Ru对镍基单晶热暴露组织演变及持久性能的影响

对比研究了不含Ru的USTB-F7及添加2.5 wt％ Ru的USTB-F8两种镍基单晶高温合金的组织稳定性和持久性能.标准热处理与1100℃长期热暴露组织研究表明:合金USTB-F7中γ′相形貌介于球形和立方形之间,属中间态形貌;热暴露2000 h后,其形貌仍保持稳定,仅发生粗化而未发生筏排化.Ru的添加使Re元素在γ/γ′中的分配比增大,提高了合金USTB-F8的γ/γ′点阵错配度和γ'相的立方度,从而加速了长期热暴露过程中的筏排化进程,经2000 h热暴露发生了明显的筏排化现象.同时,合金USTB-F7热暴露700 h后在枝晶干处析出了富集Re、W和Cr元素的TCP相,Ru的加入有效地抑制了TCP相的析出,合金USTB-F8直至2000 h仍未析出TCP相.1100℃/140MPa持久性能测试表明,Ru显著提高合金的持久寿命,这与Ru增加合金中的y相体积分数和γ/γ′点阵错配度,促进筏排组织的形成,并减小时效组织中的γ通道宽度有关.     

一种单晶高温合金的持久断裂行为

研究了一种单晶高温合金在不同试验温度和加载应力下的持久性能、失效机制和组织演变特征。结果表明:合金标准热处理后获得立方化较好的γ'相组织,在不同试验条件下都具有良好的持久性能。在相同加载应力下,随着试验温度升高,合金的持久寿命降低。760℃/800 MPa条件下的持久断裂为类解理断裂,980℃/250 MPa、1070℃/140 MPa、1100℃/140 MPa和1120℃/140 MPa的持久断裂为韧窝断裂,而850℃/550 MPa下的持久断裂为混合断裂机制。在760℃/800 MPa下持久断裂后,γ'相形状不变,但γ相通道沿垂直应力方向变大,沿平行应力方向变小。其它持久条件下都形成了筏排结构,随着温度的增加其厚度变大。在760℃/800 MPa、850℃/550 MPa和980℃/250 MPa条件下,没有发现析出TCP相,而在1070℃/140 MPa、1100℃/140 MPa和1120℃/140 MPa条件下,有少量针状的TCP相沿一定方向析出,主要含有Re、W、Mo等元素。     

Effect of Aging Time at High Temperature on Microstructural Evolution Behavior of a Nickel-Based Single Crystal Superalloy

研究了高温时效对一种镍基单晶高温合金组织演变行为的影响。使合金在980, 1050, 1100 ℃,进行20, 50, 100 h的短期时效及在1100 ℃下进行200~800 h的长期时效,采用扫描电子显微镜进行组织形貌的观察、电子探针显微分析仪分析TCP相的成分,并对时效后的试样进行硬度测试。试验结果表明：在短期时效时,γ'相的粗化符合扩散控制理论的长大规律,即r3与t成正比,可求得不同温度的粗化长大系数;在长期时效下,1100 ℃时效400 h后,筏排状的γ'相形成且有TCP相析出,TCP相中富含Re和W元素;此外,在1050 ℃时效50 h及在1100 ℃时效20和100 h后,合金中也有TCP相的析出;硬度结果显示,不同时效条件的试样硬度值没有明显变化     

980℃长期时效对DD5镍基单晶高温合金组织与性能的影响

研究了二代单晶高温合金DD5在980℃无载荷时效处理后的组织及性能变化。结果表明:DD5合金980℃时效后组织基本稳定,5000 h时效后未发现TCP相的析出。980℃时效中,150 h时效后γ'相呈规则立方状并未发生明显长大,平均尺寸达到约0.5μm,1000 h时,γ'相基本呈立方形态分布,但平均尺寸约1μm,2500 h时γ'相粗化明显,5000 h时基本形成筏状组织。时效后,初生碳化物发生分解并有次生碳化物析出,包括点棒状MC(1),块状富Hf的MC(2),细小质点状M23C6。870℃抗拉强度值随时效时间延长逐渐下降,1000 h后下降5.5%,而5000 h后下降9.8%。持久寿命随时效时间延长呈逐渐递减趋势:980℃/207 MPa的持久寿命,1000 h后下降19%,5000 h后下降了43%;1070℃/140 MPa的持久寿命1000 h后下降38%,5000 h后下降了52%;1093℃/158 MPa的持久寿命1000 h后下降31%,5000 h后下降了52%。     

高温时效对镍基单晶高温合金的组织演化行为的影响（英文）

研究了高温时效对一种镍基单晶高温合金组织演变行为的影响。使合金在980,1050,1100℃,进行20,50,100 h的短期时效及在1100℃下进行200~800 h的长期时效,采用扫描电子显微镜进行组织形貌的观察、电子探针显微分析仪分析TCP相的成分,并对时效后的试样进行硬度测试。试验结果表明:在短期时效时,γ'相的粗化符合扩散控制理论的长大规律,即r3与t成正比,可求得不同温度的粗化长大系数;在长期时效下,1100℃时效400 h后,筏排状的γ'相形成且有TCP相析出,TCP相中富含Re和W元素;此外,在1050℃时效50 h及在1100℃时效20和100 h后,合金中也有TCP相的析出;硬度结果显示,不同时效条件的试样硬度值没有明显变化。     

一次时效温度对单晶高温合金组织和持久性能的影响

在真空定向凝固炉中采用螺旋选晶法制备了一种镍基单晶高温合金,固溶处理后分别采用1080、1120、1160和1200℃不同的温度进行一次时效,然后在相同工艺下进行二次时效,研究一次时效温度对合金组织和1100℃/140 MPa条件下持久性能的影响。研究表明,随一次时效温度升高,γ'相的尺寸增大,体积分数先增加后减少,在较高温度时效后γ基体通道中有细小的二次γ'相析出,立方化程度先增加后因在1200℃下时效后有部分γ'/γ相界面变为锯齿状而降低。随着一次时效温度提高,合金的持久寿命先增加后降低,在1200℃下时效后持久寿命最低。在1080、1120和1160℃时效后,γ'相在持久过程中形成了完善细密的筏排组织,而在1200℃时效后,γ'相在持久过程中形成了非常不规则的粗化组织。合金在1120℃进行一次时效,合金的组织和持久性能最佳。     

长期时效对一种镍基单晶高温合金组织演化及持久性能的影响

研究了长期时效对一种镍基单晶高温合金显微组织及持久性能的影响。结果表明:800℃时效1000h后,γ′相仍保持立方体形态;980℃时效1000h、1010℃时效500h后,γ′相逐渐连接形筏。980℃时效500h、1010℃时效100h后,μ相以针状和颗粒状形态逐渐析出,980℃时随时效时间延长,μ相逐渐增加,1010℃时随时效时间延长,μ相先增加后减少。800℃长期时效后合金的持久寿命变化不大,980,1010℃时随时效温度升高和时效时间延长,合金的持久寿命递减。     

Ru对镍基单晶高温合金高温持久性能的影响(英文)

在真空定向炉中浇注了具有[001]方向的不含Ru和含Ru两个单晶高温合金,其它合金元素的含量基本相同,研究Ru对单晶高温合金在(980℃,250 MPa),(1100℃,140 MPa)和(1120℃,140 MPa)条件下持久性能的影响。结果表明,加入Ru能提高单晶高温合金的高温持久性能,提高作用随着温度的升高而降低。在断裂后的两种合金试样中都观察到γ′相定向粗化和筏排化,并且在(1100℃,140 MPa)和(1120℃,140 MPa)条件试样中有针状的TCP相析出,而在(980 ℃,250 MPa)条件试样中无TCP相析出。加入Ru减少了TCP相的析出数量。最后,讨论了加入Ru带来的合金组织变化进而提高合金持久性能的原因。     

Mo对镍基单晶高温合金组织及持久性能的影响

通过在不含Mo的基础合金USTB-F7中添加1.5%(质量分数)Mo,形成合金USTB-F9,研究Mo对镍基单晶高温合金组织稳定性和持久寿命的影响。1 100℃时效与热处理组织的研究分析表明:合金USTB-F7中γ′相形貌介于球形和立方形之间,属中间态形貌;经长期热处理2 000 h后,其形貌保持稳定,仅发生粗化而未产生筏排现象。Mo的添加使γ相中Re、Mo和Cr等元素含量增加,提高了合金USTB-F9的γ/γ′点阵错配度和γ′相的立方度,从而加速长期热处理过程中的筏排化进程,仅200 h就发生明显的筏排现象。同时,Mo强烈促进富含Re、Mo、W和Cr等元素的P相和σ相的析出,使析出时间由合金USTB-F7的700 h提前到合金USTB-F9的100 h。在1 100℃和140 MPa下的持久性能测试表明,尽管Mo的添加提高了γ′相的体积分数和错配度,并促进筏排组织的形成,有利于合金持久性能的提高;但由于Mo促进TCP相的大量析出,从而使合金的持久寿命降低。     

含Ru镍基单晶高温合金显微组织和持久性能研究

采用扫描电子显微镜、电子探针和持久性能测试等手段,研究了一种含Ru镍基单晶高温合金的显微组织、偏析行为和持久性能。结果表明,铸态下,Re、W和Ta、Al分别强烈偏析于枝晶干和枝晶间,而Ru及其他元素分布趋于均匀。标准热处理后,合金枝晶干处的γ′相均呈立方状,体积分数和尺寸为63%和0.48μm。合金在980℃/250 MPa、1 100℃/140 MPa和1 120℃/135 MPa条件下的持久寿命分别是364 h、125 h、78 h。长期热处理后,γ′相发生长大粗化,至500 h,发生筏排,但未析出TCP相,表明合金具有较好的组织稳定性;至300 h,合金在1 120℃/135 MPa条件下的持久寿命降至56 h。     

Cr含量对单晶高温合金显微组织和力学性能的影响（英文）

在真空定向凝固炉中制备Cr含量分别为2%和4%(质量分数)的两种单晶高温合金,保持其他合金元素含量不变,研究Cr含量对单晶高温合金组织、相稳定性、1100°C拉伸性能和1070°C、160 MPa条件下持久性能的影响。结果表明,随着Cr含量的增加,合金中γ′相尺寸减小,其均匀化和立方化程度稍有增加。经1100°C长期时效处理后,两种合金的γ′相都发生了粗化和筏排化,且筏排化速率随着Cr含量的增加而增加。两种合金中都有针状TCP相析出,并沿固定的方向生长,且TCP相的析出速率和析出量随着Cr含量的增加而增加。随着Cr含量的增加,合金的高温拉伸性能提高,而持久性能降低。Cr含量的增加提高了TCP相形成元素Re、W和Mo在γ基体中的过饱和程度,因而Cr含量的增加降低了合金的高温组织稳定性。     

GH4033合金短时超温后的显微组织损伤及力学性能

对已服役的航空发动机用GH4033合金二级涡轮叶片榫头部位进行900~1100℃短时超温3 min热处理,之后再进行组织表征和力学性能测试,研究了短时超温过程中合金的组织损伤及其对室温硬度和700℃,430 MPa下持久寿命的影响规律.结果表明,GH4033合金中γ'相颗粒在短时超温过程中发生粗化和回溶现象,当温度达到980℃及以上时,保温3 min后γ'相完全回溶;随着超温温度的升高,晶界碳化物逐渐溶解,1100℃时完全溶解,并造成晶粒开始长大.短时超温后叶片合金的室温硬度随着γ'相的回溶急剧下降,当γ'相完全回溶时室温硬度降低至170 HV左右.合金在700℃,430 MPa下持久寿命随着短时超温温度的升高呈现先增大后急剧降低的规律,其主要受γ'相的回溶与再析出以及晶界碳化物回溶的影响.     

K403镍基合金热暴露下的组织稳定性研究

采用拉伸试验、扫描电镜、透射电镜等试验分析手段研究了K403镍基铸造高温合金在温度为800~950℃、时间为50~200 h热暴露后组织稳定性与性能的变化。结果表明:随着热暴露温度的提高,γ’相聚集长大、边角发生钝化,γ’相形貌由方形向圆形或近圆形转变,部分γ’相发生定向排列连接粗化的现象越显著;合金仅在850和900℃热暴露条件下有少量有害的针状TCP脆性相(σ相)析出;随着热暴露温度的升高,合金抗拉强度下降幅度增大,延伸率呈上升趋势。其主要原因是由于γ’相的粗化聚集和TCP相的析出。     

Ni_3Al基单晶合金IC21的微观组织及力学性能

针对高压涡轮导向叶片服役性能需求特点研发了一种低密度、低成本、高强度Ni3Al基单晶合金IC21.该合金的Re含量不大于1.5%,密度小于8.0 g/cm3.金相法测得合金的初熔温度约为1345℃.经过标准热处理后,IC21合金中γ'相分布均匀,体积分数为80%左右,尺寸约为420 nm,具有较高的γ'相立方化程度和排列有序度.IC21单晶合金在1100℃下抗拉强度为490 MPa,屈服强度为470 MPa,在1100℃,140 MPa条件下的持久寿命可达170.5 h,1150℃,100 MPa条件下的持久寿命可达110.0 h.IC21单晶合金具有良好的高温组织稳定性和较好的抗高温氧化性,1080℃长期热暴露后,没有拓扑密堆相析出,在1100和1150℃大气中100 h的氧化动力学曲线遵循抛物线规律,氧化增重速率分别为0.015和0.045 mg/(cm2·h).组织结构分析表明,该单晶合金的高温强度主要来源于高的γ'相含量、高的合金错配度和致密的界面位错网结构.γ'     

Re含量对DD15单晶高温合金显微组织和持久性能的影响

在定向凝固炉中制备了3种不同Re含量（5%,6%,7%,质量分数）、其它合金元素相同的第4代单晶高温合金DD15,将其完全热处理后在1100℃长期时效1000 h,在1100℃/137 MPa条件下测试合金的持久性能。研究了Re含量对DD15单晶高温合金组织稳定性和持久性能的影响。结果表明,随着Re含量增加,γ′相尺寸减小,其体积分数和立方化程度稍有增加,长期时效时γ′相粗化、筏排化速率和TCP相析出量增加,合金的组织稳定性降低。合金的持久性能随着Re含量增加而显著降低。3种断裂试样中均发现了TCP相,其含量随着Re含量增加而增多,这是合金持久性能随Re含量增加而降低的主要原因。γ/γ′相界面位错网密度随着Re含量增加而增加。Re元素在γ基体中有强烈的偏析倾向,分配比随Re含量增加而显著升高。随着Re含量增加,合金的晶格错配度向负方向增加。     

高温时效时间对定向凝固DZ951镍基高温合金组织和持久性能的影响

采用光学显微镜和扫描电子显微镜研究了高温时效时间对DZ951合金组织及其持久性能的影响。结果表明,合金在1130℃高温时效时,碳化物由铸态时的骨架状变成块状,呈不连续状分布在晶界。随着保温时间的延长,γ′立方度降低,尺寸增加。保温6h时,γ′粗化形筏。合金在1130℃高温时效时,由于γ′部分固溶,并在随后的冷却过程中析出细小球形γ′相,随着保温时间的增加,细小γ′相的体积分数增多。DZ951合金在1100℃,60MPa的持久寿命随保温时间增加而降低,延伸率增加。γ′粗化形筏对合金持久寿命是不利的。     

长期时效对两种低Re镍基单晶高温合金显微组织和持久性能的影响

采用扫描电镜和蠕变试验机研究了长期时效对两种低Re镍基单晶高温合金(1.0Re和1.5Re合金)显微组织和持久性能的影响。结果表明：在980℃/1000 h的长期时效处理过程中，合金的γ′相发生粗化和连接，1.0Re合金粗化速率略大于1.5Re合金。980℃长期时效过程中两种合金均未析出TCP相，均表现出较好的组织稳定性。持久性能测试表明：200 h长期时效后1.0Re和1.5Re合金在1038℃/172 MPa的持久寿命较热处理态分别提高了16.8%和13.3%;随着长期时效时间的延长，持久寿命略有下降，长期时效1000 h后，1.0Re和1.5Re合金的持久寿命较热处理态分别下降了15.8%和14.9%。3种状态下两种合金持久寿命均相近，说明用0.5%W代替0.5%Re后起到相同的强化效果。     

一种试验第3代单晶高温合金1100℃长期时效组织演化（英文）

通过1100℃长期时效100~800 h,研究了一种试验第3代单晶高温合金组织演化规律。结果表明:随着时效时间的增加,枝晶干γ′相逐渐变得粗大和不规则;而枝晶间γ′相形貌则随着时效时间的延长呈规则立方、合并长大、筏排化规律演化。枝晶干与枝晶间这种不同的γ′相演化规律主要由合金元素的偏析造成。时效300 h后,枝晶干析出了少量的针状TCP相,随着时效时间增加,枝晶干处TCP相析出量增加;枝晶间直到800 h仍未发现TCP相析出;TEM和EDX分析表明析出相为σ相,富含Re、W元素。     

定向凝固高温合金组织演变对持久性能的影响

对比研究了定向凝固高温合金GTD111以及自主设计合金WZ-D2的铸态、热处理态和经980℃/190 MPa持久拉伸后的γ'相、碳化物以及拓普密排(TCP)有害相析出的特征演变及其对持久性能的影响。结果表明:WZ-D2的铸态共晶尺寸和数量均显著小于GTD111;热处理态WZ-D2的γ'相面积分数明显高于GTD111,且立方度略高于后者。GTD111中碳化物的形貌多呈现汉字型,且更易分解。在900℃以上温度,GTD111的持久寿命远小于WZ-D2,这与2种合金中共晶相数量和尺寸、碳化物的分解、γ'相的演化密切相关。     

一种镍基单晶高温合金长期时效后γ'相的粗化动力学

研究了第二代镍基单晶高温合金DD5在870～980℃时效150～2000 h后γ′相的粗化动力学。结果表明:长期时效后DD5合金γ′相的形貌和尺寸取决于时效温度和时效时间,可用形貌稳定因子来表征;在870～980℃时效温度下,枝晶中γ′析出相发生粗化,γ′析出相的平均尺寸随时效时间和温度的增加而增大;动力学计算结果表明DD5合金在长期时效后,γ′相的粗化长大受合金元素扩散的控制,γ′析出相依然保持规则立方状,具有较好的组织稳定性。