化学成份调整和热处理对DS Mar—M200高温合金力学性能的影响

Hf和Zr促进了γ+γ′共晶、MC_((2))和Ni5M相的生成。在含等原子百分数Zr和Hf的合金中,Zr在共晶γ′内的溶解度比Hf低,Ni_5M相中Zr含量比Hf高。Zr的这种分布有利于形成Ni_5M相,降低了Zr的强化效果。1130℃/3小时处理有效地消除了Ni_5M相,因此使合金的初熔温度升高。1100℃/4小时沉淀处理形成尺寸为0.5μm的立方状γ′沉淀,在760～1050℃整个温度范围使含Hf合金的蠕变强度远高于不含Hf的合金。与无Hf合金相比,含Hf合金的低周疲劳(LCF)寿命更长。当以Zr部分或全部代替Hf时也有类似的倾向。更高的凝固速度由于组织更细和取向更优而延长了LCF寿命。表面滑移分析表明,含Hf和不含Hf合金中相邻晶粒都出现两组滑移交割,但无Hf合金的柱晶界易出现开裂。Mar-M200合金LCF试样表面裂纹数目和单位面积上裂纹长度很高。MC开裂主要发生在垂直应力轴方向的长条形碳化物上,然后向枝晶间区扩展。含Hf合金则由于滑移带的分离而沿结晶学平面开裂。     

固溶处理定向凝固高温合金DZ8的组织与力学性能

观察了1260℃与1240℃固溶温度热处理后DZ8合金的显微组织,比较了两者的拉伸与持久性能.结果表明:采用1260℃固溶温度热处理,DZ8合金存在少于1％的γ+γ'共晶相,但富Hf相发生初熔;采用1240℃固溶温度热处理,合金未发现初熔但仍存在12％左右的γ+γ'共晶相.DZ8合金分别采用1260℃与1240℃固溶温度热处理后,室温、700℃与980℃拉伸性能以及980℃/205 MPa持久性能相当,但采用1260℃固溶温度热处理的D28合金其760℃/725 MPa持久性能较采用1240℃固溶温度热处理的有所下降.     

新型Ni_3Al基定向高温合金IC10

介绍一种新型1100℃用涡轮导向叶片合金.该合金不含元素Ti而含有1.5wt%的Hf,并且Al Ta Cr含量高于19wt%,具有良好的抗氧化性能,同时持久强度达到国外一代定向合金水平,铸造性能突出.IC10合金的碳化物主要为TaC和HfC,并且由于次生MC(2)的生成,抑制了产生M6C相.采用1180℃,2h的预处理消除低熔点Ni5Hf相,提高了合金的初熔温度.测得了IC10合金700℃,980℃的低循环疲劳寿命曲线以及600℃1100℃的热/机械疲劳寿命曲线.利用IC10合金研制的某发动机高压涡轮导向叶片正在进行地面试车考核.     

Hf和Zr在高温材料中作用机理研究

在高温合金中,元素Hf和Zr可以促进γ γ′共晶、MC(2)碳化物、M2SC碳硫化物和Ni5M相的形成,改变草书状MC和M3B2成为块状并且通过净化晶界或枝晶间自由态的S来提高这些薄弱部位的结合强度,从而延迟裂纹的形成和扩展.Hf和Zr可提高铸造高温合金室温拉伸和中温持久的强度和塑性.Hf,Zr抑制次生碳化物M23C6和M6C的生成,从而提高了合金在高温长时热暴露时的显微组织稳定性.Hf,Zr降低合金的初熔温度,Ni5Hf和Ni5Zr相的初熔被认为是Hf,Zr影响初熔的主要原因.通过1150℃/8h的预处理,Ni5Hf以Ni5Hf γ(C)→MC(2) γ反应或者固溶两种方式被消除.元素Hf可以缩小枝晶间失去毛细管补缩能力和固相线之间的温度范围,还能降低枝晶间液池沟通所需的液体量.在凝固后期枝晶间的富Hf熔体具有很好的流动性、浸润性和趋肤效应,这些都是降低合金热裂倾向、提高合金可铸性和焊接性能的有利因素.具有高的化学活性的富Hf液膜容易在铸件表面形成Hf2O薄层.Hf和Zr是钎焊用中间层合金的降熔点元素.根据凝固过程中富Hf,Zr熔体的成分最终发展出Ni-18.6Co-4.5Cr-4.7W-25.6Hf和Ni-10Co-8Cr-4W-13Zr两种中间层合金,使单晶高温合金的无Si、B连接成为现实.还发展出了定向凝固片状Ni3Al/Ni7Hf2共晶合金,成分为Ni-5.8Al-32Hf和Ni-4Al-26Hf-8Cr-4W.Ni-5.8Al-32Hf合金的最佳凝固条件为温度梯度G=250℃·cm-1和凝固生长速率R=5μm·s-1;Ni-4Al-26Hf-8Cr-4W,凝固条件为G=350℃·cm-1和R=1μm·s-1.     

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。     

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。     

CrON扩散阻挡层对NbCrAl涂层与Nb基高温合金元素互扩散的影响

利用磁控溅射技术在C103型Nb基高温合金上制备了含和不含CrON扩散阻挡层的NbCrAl涂层,对比研究了2种涂层分别经900℃和1000℃真空热处理后的元素扩散行为。结果表明:NbCrAl涂层以Cr₂Nb和AlNb₂相为主,含非晶态组织;真空热处理后生成了NbAl₃和(Nb,Cr)沉淀相。热处理温度由900℃升至1000℃时,NbCrAl涂层中元素扩散速度加快。不含扩散阻挡层样品中Cr和Al元素扩散至基体的含量分别为2.76wt%和1.21wt%,而含扩散阻挡层样品中Cr和Al元素扩散到基体的含量分别仅为2.52wt%和0.84wt%。扩散阻挡层保持连续,且与涂层及基体的界面结合良好,经高温处理后主要以密排六方结构的Cr₂O₃和Al₂O₃相为主,有效地抑制了元素互扩散。     

固溶温度对定向凝固高温合金DZ22的组织和性能的影响

 随着固溶温度的提高,显微组织发生明显的变化,共晶Υ′相和初生的粗大Υ′相不断回溶,重新析出更多更细的Υ′相。与此同时,晶界状态也逐渐变成“细线”状。元素的枝晶偏析减小,中、高温的纵向持久寿命增加。但是,中温横向持久寿命显著降低。在试验中测定了DZ22合金的初熔温度为1230～1240°C,并进行了提高初熔温度的试验。文中讨论了确定定向凝固合金回溶温度的原则,根据试验结果,认为DZ22台金选用1200～1210°C为宜。     

改进DZ—22定向凝固高温合金热处理制度的研究

研究了一种新的热处理制度对DZ－22走向凝固高温合金组织和性能的影响。结果表明，采用新热处理制度先进行预处理，可以消除低熔点相，提高合金的初熔温度，然后提高合金的固溶温度。在随后的冷却和时效过程中，析出更多的细小γ'相使合金的拉伸强度和持久性能得到明显提高。     

铼(Re)对定向高温合金组织与性能的影响

以第二代定向柱晶DZ9合金成分为基础,调整Re含量,通过对三种不同Re含量的定向合金的研究,探讨了Re含量的变化对定向高温合金组织和性能的影响。结果表明:加入Re可提高合金的初熔温度和γ'相的回溶温度;Re的含量显著影响合金的γ+γ'共晶相形态和γ'相的尺寸和形态;增加Re含量,可提高合金的室温拉伸强度和合金的高温持久寿命。     

Ni-30Al-1Hf 合金的微观结构及相变特点

通过定向凝固技术制备的Ni-30Al-1Hf合金,是一种由γ相增强的树枝状β-NiAl基双相合金。在铸态时β和γ相存在着确定的取向关系。经不同冷却方式的热处理后发现,合金组织结构发生不同程度的变化,其中空冷或油淬后Ni-30Al-1Hf的枝晶干区大部分转变成了NiAl马氏体相。在900℃经拉伸变形后,NiAl马氏体组织已完全消失,而在β-NiAl相内部重新析出块状或条状的γ相。     

DD3单晶镍基高温合金凝固过程的研究

 DD3合金是国产第一代单晶涡轮叶片材料,它去除了普通铸造高温合金中常存的微量合金化元素,使合金的初熔温度大大提高。这一特性使高温固溶处理得以在单晶合金中广泛应用,大幅度提高了合金的力学性能。同时,微量成分的调整,使得合金的凝固特性产生明显的变化。本研究工作通过对三种成分合金的凝固试验以及对凝固组织的显微分析来判断DD3合金凝固特性的变化规律。     

一种多元铌硅系原位复合材料的高温氧化行为

 采用电弧熔炼的方法制备了Nb-16Si-24Ti-6Cr-6Al-2Hf (原子百分数)多元铌硅系原位复合材料。进行了高温氧化试验，使用扫描电镜、能谱和X-射线衍射仪进行分析。结果表明该复合材料铸态组织主要由Nbss和β-Nb5Si3组成；经1250℃/100h静态氧化后，生成厚的氧化皮，其主要成分为CrNbO4，TiNb2O7；在氧化皮下发生严重的内氧化现象；氧优先在Nbss相中扩散并形成内氧化产物；硅化物对氧的扩散起到一定的阻挡作用；硅化物的分散分布有利于氧化皮中压应力的释放。     

0Cr15Ni5Cu2Ti钢的高温氧化行为

 采用增重法研究了0Cr15Ni5Cu2Ti钢在500,600,700和800 ℃下的高温氧化行为。利用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射分析（XRD）以及金相显微分析等技术,对氧化膜的形貌、化学形态和组成以及基体组织的特点进行了研究。试验结果表明,在700 ℃以下,0Cr15Ni5Cu2Ti钢的氧化动力学符合抛物线规律,表面生成的氧化膜具有良好的保护性。800 ℃氧化时,随氧化膜厚度的增加内应力迅速增大,氧化膜容易破裂,甚至剥落;不锈钢基体中发生马氏体向奥氏体的逆转变,使贫铬层厚度增加,促进了失稳氧化发生,导致试样表面局部区域容易生成氧化物“瘤”,而加剧氧化。     

Hf对Nb15W5Si2B合金室温和高温力学性能的影响

 为了寻求Nb-Si基合金高温强度和室温塑性之间的平衡,设计了以Nb基固溶体相Nb-SS占主导的Nb15W5Si2BxHf(x= 0,5,10,15,原子百分数）合金,研究了Hf元素对Nb15W5Si2B合金的组织、室温和高温压缩性能以及高温蠕变性能的影响。结果表明,Nb15W5Si2B合金由Nb-SS和Nb5Si3两相组成,Nb5Si3相呈网状分布;Hf的加入不改变相组成,但Nb5Si3相由网状分布逐步变成不连续小岛状分布,而且体积分数减少。Hf同时提高Nb15W5Si2B合金的高温静强度和室温塑性,但对Nb15W5Si2B高温压缩蠕变性能不利。最后讨论了Hf对Nb15W5Si2B合金强化与塑性化机理。     

定向凝固涡轮叶片合金DZ-22的研究

 定向凝固高温合金DZ-22具有较高的中、高温性能,与定向合金PWA1422相当,可用作航空发动机的涡轮叶片材料。它是以PWA1422合金的成分为基础,通过试验对其中铪、碳的含量作了调整。在定向凝固过程中铸型移动速度对零件柱晶的结晶取向有较大的影响。提高固溶处理温度,可明显提高合金的高温持久寿命,但延伸率稍有降低。在固溶处理前进行一次1150℃的预处理,可提高合金的初熔温度。     

大体积液态铝合金的净化和深过冷

采用无机盐类净化剂,在高频电磁悬浮熔炼装置上对大体积Al83Y10Ni7合金进行净化处理,获得了78.1℃的大过冷度;使用DSC技术和常规金相方法分析了深过冷熔体中的晶体形核和凝固组织。实验结果表明,在熔体的强制对流条件下,适当配比的无机盐净化剂有较强的微观净化效果,并使其微观组织明显细化。在自由凝固条件下,深过冷液态金属的细化效果仅受控于形核过冷度,与其体积的大小无关。     

定向凝固Ni-44Ti-5Al-2Nb-1Mo合金的组织特征

采用液态金属冷却定向凝固方法制备了Ni-44Ti-5 Al-2 Nb-1 Mo(原子分数,％)合金,分析了加热温度为1 550℃,抽拉速率为0.3、1.2、3.0、6.0、18.0 mm/min时的定向凝固组织特征.结果表明,定向凝固没有改变合金的相组成,但改变了组成相的形态.定向凝固组织均由初生的NiTi相与晶间析出...