斜支板承力框架用高温合金焊接接头组织、力学性能与缺陷控制研究
发布时间：2020-12-19 16:03
复杂薄壁斜支板承力框架是航空发动机中重要的热端承力整体铸件,随着航空发动机推重比的不断提升,对该铸件用材料的承温能力和铸件的整体性能提出了更高的要求。斜支板承力框架铸件在现有工艺条件下铸造时会存在一定量的微小疏松、夹渣等缺陷,这些缺陷都需采用焊接的方法进行修复。此外,该铸件在实际使用时需要与GH536合金进行焊接制备出空腔结构。目前,中国科学院金属研究所自主研制出一种承温能力达到750℃的K4750合金,替代承温能力只有650℃的K4169合金,解决在研斜支板承力框架承温能力不足的难题。同时,正在预研一种承温能力在800℃以上的新型镍基合金（暂命名为850合金）,作为未来先进航空发动机斜支板承力框架用候选材料。K4750合金作为一种新研制的材料,尽管前期已经进行了补焊试验验证了其具有较好的抗焊接裂纹能力,但是,对K4750同种合金与K4750/GH536异种合金焊接接头的微观组织结构、相析出行为以及力学性能的研究尚未进行;此外,前期的补焊试验表明承温能力更高的850合金在补焊时容易在热影响区（Heat affected zone,HAZ）产生液化裂纹以及应变时效裂纹（Strain ag...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?Ｔｒｅｎｔ?８００型发动机材料使用情况示意图Ｉ９１??
而７１８Ｐ合金中的丫＇相尺寸仍然保持在７０ｎｍ左右。??ＩＮ９３９合金的主要合金元素包括Ｃｒ、Ｃｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｂ、Ｃ、Ｚｒ。??ＩＮ９３９高温合金的组织特征与传统镍基铸造高温合金类似，如图１．２所示。主要??有基体Ｙ相、强化相Ｙ＇以及ＭＣ型碳化物和ｔｉ相组成，合金经过固溶处理后大部??分强化相会溶解，只有ＭＣ和基体存在。铸造态的ＩＮ９３９合金的沉淀强化相ｙ??的体积比大约为２１％，且其主要成分为＠丨，（：〇）３（人１，１１，１＾；＾），丫｜的溶解温度大约??在１１００°Ｃ［２７］。该合金中的ＭＣ型碳化物含量大约在２°／。，主要化学成分为（Ｔｉ，Ｎｂ，??Ｔａ，Ｗ）Ｃ［２８］。虽然ＩＮ９３９合金中添加了元素Ｃｏ，但是，由于其Ｔｉ／Ａｌ值约等于２，??因此，在铸态下仍然能够观察到ｎ相。合金中的相主要呈现块状和针状，主要??成分为（Ｎｉ，?Ｃｏ，?Ｃｒ）（Ｚｒ，?Ｎｂ，Ｔｉ，?Ｂ，?Ｓｉ，Ａ１），其溶解温度大约在?１１５０°Ｃ。??ＩＮ９３９合金的固溶处理工艺为１１６０°Ｃ／４ｈ
１．３．３镍基高温合金焊接接头低塑性裂纹研究??在高温合金焊缝中除了会产生凝固裂纹外，还有可能形成另一种严重的焊接??缺陷，那就是低塑性裂纹，如图１．４所示［２２］。ＤＤＣ是一种温度在Ｔｓ到０．５Ｔｓ（Ｔｓ??是指合金固相线温度）范围内形成的固态裂纹。ＤＤＣ在奥氏体合金中普遍存在，??例如不锈钢［５Ｍ６］、铜合金［５７＿６１］、耐热钢［６２’６３］以及高温合金［６４＿７６］。在高温合金中，??一般在高Ｃｒ含量的焊丝进行多层多道焊的焊接过程或者焊缝在焊后高温服役过??程中容易产生ＤＤＣ。前人对ＤＤＣ的形成机制进行了大量的研究，但是，到目前??为止，对于ＤＤＣ的形成仍然没有统一的认识。目前被广泛关注的关于ＤＤＣ的??形成机制主要有两种：其中一种是１９６１年，Ｒｈｉｎｅｓ和Ｗｒａｙ［７７］提出的焊缝金属在??低于再结晶温度下的晶界剪切理论。该理论认为焊缝金属在低于再结晶温度下，??由于晶界的剪切变形使得空位有足够的时间发生聚集联结从而形成裂纹；在温度??高于再结晶温度时，由于再结晶产生的新晶界阻碍了空位的相互联结。该理论与??最近由Ｌｉｐｐ〇ｌｄ［７８］＃＆Ｄｕｐ〇ｍ［７９
【参考文献】：
期刊论文
[1]一代新材料,一代新型发动机:航空发动机的发展趋势及其对材料的需求[J]. 刘大响. 材料工程. 2017(10)
[2]Effects of PWHT on Microstructure and Mechanical Properties of Weld Metals of Ni-Based Superalloy 617 and 263 for Hyper-Supercritical Power Plants[J]. Jeong Kil Kim,Hae Ji Park,Deog Nam Shim. Acta Metallurgica Sinica(English Letters). 2016(12)
[3]航空发动机用耐高温材料的研究进展[J]. 张鹏,朱强,秦鹤勇,沈文涛. 材料导报. 2014(11)
[4]先进材料在战斗机发动机上的应用与研究趋势[J]. 梁春华,李晓欣. 航空材料学报. 2012(06)
[5]高推重比航空发动机用新型高温钛合金研究进展[J]. 黄旭,李臻熙,黄浩. 中国材料进展. 2011(06)
[6]几种微量元素在高温合金中的作用与机理[J]. 郭建亭. 中国有色金属学报. 2011(03)
[7]高性能陶瓷材料Ti3SiC2的研究进展[J]. 陈福,方万标,赵恩录,张文玲,苟金芳,曾雄伟. 陶瓷. 2006(12)
[8]PROPERTIES, WELDABILITY AND APPLICATIONS OF ADVANCED WROUGHT SUPERALLOYS FOR GAS TURBINE ENGINES[J]. D.L. Klarstrom,V.R. Ishwar,M.D. Rowe. Acta Metallurgica Sinica(English Letters). 2005(01)
[9]航空材料技术的发展现状与展望[J]. 颜鸣皋,吴学仁,朱知寿. 航空制造技术. 2003(12)
[10]航空发动机高温材料的研究现状[J]. 李爱兰,曾燮榕,曹腊梅,汤鑫,盖其东. 材料导报. 2003(02)
本文编号：2926184
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?Ｔｒｅｎｔ?８００型发动机材料使用情况示意图Ｉ９１??
而７１８Ｐ合金中的丫＇相尺寸仍然保持在７０ｎｍ左右。??ＩＮ９３９合金的主要合金元素包括Ｃｒ、Ｃｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｂ、Ｃ、Ｚｒ。??ＩＮ９３９高温合金的组织特征与传统镍基铸造高温合金类似，如图１．２所示。主要??有基体Ｙ相、强化相Ｙ＇以及ＭＣ型碳化物和ｔｉ相组成，合金经过固溶处理后大部??分强化相会溶解，只有ＭＣ和基体存在。铸造态的ＩＮ９３９合金的沉淀强化相ｙ??的体积比大约为２１％，且其主要成分为＠丨，（：〇）３（人１，１１，１＾；＾），丫｜的溶解温度大约??在１１００°Ｃ［２７］。该合金中的ＭＣ型碳化物含量大约在２°／。，主要化学成分为（Ｔｉ，Ｎｂ，??Ｔａ，Ｗ）Ｃ［２８］。虽然ＩＮ９３９合金中添加了元素Ｃｏ，但是，由于其Ｔｉ／Ａｌ值约等于２，??因此，在铸态下仍然能够观察到ｎ相。合金中的相主要呈现块状和针状，主要??成分为（Ｎｉ，?Ｃｏ，?Ｃｒ）（Ｚｒ，?Ｎｂ，Ｔｉ，?Ｂ，?Ｓｉ，Ａ１），其溶解温度大约在?１１５０°Ｃ。??ＩＮ９３９合金的固溶处理工艺为１１６０°Ｃ／４ｈ
１．３．３镍基高温合金焊接接头低塑性裂纹研究??在高温合金焊缝中除了会产生凝固裂纹外，还有可能形成另一种严重的焊接??缺陷，那就是低塑性裂纹，如图１．４所示［２２］。ＤＤＣ是一种温度在Ｔｓ到０．５Ｔｓ（Ｔｓ??是指合金固相线温度）范围内形成的固态裂纹。ＤＤＣ在奥氏体合金中普遍存在，??例如不锈钢［５Ｍ６］、铜合金［５７＿６１］、耐热钢［６２’６３］以及高温合金［６４＿７６］。在高温合金中，??一般在高Ｃｒ含量的焊丝进行多层多道焊的焊接过程或者焊缝在焊后高温服役过??程中容易产生ＤＤＣ。前人对ＤＤＣ的形成机制进行了大量的研究，但是，到目前??为止，对于ＤＤＣ的形成仍然没有统一的认识。目前被广泛关注的关于ＤＤＣ的??形成机制主要有两种：其中一种是１９６１年，Ｒｈｉｎｅｓ和Ｗｒａｙ［７７］提出的焊缝金属在??低于再结晶温度下的晶界剪切理论。该理论认为焊缝金属在低于再结晶温度下，??由于晶界的剪切变形使得空位有足够的时间发生聚集联结从而形成裂纹；在温度??高于再结晶温度时，由于再结晶产生的新晶界阻碍了空位的相互联结。该理论与??最近由Ｌｉｐｐ〇ｌｄ［７８］＃＆Ｄｕｐ〇ｍ［７９
【参考文献】：
期刊论文
[1]一代新材料,一代新型发动机:航空发动机的发展趋势及其对材料的需求[J]. 刘大响. 材料工程. 2017(10)
[2]Effects of PWHT on Microstructure and Mechanical Properties of Weld Metals of Ni-Based Superalloy 617 and 263 for Hyper-Supercritical Power Plants[J]. Jeong Kil Kim,Hae Ji Park,Deog Nam Shim. Acta Metallurgica Sinica(English Letters). 2016(12)
[3]航空发动机用耐高温材料的研究进展[J]. 张鹏,朱强,秦鹤勇,沈文涛. 材料导报. 2014(11)
[4]先进材料在战斗机发动机上的应用与研究趋势[J]. 梁春华,李晓欣. 航空材料学报. 2012(06)
[5]高推重比航空发动机用新型高温钛合金研究进展[J]. 黄旭,李臻熙,黄浩. 中国材料进展. 2011(06)
[6]几种微量元素在高温合金中的作用与机理[J]. 郭建亭. 中国有色金属学报. 2011(03)
[7]高性能陶瓷材料Ti3SiC2的研究进展[J]. 陈福,方万标,赵恩录,张文玲,苟金芳,曾雄伟. 陶瓷. 2006(12)
[8]PROPERTIES, WELDABILITY AND APPLICATIONS OF ADVANCED WROUGHT SUPERALLOYS FOR GAS TURBINE ENGINES[J]. D.L. Klarstrom,V.R. Ishwar,M.D. Rowe. Acta Metallurgica Sinica(English Letters). 2005(01)
[9]航空材料技术的发展现状与展望[J]. 颜鸣皋,吴学仁,朱知寿. 航空制造技术. 2003(12)
[10]航空发动机高温材料的研究现状[J]. 李爱兰,曾燮榕,曹腊梅,汤鑫,盖其东. 材料导报. 2003(02)
本文编号：2926184
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