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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

热等静压后炉冷对K488合金显微组织和力学性能的影响

采用热等静压及不同的热处理工艺对铸造高温合金K488进行了处理,研究了不同工艺方法对合金微观组织、高温拉伸性能和持久性能的影响。结果表明:与铸态合金相比较,经过1180℃/150MPa/4h热等静压并炉冷后,枝晶干区γ'相形态不规则,数量减少,枝晶间区γ-γ'共晶体仍然存在,900℃拉伸和持久性能降低。热等静压试样再经过标准热处理(1170℃/4.5h固溶 1050℃/4.5h时效 850℃/16 h时效)后,枝晶杆区γ'相的形态从不规则形态恢复到近立方状,分布也变得更均匀,枝晶间区γ/γ'共晶体完全消失,使900℃拉伸和持久性能得到提高并超过铸态合金的。不同工艺状态中,标准热处理试样的枝晶杆区γ'相尺寸最细、分布最均匀,力学性能最高。     

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.     

不同冷速作用下K424镍基高温合金相变及组织形成规律

使用差示扫描量热仪,研究了不同冷却速率作用下K424镍基高温合金的相变过程。使用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱分析仪(EDS)对K424合金二次枝晶间距及成分偏析随冷速的变化规律进行了分析。结果表明,提高冷却速率使合金二次枝晶间距及碳化物的尺寸减小。枝晶组织的细化及相变速率的加快,导致空间上残余液相的分散分布及时间上初生相的不充分生长,从而减弱了枝晶间Ti,Nb等正偏析元素的富集,降低了碳化物的析出温度及转变程度,甚至可抑制其二次析出。     

热处理制度对 K465 合金组织和性能的影响

研究了两种热处理工艺对K465铸造高温合金组织和力学性能的影响,并与原叶片合金进行了对比分析。采用普通工艺和热等静压工艺制造K465合金,利用光学显微镜和扫描电镜观察合金的显微组织形貌,测试了拉伸性能和持久性能。结果表明,与原叶片相比,K465铸造高温合金叶片的组织特点是,晶粒度较小、枝晶组织偏大、γ'相尺寸较大。热等静压工艺可消除K465合金中的铸造疏松,普通工艺叶片的疏松分布较密集。与普通工艺相比,热等静压工艺使合金中γ'相尺寸明显减小,枝晶组织致密化,拉伸性能和持久性能有所提高。K465合金中少量的疏松、致密的枝晶组织、规则的枝晶排列、较小的γ'相尺寸可能是决定叶片良好振动疲劳性能的关键因素。     

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.     

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。     

大间隙钎焊用混合粉状高温镍基钎料的润湿性和显微组织

用一种含Al,Ti元素的镍基钎料粉末与γ’相沉淀强化型镍基高温合金FGH95的粉末混合,制备了大间隙钎焊用混合粉状高温镍基钎料。实验表明,采用合适的混合比例,混合粉状钎料对1Cr18Ni9Ti不锈钢具有较好的润湿铺展性。该混合钎料所获得的钎缝金属的合金化效应显著,Al+Ti合金元素的最大含量达到了5.49%。焊态钎缝中,除Nb,W等个别元素外,其他主要强化元素无明显偏析,且经1180℃/4h扩散处理可消除合金元素的偏析。钎缝金属的组织状态较为均匀,基体为等轴γ固溶体枝晶,枝晶间分布有颗粒状、短条状的化合物相以及少量的γ+γ’共晶组织。另外,在γ固溶体中分布着大量弥散细小γ’沉淀强化相。     

浇注温度对K4169高温合金晶粒组织影响的计算机模拟

利用Fortran语言编程,采用有限差分法分别解用热焓法处理结晶潜热的圆柱坐标系一维不稳定热传导方程,模拟了K4169高温合金圆柱锭某一横截面凝固过程中温度的变化,它正确地反映了在不同铸造工艺条件下合金铸件横截面上温度的变化规律。通过固相分数,将合金铸件凝固温度场模拟及其连续形核模型、枝晶尖端生长的动力学模型相耦合,计算了不同浇注温度下K4169高温合金圆柱锭凝固过程中晶粒组织的特征值,包括晶粒密度和平均晶粒尺寸,并参考二维CellularAutomaton方法,实现了在计算机屏幕上晶粒形成的动态显示,模拟结果和实验结果吻合较好。     

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.     

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。     

凝固速度对单晶高温合金凝固组织与溶质再分配的影响

本文系统地研究了凝固速度对一种新研制的抗热腐蚀镍基单晶高温合金凝固组织与溶质再分配的影响。结果表明,随着凝固速度的增加,枝晶间距显著降低,显微疏松大大减少,溶质元素偏析程度明显减轻,γ/γ′共晶尺寸减小,共晶形态从几乎全由粗大初生γ′团块组成的大板团或长条板状逐渐向内部组织极其精细均匀的层片状或筛网状转化。最后指出,要获得枝晶细小、组织致密、元素偏析小且易于均匀化的单晶高温合金凝固组织,应尽可能加快凝固速度。     

固溶处理GH4169合金的高温变形行韦

 对GH4169合金进行了固溶温度为1 233,1 253,1 273,1 293 K,保温时间为30~60 min的固溶处理试验,得到了GH4169合金中δ相形貌由针状向短棒状和颗粒状转变,数量逐渐减少直至消失的演变规律。将固溶处理后的GH4169合金通过热模拟压缩实验,研究变形工艺参数和固溶处理对GH4169合金高温变形行为的影响。热模拟压缩实验时选取的变形温度为1 123~1 288 K,应变速率为0.1~10.0 s^-1,变形程度为60%。结果表明：流动应力随变形温度的降低和应变速率的提高而迅速增大,δ相不仅使流动应力降低,而且对动态再结晶过程产生强烈的促进作用;利用多元回归分析方法建立的流动应力模型的计算值与实验值的误差小于10%,较好地描述了固溶处理GH4169合金在高温变形过程中的塑性流动行为。     

固溶处理GH4169合金的高温变形行为

对GH4169合金进行了固溶温度为1233,1253,1273,1293K,保温时间为30～60min的固溶处理试验,得到了GH4169合金中δ相形貌由针状向短棒状和颗粒状转变,数量逐渐减少直至消失的演变规律。将固溶处理后的GH4169合金通过热模拟压缩实验,研究变形工艺参数和固溶处理对GH4169合金高温变形行为的影响。热模拟压缩实验时选取的变形温度为1123～1288K,应变速率为0.1～10.0s-1,变形程度为60%。结果表明:流动应力随变形温度的降低和应变速率的提高而迅速增大,δ相不仅使流动应力降低,而且对动态再结晶过程产生强烈的促进作用;利用多元回归分析方法建立的流动应力模型的计算值与实验值的误差小于10%,较好地描述了固溶处理GH4169合金在高温变形过程中的塑性流动行为。     

一级时效对DD3单晶高温合金蠕变性能的作用

根据DD3合金的热分析和相分析结果,设计了以增大.γ'平均尺寸、改善γ'尺寸分布和提高析出相含量为目的的时效和固溶处理制度,进行了提高DD3单晶高温合金蠕变性能的热处理工艺研究.结果表明,增加一级高温时效处理可使γ'相尺寸明显增大;高温时效温度高于1080℃时,γ'相过分长大;1060℃/4h时效处理后,γ'相组织最优;配合在1265℃/4h的固溶处理,γ'相含量得到提高的同时,合金蠕变、拉伸性能优异.组织与性能研究证明,加入一级高温时效处理的新工艺可使DD3合金组织得到明显优化,760～1038℃范围内的蠕变性能获得显著提高.根据该结果,新的热处理工艺确定为:1265℃/4h,AC+1060℃/4h,Ac+870℃/32h.     

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.