Mar-M247铸造高温合金平衡析出相热力学计算与分析

以Mar-M247合金为对象,通过热力学模拟计算,研究合金元素变化对平衡析出相、合金初熔温度和终熔温度的影响规律。结果表明:合金的主要平衡析出相为γ'相、MC、M6C、M23C6型碳化物、μ相及MB2、M3B2型硼化物,合金凝固过程中Hf和Ta元素偏析比较严重;在成分标准范围附近波动时,对初熔温度影响最大的合金元素为Cr、Mo、Ti、Hf;碳化物的析出温度和析出量均随C含量的增加呈线性递增趋势;另外,Hf、Ti、Ta含量的提高有利于MC型碳化物的析出;Cr含量的提高有利于M23C6型碳化物的析出;而W和Mo含量的提高则有利于M6C型碳化物的析出;μ相主要受Mo和W元素影响,随着二者含量的升高。μ相的析出温度和质量分数均升高;Al、Ti和Ta含量变化均会影响合金中γ′相的析出量及析出温度,并且三者对于γ′相的影响程度依次减弱。     

IC10高温合金的微观组织

研究了IC10高温合金的微观组织。研究表明:铸态组织包括γ′和γ,′以及γ γ′共晶相和MC碳化物,其中γ′体积百分数为64%,碳化物相主要是TaC和H fC,碳化物呈骨架状和点状、块状分布,共晶相多为葵花状。热处理后有残留的γ γ′共晶相,碳化物分解并有γ′包覆,γ′相发生球化,晶界上MC分解,并有H fC析出。IC10合金经950℃,3000h长期时效后组织保持稳定,未析出有害的TCP相;长期时效的组织变化表现为γ′的长大和条状化;枝晶间二次析出细小的富H f的MC相;晶界上析出少量的M6C和M23C6。     

K488合金平衡相的热力学计算

利用Thermo-Calc热力学计算软件,对K488合金平衡相和合金元素对析出相的影响规律进行了计算和实验两方面的分析。计算和实验结果均表明:合金的平衡相主要有γ、γ'、σ、碳化物,合金凝固过程中Mo,Ti偏析比较严重;随着C和Nb含量的增加,MC的析出量增加而析出温度降低,Ti元素则相反;Al、Ti元素含量的增加,γ'相析出量和析出温度逐渐增加;Cr含量对σ相的析出量和析出温度影响最大;计算和实验结果具有较好的一致性。     

1100℃时效对DM02合金显微组织的影响

研究了1100℃时效对一种新型等温锻造用模具合金DM02的显微组织的影响.将合金在1100℃分别时效100h,200h和500h.使用X射线衍射仪和扫描电镜分析了时效时间对合金相组成及显微组织的影响,采用透射电镜确定析出相类型.研究结果表明,时效过程中合金发生碳化物反应析出M6C相,随时效时间的延长,M6C相数量增多,γ′粗化.枝晶间析出M6C相主要呈针状、块状,枝晶杆M6C相析出量少,主要呈针状.     

Iconel718合金的定量相分析

给出了Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８合金奥氏体点阵参数与δ，γ″，γ′相含量的关系式，并借助Ｘ射线衍射技术及奥氏体点阵参数与δ，γ″，γ′相含量的关系确定了Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８合金中析出相的含量。     

单晶高温合金DD3的相特征

利用物理化学相分析方法研究第一代单晶高温合金DD3的相特征。通过相萃取分析热处理前后γ′相和碳化物相的组成、含量及其结构式,并对比分析不同状态下DD3合金的强化相粒度、基体相成分及元素分配行为的变化。热处理前后的相特征分析表明,热处理不仅提高DD3合金γ′相含量、减小γ′相粒度,还改变合金元素的分配行为,提高γ′相的强度和稳定性。热处理的过程是γ′相得到强化的过程。     

K002和K19H合金组织稳定性的研究

本文对比地研究了两种低铬-高钨系列的铸造镍基高温合金的铸态显微组织,在850～1100℃范围内热暴露1000～3000小时后的相析出规律,显微组织和微量相的变化及铝化物涂层的蜕化。 试验结果表明这些合金具有高的组织稳定性,标准成份的合金在所有热暴露条件下不析出TCP相,经1050℃/1000小时后K002和K19H合金中微量相总量只分别增加了89％和18％。 提出了下列反应:由于上述反应夺取γ中残余的碳,抑制了M_6C和M_(23)C_6的形成。 此外,在K19H的MC碳化物中含有大量Nb使MC稳定,因此减缓了下列反应;     

FGH95合金连续冷却条件下γ′相析出过程的研究

研究了FGH95粉末高温合金的平衡γ′相含量与温度的关系,得到了连续冷却条件下合金的γ′相平均粒径与冷速的关系,并分析了γ′相的析出规律.研究指出,在连续冷却条件下,γ′相的析出并非由扩散长大过程所控制,而很可能是由析出形核过程控制的.同时,FGH95合金淬火时,仅在1000℃以上需要保持较高的冷速,低于此温度,γ′相几乎不再粗化,并根据这一原则为FGH95合金涡轮盘的热处理过程选取了合适的淬火介质.     

涡轮叶片蠕变损伤行为及固溶处理对叶片材料性能的影响

涡轮叶片是航空发动机及地面燃气轮机的重要热端部件,研究其损伤行为对涡轮叶片的制造及修复工作均有重要的意义。本文研究了长时与短时服役涡轮叶片的蠕变损伤行为,发现二者在蠕变空洞的形成机理上大致相同,而γ′相与碳化物的退化反应则有所差异,长时服役涡轮叶片的γ′相形貌更加粗大且不规则。对于碳化物,长时服役叶片的碳化物发生了由一次MC型向二次M23C6型的分解,而短时服役叶片的碳化物发生了由MC(1)型向MC(2)型的转化。此外,针对两种不同的叶片材料(K002和GTD-111高温合金),研究了不同的固溶处理制度对γ′相溶解行为的影响,发现提高固溶温度和增加固溶保温时间可以促进两种材料γ′相的溶解行为;而随着固溶时间的增加,两种材料的溶解激活能均逐渐增大,K002合金在不同固溶保温时间中的溶解激活能均大于GTD-111合金。     

W含量及组织状态对镍基高温合金晶格常数及错配度的影响

通过对镍基合金的组织形貌观察和X射线衍射分析,研究元素W及组织状态对镍基合金晶格常数及错配度的影响。结果表明,7.5%W镍基合金经完全热处理后,立方γ′相以共格方式嵌镶并均匀分布在γ基体相中。随元素W含量增加,合金中γ′和γ两相的合成衍射峰值略有左移,使γ′和γ两相的晶格常数增加,其中γ′相晶格常数增加幅度较大的原因是元素W较大比例地分布在γ′相中,并由此使合金中两相的晶格错配度由负值转变为正值。经完全热处理后,合金中γ和γ′两相有较小的晶格错配度,在高温拉伸蠕变期间外加应力的作用下,γ基体相的晶格常数值增加幅度较大,致使合金中γ′和γ两相晶格错配度的绝对值增加。     

HIP+FRene''''95合金热处理时γ''''析出规律的研究

本文采用定量金相方法确定固溶温度、冷却速度与γ′析出相含量及尺寸分布之间的定量关系,为确定热处理工艺提供依据。结果表明,固溶温度升高,γ′析出量增加,并且在1120℃达到峰值;超过此温度则γ′含量降低。300℃盐浴等温较水冷和油冷具有更多的一次γ′含量和较少的晶界γ′含量。因此,采用300℃盐浴等温可明显改善合金的持久性能。     

冷轧Inconel 718合金的再结晶行为

研究了冷轧Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８合金的再结晶行为及退火过程中硬度的变化规律。结果表明，在９１０Ｃ退火温度下，奥氏体完全再结晶，随冷轧变形量增加，完成９０％再结晶所需要的时间降低，再结晶晶粒尺寸减小。硬度的变化取决于奥氏体的回复与再结晶和б、γ″、γ′相的析出。在９１０℃退火温度下，硬度急剧降低，达到极小值后又增加，极小值点的硬度随冷轧变形量增加而增加。在８６０Ｃ退火温度下，奥氏体的回复与再结晶使冷轧变形大于２５％试样的硬度降低，随后γ″、γ′相的析出使硬度增加，达到极大值后又降低，在２ｈ后硬度缓慢增加或趋于稳定。     

异种高温合金电子束焊接接头析出相

利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)与能谱仪(EDS)对GH141/GH907异种高温合金板材电子束焊接接头区域析出相进行研究,包括GH141热影响区,GH907热影响区以及焊缝区域。结果表明:异种高温合金电子束焊接热影响区无新析出相的产生;在现行热处理工艺下,GH141热影响区析出相为密布于基体的方形颗粒状γ′相、随机分布的粗大块状MC型碳化物及沿晶界析出的M6C型碳化物;GH907热影响区析出相为密布于基体的针状ε相及分散分布的块状G相Nb3Ni2Si;焊缝区域存在析出相与两种焊接母材都不同,一种为平行或交错分布的针状新析出相,一种为细小的方形或椭球形颗粒状新析出相,其中颗粒状析出相为正交晶系NbTi4。     

Mo含量对IN718合金组织和力学性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜及能谱分析等手段,研究Mo对IN718合金组织和力学性能的影响。结果表明:Mo抑制晶界δ相析出,当Mo含量高于5.50%时,晶界上不再析出δ相,转而析出白色颗粒状Laves相,Mo含量升高,Laves相析出数量增加;Mo对晶内强化相析出类型无影响,Mo含量升高,盘状γ″相和球状γ′相析出数量无明显变化,但析出尺寸明显减小;经过标准热处理后,Mo略微降低IN718合金的室温抗拉强度和680℃屈服强度,但可大幅提高合金680℃/725 MPa持久寿命;Mo对合金的持久塑性无明显影响。     

Hf和Re含量对Co-Ti-V高温合金γ/γ′两相晶格错配度的影响

通过对不同含量Hf和Re的Co-Ti-V高温合金进行组织形貌观察和X射线衍射分析,研究不同含量Hf和Re合金中γ′相形貌与γ/γ′两相晶格错配度的关系。采用EDS分析合金中各元素的分配行为与γ/γ′两相晶格错配度的关系。通过对不同成分的合金进行1000℃高温压缩实验,研究Hf和Re含量对合金高温压缩性能的影响。结果表明:随着Hf含量的增加,γ′相的形貌由立方形转变为球形,γ/γ′两相的晶格错配度减小;随着Re含量的增加,γ′相的形貌由立方形变为长条状,且γ′相变得粗大,γ/γ′两相的晶格错配度减小;通过EDS分析,Co、Hf和Re元素在γ相中富集,而Ti和V元素在γ′相中富集;随着Re含量增加,合金的屈服强度和抗拉强度均增加;随着Hf含量的增加,合金的屈服强度和抗拉强度先减小后增大。     

GH742合金γ′相粗化及演变规律研究

研究均匀化后特殊处理方法对GH742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.     

一种低Cr高W型铸造镍基高温合金的显微组织及其稳定性

研究了一种具有第一代单晶合金高温强度水平,其成分为Ni 1.5Cr 10Co 16W 2Mo 6Al 1Ti 1Nb 0.1C 0.02B 0.1Zr的普通铸造镍基高温合金的显微组织及其长时组织稳定性。对试验合金铸态及850℃/3000h,950℃/1000h,1100℃/50～500h热暴露后的显微组织进行了光学金相、定量金相、扫描电镜和能谱分析。结果表明:取样部位的截面尺寸不同直接影响合金铸态组织中相的尺寸及含量,其中大截面尺寸部位共晶γ′的含量少而尺寸大;截面尺寸对MC碳化物含量影响不大,但其尺寸随着截面尺寸的增大而明显增大。本试验用合金具有优良的组织稳定性,在850～1100℃长时热暴露均无有害的TCP相析出,其碳化物反应是MC的缓慢分解和M6C沿晶界、枝晶间和共晶γ'周围析出,在1100℃/500h热暴露以后,仍然保留原始铸态组织中约50%的MC碳化物。     

热处理参数对GH2150A合金冲击韧性的影响

研究GH2150A合金经前期热处理与中间热处理后合金组织变化对室温冲击性能的影响。利用光学金相和扫描电镜对合金组织和冲击断口进行观察。结果表明,经过这种热处理可以显著提高合金的室温冲击韧性,比经标准热处理的Ak提高36%。主要原因是该处理改变合金中碳化物的析出数量、形态和分布,减小γ′相的尺寸,从而改变室温冲击的断裂机制。该处理可以使合金得到良好的综合性能。     

热处理对P、B微合金化GH4169合金组织与蠕变性能的影响

通过对锻造态GH4169合金进行短期时效处理、常规热处理和长期时效处理、蠕变性能测试及组织观察,研究了热处理制度对组织与蠕变性能的影响。结果表明:锻造态合金经短期时效处理、常规热处理及长期时效处理后,其组织结构由γ、γ’、γ"、针状δ-Ni3Nb相和粒状(Nb,Ti)C、M₂₃C₆碳化物组成;其中,(Nb,Ti)C中富含P,而贫Cr、Mo。特别是短期时效处理合金的晶界无析出相,而长期时效处理合金中针状δ相沿晶界析出,随δ相数量及尺寸增加,合金中γ、γ’、γ"、相的晶格常数略有减小,各相间的错配度减小,但γ’/γ"两相间的错配度增加至δ_γ’/γ"=0.233%;在长期时效态合金中,δ与γ相之间的晶体学关系为(200)_γ//(110)_δ和[011]_γ//[001]_δ,其中,δ相的(020)_δ面与γ相的(1■1)_γ面、δ相的(1■0)_δ面与γ相的(11■)面保持共格界面;与长...     

Ru对DD22镍基单晶高温合金组织和持久性能的影响

通过对两种不同Ru含量(0％和2％,质量分数)的新一代镍基单晶高温合金DD22铸态及热处理态组织定量表征与1100～ 1150 ℃持久性能测试,研究了Ru对相转变温度、(γ+γ')共晶组织、凝固偏析、合金元素相成分、合金元素分配比及持久性能的影响.结果表明:Ru降低了合金的固液相线、铸态共晶组织体积分数以及凝固偏析程度.合金热处理后,与无Ru合金相比,含Ru合金γ '尺寸更为细小,γ/γ'两相中对TCP相析出有重要影响的Re和Cr元素分配更加均匀.Ru通过降低γ'相尺寸,增加γ/γ'错配度,提高固溶强化效果,抑制持久加载过程中TCP相析出,显著提高DD22合金持久性能.