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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 age cracking,SAC)等焊接裂纹,严重影响该合金在斜支板承力框架中的应用。而这些焊接裂纹的形成机制尚不清楚,也无法有效控制。因此,本文主要研究K4750合金同种和K4750/GH536异种合金接头的组织和性能;同时,针对850合金焊接裂纹的形成机制进行研究,获得了如下主要结果。K4750同种合金焊接接头的微观组织、焊缝区相析出行为以及接头力学性能研究。发现K4750合金焊接接头焊缝的凝固过程可以归纳为:L→L+γ→L+γ+(Ti,Nb)C→γ+(Ti,Nb)C。元素的偏析行为分析表明,K4750合金的焊缝区元素Fe,A1和W偏析于枝晶干区域;元素Nb,Si,Ti和Mo偏析于枝晶间区域。在靠近熔合线区域的HAZ会产生MC型碳化物的液化,并且焊后的热处理无法消除液化的MC型碳化物,但是焊接态和焊后热处理态的接头HAZ都没有出现裂纹。T1(1120℃/4h+800℃/20h)和T2(1050℃/2h+800℃/20h+700℃/20h)两种焊后热处理都能显著提高焊接接头的显微硬度和强度,也都会降低接头的塑性。焊接态的接头焊缝区平均硬度约为250Hv,母材和HAZ约为300Hv。而焊缝和母材区在T1热处理后约为380Hv而T2热处理态的约为400Hv。同时,接头的强度系数从焊接态的76%提高到了热处理态的超过100%。K4750/GH536异种合金焊接接头的微观组织、界面结构和力学性能研究。发现采用GH536焊丝和K4750焊丝都能获得无缺陷的异种合金焊接接头。两种焊丝获得的接头焊缝区都析出MC型碳化物。采用GH536焊丝获得的焊缝区的元素偏析程度要大于采用K4750焊丝获得的焊缝。同时,元素Al在GH536焊缝中偏析于枝晶间,而在K4750焊缝中偏析于枝晶干。在K4750合金母材与GH536合金焊缝、GH536合金母材与K4750合金焊缝之间的界面都形成了明显的元素以及组织过渡区。并且,采用GH536焊丝得到的界面过渡区宽度要大于采用K4750焊丝的界面。形变晶粒和残余应变都主要集中在两种界面过渡区内。GH536合金一侧的HAZ除了发生晶粒粗化以夕外,还存在M6C碳化物的共晶转变,形成了层片状的M6C碳化物。GH536合金的晶粒在T1热处理后发生了明显的粗化。异种金属焊接接头的焊后热处理能够提高接头的强度和硬度,同时降低接头塑性。焊接接头相对于GH536合金的强度系数最低为98%,经过热处理后提高到108%;虽然两种焊后热处理制度都会降低焊接接头的拉伸塑性,但是,经过热处理的异种金属接头延伸率都超过了 10%。采用K4750焊丝获得的接头经过T2热处理后具有最为优异的综合力学性能。850合金修复焊接接头的组织、相析出行为及裂纹敏感性研究。发现850合金的修复焊接接头HAZ会产生液化裂纹和SAC,并且,SAC的尺寸要大于液化裂纹。采用焊后热等静压(Hot isostatic press,HIP)处理能够消除850合金修复焊接接头HAZ的液化裂纹和SAC。但是SAC经过HIP处理后会产生愈合痕迹,并且在愈合痕迹中存在B,Zr,以及Ti元素的富集。应变断裂实验(Strain to fracture,STF)能够表征850合金的焊接HAZ裂纹敏感性。在STF实验中固溶态850合金HAZ的塑性和断裂时间都要小于过时效态的合金。850合金HAZ在850℃-950℃的温度范围内存在塑性和断裂时间最小值。同时,随着热循环峰值温度的提高,过时效状态的850合金的STF塑性和断裂时间逐渐降低。850合金的焊接工艺优化实验研究。发现减小焊接电流能够避免850合金焊接HAZ产生液化裂纹。当焊接电流超过90A时,接头的液化裂纹数量随电流的增大而增加。焊接接头的残余应力随着焊接电流的增大、焊丝强化相含量的增多而增大,焊前固溶处理的合金焊后残余应力要大于焊前过时效处理的合金。在此基础上,澄清了850合金焊接HAZ的SAC形成机制,认为850合金焊接接头在焊后热处理的升温阶段和降温阶段都能产生SAC。HAZ的SAC敏感性与焊接残余应力、焊丝与母材之间的线膨胀系数差异有关。SAC数量随着焊接残余应力的增加、线膨胀系数差异的增大而增多。并提出了控制方法,认为通过减小焊接电流,焊后缓冷处理等方法能够降低HAZ的SAC敏感性。