凝固界面形态对一种镍基单晶高温合金组织和性能的影响

 以平界面凝固的一种镍基单晶高温合金组织不含有γ/γ′共晶;而以脆状、粗枝以及细枝界面凝固组织中,γ/γ′含量渐次增多。随着凝固界面形态的转变,γ′尺寸越来越小,形状越来越规则。细枝界面凝固的单晶具有最高的持久寿命,粗枝次之,而脆状界面凝固的单晶具有最短的持久寿命。     

DD5镍基单晶高温合金凝固过程元素偏析的相场模拟

作为航空发动机涡轮工作叶片的主要材料,镍基单晶高温合金凝固过程中的元素偏析易造成组织的不均匀性,进而影响其高温力学性能。选取国产二代单晶高温合金DD5作为研究对象,以3mm/min的抽拉速率制备单晶试棒,通过组织观察与热力学计算确定其铸态组织的相组成,包括γ相,γ’相与碳化物。采用电子探针显微分析对合金元素在枝晶干与枝晶间的偏析行为进行了线扫描,确定Re、W的正偏析及Al、Ta负偏析特性,且枝晶间的碳化物中Ta含量较高,推测其为MC型碳化物。在此基础上借助Micress相场软件,对凝固过程的组织形貌演化与元素偏析行为进行了模拟,其形貌特征与光镜组织观察结果相一致,元素分布与EPMA结果相符。     

Ni—Al—C—Ti—（Hf,Nb,Ta）四元合金的凝固组织

对所设计的四种Ni-Al-C-Ti(Hf,Nb,Ta)四元镍基合金分别在相同的工艺条件下进行定向凝固。组织结构分析表明,它们的凝固组织和相变特性均与工业高温合金相似,可作为研究工业高温合金的模型合金。上述四元镍基合金的凝固组织具有以下特点:(1)碳化物形成元素的枝晶偏析按Hf、Nb、Ti、Ta减小;(2)TiC和HfC具有大体相似的形态,呈不规则块状:而NbC和TaC则呈发达的汉字体状,这种差别是引起工业高温合金中MC碳化物形态变化的根本原因;(3)含Ti和含Hf合金中的γ-γ′共晶数量多于含Nb和含Ta合金。     

钴,钨和钛对镍基单晶高温合金铸态组织的影响

采用正交实验方法研究了Co,W和Ti对镍基单晶高温合金铸态组织的影响.结果表明,Ti元素偏析于枝晶间并扩大了合金的凝固温度范围,从而显著影响铸态合金中的共晶数量,随着Ti含量的增加,合金中的共晶数量大幅度增加.Co使合金的初熔温度略有降低.在具有大量共晶的高W合金的铸态组织中出现了富W相.     

C含量对第二代单晶高温合金组织的影响

在高温度梯度真空定向凝固炉中,制备不同C含量的单晶高温合金,研究不同C含量对第二代单晶高温合金显微组织的影响。结果表明:C含量对合金枝晶间距的影响较小;随着C含量增加,共晶含量和尺寸减小,碳化物含量增加,其形貌由块状向骨架状、汉字状转变;随着C含量增加,Ta元素枝晶偏析减轻,Re,W,Mo,Nb元素枝晶偏析加重;C含量对铸态和热处理γ'相尺寸和形貌影响较小;热处理后碳化物的形貌无明显变化。     

宽变冷速对定向凝固合金枝晶偏析的影响

利用多种定向凝固技术,研究了冷却速率在10~(-2)～10~2K/s范围内变化时对定向凝固钻基高温合金枝晶偏析的影响。结果表明:增大冷却速率可有效抑制枝晶偏析,对易偏析元素其效果更明显;冷却速率的增大细化了凝固组织的一次间距、加剧了溶质的非平衡分凝是抑制偏析的主要原因。     

Hf对IC10高温合金凝固特性的影响

采用等温凝固和差热分析相结合的方法,研究Hf含量对定向凝固柱晶IC10高温合金凝固特性的影响,得到Hf含量变化时合金在不同温度的凝固组织和凝固顺序.结果表明:随着Hf含量增加,合金的液相线及固相线温度均降低,凝固温度范围扩大,γ+γ’共晶析出温度提高.增加Hf含量还缩小了枝晶间丧失补缩能力温度与固相线温度的温度范围,并降低枝晶间液池保持连通时所需的最小液体量,提高IC10合金的铸造性能.     

凝固速度对一种新型定向凝固钴基高温合金凝固组织的影响

本文研究了凝固速度对一种新型定向凝固钴基高温合金（ＤＳＸ４０Ｍ）凝固组织的影响。作为该合金强化相的晶间碳化物主要有Ｍ２３Ｃ６、ＭＣ、Ｍ７Ｃ３三种。研究发现，定向凝固速度的变化并不改变碳化物的类型，但对碳化物的体积分数和平均尺寸有强烈影响。给出了该合金碳化物体积分数、平均尺寸和持久寿命随凝固速度变化的规律。采用电子探针技术分析了不同凝固速度条件下合金元素的偏析情况。研究还发现，Ｔｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｃｒ     

铪含量对定向凝固高温合金DZ22偏析行为和力学性能的影响

本文研究了铪含量对定向凝固高温合金DZ22的元素偏析行为和相组织以及中温持久性能的影响。试验结果表明,铪是一个强烈的偏析元素。在DZ22合金中加入铪,使元素的偏析减少,而且改变了Ti,W,Nb,Cr在各相中的相对含量。铪的加入,增加了共晶γ/γ′的体积分数,扩大了凝固范围,改善了合金凝固后期的毛细补缩通道的联系,从而减轻了热裂倾向性。随着铪含量的提高,合金的中温持久性能,特别是中温横向持久性能有所提高。     

在DD3单晶上进行FGH95粉末激光多层涂覆:单晶涂层组织形式规律研究

利用高温合金 FGH95粉末在 DD3单晶的不同晶面上进行激光多层涂覆实验 ,深入研究了涂覆层中凝固显微组织的生长规律。研究表明基材的晶体取向和局部凝固条件对涂层中的凝固显微组织有很大的影响。当单晶基材择优晶向与热流方向夹角小于 30°时 ,可以得到从基材上外延生长的单晶 ,涂层内二次臂退化 ,枝晶一次间距为 10～ 2 0 μm;当实验所在的单晶基材的择优晶向与热流的方向夹角大于 30°时 ,涂层中晶体取向偏离基材的取向 ,并出现多晶。即便当实验在同一个择优晶面上进行时 ,局部凝固条件不同 ,涂层内的凝固显微组织也有很大的差别。二次臂退化 ,一次臂间距大约为 10～ 2 0 μm。进一步的研究表明 ,涂层中主要组成相为枝晶干上分布的基体相 γ和沉淀硬化相 γ′以及枝晶间的 γ+γ′花状共晶和少量碳化物 ,γ′相主要为具有良好强化效果的细小立方体 ,尺度约为 0 .1μm     

镍基合金激光超高温度梯度定向凝固

 采用高能激光束作为定向凝固的热源,研究了镍基合金在超高温度梯度（1.0×104K/cm）定向凝固下的组织结构特征。在定向凝固组织中得到了平均一次枝晶间距仅为10.6μm的细枝晶和完全无侧向分枝的“超细胞晶”.对合金元素在不同组织中偏析行为的分析表明：传统的定向凝固组织中存在严重的微观偏析,而激光超高温度梯度定向凝固组织中,元素的微观偏析大大改善甚至完全消除。     

固溶温度对含铪高钨K416B镍基高温合金组织的影响

通过对含铪高钨K416B镍基高温合金进行不同温度固溶处理后的组织形貌观察,研究固溶温度对K416B合金组织的影响。结果表明:随着固溶温度的升高,在合金元素的扩散作用下,合金中的二次枝晶尺寸略有增大,使枝晶间的共晶含量逐渐减少,促使合金组织致密化;同时合金中的γ′相发生溶解,使其尺寸减小;在高温固溶处理期间,枝晶间区域的初生条状MC相发生分解形成粒状M_6C碳化物;而共晶处的大尺寸块状M_6C相形态与数量无明显变化;固溶处理使偏聚于枝晶干的元素W向枝晶间扩散,而Hf、Nb、Ti和Cr元素向枝晶干扩散,大幅降低合金各元素的偏析程度。组织研究结果表明,1220℃保温4 h为合金组织状态最佳的固溶热处理工艺。     

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.     

一种铸造低偏析高温合金的凝固偏析

用金相探针法研究了一种低偏析高温合金的凝固。经研究发现，合金中除了钛有轻微的正树枝状偏析外，铬、钴、钼、铝等几乎不发生树枝状偏析；但在共晶内部和前沿，合金元素的偏析与普通合金几乎相同     

Si对In718合金凝固过程及元素偏析的影响

本文研究了Ｓｉ对Ｉｎ７１８合金凝固过程及元素偏析的影响。结果表明，当Ｓｉ含量升高后，不仅在枝晶或Ｌａｖｅｓ相中偏析程度加剧，而且在枝晶内的浓度也逐渐升高而达到显著水平。Ｓｉ降低Ｎｂ在Ｌａｖｅｓ相中的溶解度，因而促进Ｌａｖｅｓ相的析出，提高Ｌａｖｅｓ相吸收剩余液体的能力，缩小偏析区的面积。分析认为，过分降低Ｓｉ含量对改善合金凝固组织及提高终凝温度的作用不大。     

快速凝固高温Al—Fe—Mo—Si—Zr—Ti合金凝固组织特征

研究了５～７４μｍ的快速凝固Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｏ－Ｓｉ－Ｚｒ－Ｔｉ合金粉末凝固组织特征，探讨了凝固组织形成机制。结果表明，合金粉末主要有四种基本组织：初生Ａｌ＿９（Ｆｅ，Ｍｏ）＿２，α－Ａｌ与Ａｌ＿６（Ｆｅ，Ｍｏ）共晶，胞晶及显微胞晶，出现这些组织的典型尺寸依次为５６μｍ、４０μｍ和８μｍ；合金元素Ｍｏ的加入，显著提高合金粉末凝固前过冷度，使１０～４０μｍ粉末的凝固机制发生了变化，由导热控制型转变成溶质扩散控制型，从而基本上消除了该尺寸范围内粉末凝固组织中共晶成分和初生相。通过理论分析，建立了快速凝固形核动力学模型并进行了模拟计算，从理论上证实了胞间准晶相为初生相，计算得出在二元Ａｌ－Ｆｅ合金中抑制该相形成所需的冷却速度高达１０￣（１３）Ｋ／ｓ。     

镍基单晶高温合金DD2梯度定向凝固行为

利用高梯度（250K／cm）走向凝固装置（LMC），对不同凝固条件下DD2单晶高温合金的定向凝固行为进行了研究。结果表明，在一定温度梯度下，通过改变凝固速率可以得到以平面状、胞状、树枝状凝固界面生长的DD2单晶；随着冷却速率的增大，一次枝晶间距减小、组织均化，且所得一次枝晶间距与凝固参数的关系基本符合Hunt模型。     

Re对定向凝固Ni基高温合金组织及性能的影响

采用真空感应熔炼和定向凝固重熔技术制备了不同Re含量的Ni基高温合金试样,分析了合金微观组织,测试了热处理后其室温拉伸和高温持久性能。结果表明:Re主要分布于γ基体中,在γ′强化相中分布很少。随着Re含量的增加,γ+γ′共晶体积分数略有增多,枝晶杆γ′细化明显。热处理后γ′立方化程度增加,共晶相含量明显减少。Re的加入显著提高了合金的室温拉伸屈服强度和高温持久寿命,但室温和高温塑性有所降低。Re主要通过固溶在γ基体中来阻碍γ′粗化,增大错配度,从而提高合金综合性能。     

铸造镍基高温合金枝晶间强化机理的研究

 本文从中温断裂特征出发,论述了锆、铪、硼对铸造镍基高温合金中温性能的作用及枝晶间强化机理。认为在铸造镍基高温合金中,枝晶间是薄弱环节。提出了枝晶间强化与锆、鈶、硼之间的有机联系和共同特点:使共晶γ′增加,强化枝晶间;形成金属间化合物Ni_5Zr、Ni_5Hf和硼化物M_3B_2;加宽液相线-固相线距离。锆和鈶都改变MC碳化物的形态和成分,并攫取合金中的硫,形成稳定的高熔点的碳硫化物,争化枝晶间,提高枝晶间结合力。在研究合金化强化枝晶间薄弱环节的同时,还探讨了工艺参数的影响。认为工艺参数的变化,改变了合金的枝晶间状态。较快的凝固速度,细化枝晶,使共晶γ′量增加,减小共晶γ′和MC碳化物的尺寸,从而使合金得到强化。试验得出不同工艺的K5合金在760℃,66 kg/mm~2持久寿命与平均枝晶间距的关系。     

一种含铼和碳的镍基单晶高温合金显微组织的研究

研究了一种含铼和碳的镍基单晶高温合金的铸态和热处理态的显微组织。结果表明:合金铸态组织中枝晶干和枝晶间区域的γ'相呈近立方状,枝晶间区域析出了少量的共晶相和MC型碳化物;合金经固溶处理后,共晶相完全消除,显微偏析得到明显改善。经标准热处理后,枝晶干和枝晶间的γ'相立方度提高,枝晶干区域γ'相的体积分数和尺寸都小于枝晶间区域的,其体积分数和尺寸分别为61%,0.32μm和68%,0.41μm,而碳化物的形貌和尺寸无明显变化。合金经1095℃/100h处理后,枝晶干析出了一定量富集Re和W的TCP相。