单晶高温合金中的碳化物演化及其作用的研究

研究了一种含微量(0.015%)碳的镍基单晶高温合金在热处理和持久过程中的碳化物演化机制以及各种碳化物对合金持久性能的影响.研究结果表明:含有少量碳的合金在枝晶间区域形成少量的MC碳化物;部分MC碳化物在合金热处理和持久试验过程中发生了由MC向M6C的碳化物转变;在较高温度的持久实验过程中,有立方形的二次M6C碳化物析出,在较低温度下,有二次M23C6碳化物共格析出,两者都起到阻碍位错运动的作用.与基体合金相比,含微量碳的单晶高温合金的持久性能较高.     

热处理温度对Co-Cr-W合金微观组织和力学性能的影响

采用粉末冶金法制备Co-Cr-W合金,利用SEM、EPMA等研究热处理温度对合金微观组织和性能的影响。结果表明:Co-Cr-W合金在1100℃×4 h/炉冷条件下进行热处理,合金的相组成与未热处理前相同,基体由γ-Co和ε-Co双相构成,合金中的碳化物增强相为富W的M6C和富Cr的M23C6型碳化物;在1150～1250℃热处理4 h,合金基体为γ-Co单相构成,增强相为M6C和M23C6型碳化物;在1100～1200℃范围内,随着热处理温度升高,块状M6C型碳化物和颗粒状M23C6型碳化物长大,ε-Co相减少并消失,合金的致密度提高,抗拉强度增加,但当热处理温度超过1200℃,合金的性能无明显变化;在1200℃×4 h/炉冷条件下进行热处理,合金的性能最佳,硬度为63.5HRC,抗拉强度为408 MPa。     

GH230合金长期时效组织稳定性研究

GH230合金在不同温度长期时效过程中发生的组织演变有:初生M6C碳化物的退化和晶界二次M23C6碳化物的析出和晶界迁移.其中,部分晶界碳化物呈胞状析出,这种胞状形态是一种亚稳态,随着时效温度升高或时间延长,胞状形态将向颗粒状转变.此外,在有应力作用下,胞状碳化物析出数量明显减少.在800℃/1000h时效条件下,合金...     

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。     

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.     

Ni3Al基IC6返回料合金的显微组织与力学性能

利用带能谱的扫描电镜（SEM／EDS）和透射电镜（TEM）等分析手段研究了返回料添加比例对Ni3Al基合金IC6成分，显微组织及力学性能的影响。结果表明，返回料的加入对合金中主量元素的成分没有明显影响，但C，N含量随返回料加入比例增加而升高；除了在枝晶间析出了一些M6C碳化物颗粒外，IC6返回料合金的显微组织与新料合金没有明显差别；返回料的加入对IC6合金的室温拉伸性能几乎没有影响，高温持久性能略有下降，冷热疲劳性能明显恶化。建议在实际生产中返回料添加比例不超过50％。     

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.     

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.     

9Cr13Mo3Co3Nb2V马氏体不锈钢微观组织研究

对不同热处理状态下的微观组织结构进行了研究.采用物理化学相分析技术研究了9Cr13Mo3Co3Nb2V退火、淬火以及最终热处理制度下析出相的类型、含量及组成结构式.并用X射线小角散射(SAXS)(small angle x-ray scatter)分析了不同热处理制度下析出相在不同粒度间隔中的质量分布.结果表明:①9Cr13Mo3Co3Nb2V钢退火状态的组织为珠光体 碳化物(M23C6,MC和M6C),淬火状态组织为马氏体 碳化物(M23C6和MC),最终热处理状态的组织为回火马氏体 碳化物(M23 C6,MC和M3C);②小颗粒(≤300nm)碳化物析出相粒度分析表明,9Cr13Mo3Co3Nb2V钢退火、淬火状态析出相平均粒度相差不大,粗大颗粒较多,而最终热处理状态的析出相平均粒度明显减小,且细小颗粒比例较大.     

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。     

一种航空发动机密封用镍基合金组织稳定性的实验研究及理论计算

采用显微组织观察和图像分析等方法,结合动力学理论计算,研究了一种航空发动机密封用16Cr-4.5Al镍基高温合金在700℃、750℃下长期时效的组织演化规律。结果表明,试验温度下合金的晶界碳化物具有较好的稳定性,利用DICTRA扩散动力学软件可以较准确地模拟计算出碳化物在不同温度长期时效中的尺寸变化规律。计算结果发现合金晶粒尺寸越大,碳含量越高,晶界碳化物长大越快。合金基体中弥散分布的γ′相在长期时效过程中按Ostwald熟化理论长大速度发生粗化,并会造成硬度明显下降。     

定向凝固钴基高温合金DZ40M的热处理研究

研究了热处理对新研制的定向凝固钴基高温合金DZ40M组织和性能的影响。结果表明 :12 80℃ / 4h固溶处理可完全溶解DZ40M合金中初生碳化物M7C3 和MC ,合金成为单相固溶体。95 0℃和 10 5 0℃时效处理可使DZ40M合金发生硬化 ,以 95 0℃时效硬化效果更为明显 ,相应的峰时效制度为 95 0℃ / 12h和 10 5 0℃ / 2 4h。时效处理引起M2 3 C6沉淀析出。 95 0℃ / 12h时效显著提高DZ40M合金室温强度和高温持久寿命 ,同时也减少了合金塑性 ,但合金仍保持一定的塑性。 10 5 0℃ / 2 4h虽然能增加室温拉伸性能 ,但削弱了高温持久性能     

FGH95粉末高温合金应力时效的组织和相分析

 FGH95合金用于制造飞机发动机涡轮盘。曾有人对该合金长期时效的组织变化进行过研究,考虑到涡轮盘受温度和应力的双重作用,研究该合金长期应力时效过程中的相变规律和组织稳定性更有实际意义。     

FGH95粉末镍基合金热处理后的微观组织与蠕变性能

通过进行蠕变曲线测定和组织形貌观察,研究了FGH95粉末镍基合金的微观组织结构与蠕变行为。结果表明：合金经高温固溶、盐浴冷却处理后,组织结构是由细小的γ’相弥散分布在γ基体所组成,其细小（Nb,Ti）C碳化物在晶内及沿晶界不连续析出。在试验的温度和施加应力范围内,合金表现出明显的施加温度敏感性,并测算出合金在稳态蠕变期间的蠕变激活能和应力指数分别为Q=542．07kJ／mol和n=14．8。合金在蠕变期间的变形特征是孪晶和位错在晶内发生双取向滑移,其切入γ’相内的〈110〉超位错可分解形成（1／3）〈112〉超肖克莱不全位错＋层错的位错组态,发生孪晶变形的孪晶面为（111）晶面。晶界及沿晶界不连续析出的细小（Nb,Ti）C型碳化物可有效阻碍位错运动,是使合金具有较高抗蠕变能力的主要原因。     

GH4169合金自然萌生小裂纹扩展行为的试验研究

为了研究镍基GH4169高温合金自然萌生小裂纹的扩展行为,采用单边缺口拉伸(SENT)试样进行了室温下应力比R=0.1,0.5的小裂纹扩展试验。在长裂纹近门槛值区域,观察到明显的小裂纹效应,疲劳小裂纹扩展寿命占全寿命的大部分。利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对试样断口表面进行微观分析,结果表明,疲劳小裂纹起始于合金中的夹杂(Ti(C,N)或Nb(C,N)),并且倾向于以半圆形向试样内部扩展。试样的断裂模式存在由晶体学小平面断裂向疲劳条带断裂的转变,该断裂模式转变处对应小裂纹扩展速率曲线上裂纹加速扩展前的急速降低点。     

Thermal Fatigue Behavior of Ni_3Al Based Superalloy IC6E

The thermal fatigue behavior of Ni3Al based superalloy IC6E during the cycles between 900 ℃/1 000 ℃ and the room tempera-ture was investigated. The experimental results indicate that the primary and secondary thermal fatigue cracks initiate inside or round the borides and then spread away along grain boundaries and/or in interdendritic areas. The fracture of borides and their separation from the matrix at interfaces are mainly responsible for the crack initiation and its spreading. At temperatures higher than 1 000 ℃, the grain boundary oxidation combined with cyclic stresses accelerates the crack growth.     

粉末高温合金FGH96原始颗粒边界及高温原位高周疲劳研究

利用扫描电镜原位观察的方法研究了粉末高温合金FGH96中不同级别的原始颗粒边界(PPB)在550℃下对合金高周疲劳力学行为的影响。结果表明:采用等离子旋转电极(PREP)制粉+热等静压(HIP)工艺制备的FGH96合金中PPB主要由大尺寸γ'相和碳化物组成;不同级别的PPB对高周疲劳裂纹萌生和扩展均无显著影响,裂纹萌生于晶粒内部,裂纹扩展受晶界与应力轴角度影响,穿晶或沿晶扩展;在裂纹快速扩展区和瞬断区,PPB级别严重的FGH96合金断口呈现穿晶和沿PPB断裂的形貌。     

高温合金与钛合金的激光快速成形工艺研究

对Rene95高温合金及TC4钛合金的激光快速成形工艺进行了较为深入的研究.研究结果发现,和Rene95高温合金相比,激光快速成形TC4钛合金的工艺条件较为苛刻,表现在粉末粒度范围狭窄,要求更高的激光功率密度,成形过程中熔覆组织易于被保护气氛中的O,N,H等杂质元素污染.但是,另一方面,工艺参数选择适当时TC4钛合金在成形过程中不易开裂,因而大尺寸、复杂形状零件的激光快速成形较易实现.