以气雾化K418镍基高温合金球形粉末为原料，经过粉末松装烧结制备出高温合金多孔材料。通过对多孔材料微观结构、渗透性能、毛细性能及压缩强度进行表征，研究了原始粉末粒径和烧结温度对多孔吸液芯样品显微结构及性能的影响。结果表明，随烧结温度增加，样品的平均孔径和孔隙率减小；在相同烧结温度下，随着原始粉末粒径增加，样品的平均孔径和孔隙率增大。在烧结温度为1230 ℃，粉末粒径为53～150 μm的条件下，多孔材料样品综合性能最优，渗透率为13.69×10⁻¹⁵ m²，毛细压力为22.1 kPa，压缩强度为86 MPa。

选区激光熔化成形GH4169合金研究现状

郭帅东, 卢林, 吴文恒, 张亮, 王继芬, 徐啸林

2023, 41(5): 449-456, 480. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021110008

[摘要](2015) [HTML全文] (562) [PDF 2616KB](38)

摘要:
介绍了选区激光熔化成形GH4169合金存在的球化、孔洞等常见缺陷的形成机理及工艺控制现状，重点分析了激光功率、扫描速率、铺粉厚度等工艺参数对选区激光熔化成形GH4169合金成形件组织性能的影响规律，以及热处理、颗粒增强等组织性能调控手段对选区激光熔化成形GH4169合金组织性能影响。从工艺控制、材料强化设计等方面对选区激光熔化成形GH4169合金进行展望，认为利用选区激光熔化成形技术开展颗粒增强GH4169复合材料的设计与成形是进一步提升选区激光熔化成形GH4169合金性能的有效途径。

淬火转移时间对油淬热处理FGH4095合金制件组织与力学性能的影响

石英男, 孙少斌, 曲敬龙, 刘明东, 田甜, 贾建

2023, 41(5): 457-463. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2022110004

[摘要](828) [HTML全文] (40) [PDF 3639KB](37)

摘要:
采用不同淬火转移时间对热等静压+挤压+等温锻造工艺制备的FGH4095合金进行固溶淬火处理，并对处理后的合金进行显微组织分析与力学性能测试。结果表明，淬火转移时间对合金的晶粒组织、一次γ′相和三次γ′相的影响不大，但会影响二次γ′相的尺寸分布。淬火转移时间30 s的FGH4095合金二次γ′相的平均尺寸为142.9 nm，淬火转移时间40 s的FGH4095合金二次γ′相的平均尺寸为161 nm。淬火转移时间越短，合金的淬火冷速越快，析出的二次γ′相平均尺寸越细小。淬火转移时间30 s的FGH4095合金室温屈服强度优于淬火转移时间40 s的FGH4095合金，室温抗拉强度二者相近；淬火转移时间30 s的FGH4095合金的650 ℃屈服强度、抗拉强度、持久寿命以及持久塑性均高于淬火转移时间40 s的FGH4095合金。淬火转移时间越短，合金中二次γ′相的数量越多，尺寸越小，阻碍位错运动的临界剪切应力越高，使得合金的拉伸强度更高，持久寿命更长。

高温氧化对FGH96高温合金粉末表面状态的影响

张强, 王艺星, 张明, 刘明东, 刘建涛, 谢建新

2023, 41(5): 464-474. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023070007

[摘要](834) [HTML全文] (49) [PDF 8171KB](45)

摘要:
通过模拟FGH96高温合金粉末在热等静压固结阶段的高温加热过程，利用多种表面分析方法，研究高温氧化对粉末表面状态的影响。结果表明，近热等静压加热温度条件下的高温氧化过程显著改变了FGH96高温合金粉末的表面形貌、表面元素分布和析出相组成。随加热温度的升高和保温时间的延长，胞状晶为主、树枝晶为辅的表面凝固组织被氧化物/碳化物层所覆盖，高温氧化过程促进粉末基体内部的Ni、Ti、Zr、Nb、Al和C原子逐渐扩散到粉末表面，粉末表面预先存在的氧化物（ZrO₂）为MC型碳化物（(Ti, Nb)C）的形核提供了结构条件。控制粉末表面氧化物的形成可以有效限制合金中形成原始颗粒边界缺陷。

机械合金化与热等静压制备Cu–Cr–Mo合金

王思伦, 崔子振, 刘全义, 谢飞, 林岩松

2023, 41(5): 475-480. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021090001

[摘要](1020) [HTML全文] (61) [PDF 2415KB](38)

摘要:
通过机械混合和机械合金化工艺制备Cu–9.3Cr–9.3Mo（质量分数）粉末，并利用热等静压压制Cu–Cr–Mo合金。采用X射线衍射和激光粒度分析等方法表征了粉末物相、组织分布和粒度；通过对相对密度、硬度、电导率等性能检测和微观组织观察分析了合金性能。结果表明，机械合金化过程可诱导Cu–Cr–Mo过饱和固溶体形成，合金的晶格畸变程度提高，晶粒尺寸和粉末颗粒尺寸减小，制备的合金块材硬度高，相对密度和电导率理想，综合性能优异。