镍基高温合金GH4151的偏析及相析出行为

摘要：利用电子探针(EPMA)、场发射扫描电镜（SEM）及差热分析（DTA）研究了GH4151合金的元素偏析行为、铸态组织特征以及析出相种类,并对合金凝固过程进行讨论。结果表明：GH4151合金凝固过程中,W元素偏聚于枝晶干,Mo、Nb、Ti元素偏聚于枝晶间,Co、Cr、Al元素几乎不发生偏析,Nb、Ti元素偏析较重。GH4151铸锭心部为粗大的等轴晶,主要析出相包括强化相γ′相、一次碳化物、η相、（γ+γ′）共晶相以及Laves相,其中枝晶间分布的η相、（γ+γ′）共晶相和Laves相为低温脆性相在凝固末期形成,扩大了合金的凝固区间,从而导致合金热裂敏感性增加。     

熔速对电渣重熔GH4169合金凝固组织的影响

为研究熔速对GH4169合金在电渣重熔过程中凝固组织的影响,以Φ300 mm结晶器为例,在2. 5 kg/min、3 kg/min、3. 5 kg/min、4 kg/min四种熔速下进行试验,检测分析了铸锭的结晶形貌、二次枝晶间距、Laves相分布等。研究发现:随着电渣重熔速率的增加,中心部位和R/2处二次枝晶间距先减小后增大,而其边部是逐渐增大的;Laves相析出随着熔速的增加而增加;熔速≤3. 5 kg/min时,铸锭会得到较为理想的凝固组织。     

试样尺寸对一种单晶高温合金组织的影响

 通过制备两种不同尺寸单晶试样的凝固试验,研究了试样尺寸对DD3单晶高温合金组织的影响。结果表明,在相同的凝固工艺条件下,试样尺寸增大,合金的一次枝晶间距和二次枝晶间距变大,合金元素的偏析程度稍有增加,枝晶干和枝晶间的铸态γ′相尺寸稍有增大,显微疏松无明显改变,共晶的尺寸和含量增加;经相同的热处理工艺处理后,试样尺寸增大,合金枝晶干和枝晶间的γ′相尺寸稍有增大。     

浇注温度对GH625合金铸态显微组织的影响

基于Thermo-Calc热力学模拟软件、扫描电镜和能谱仪等实验手段,研究GH625合金铸态试样棒的显微组织,并对比讨论浇注温度对其显微组织的影响规律.GH625合金的铸态显微组织为发达的树枝晶,枝晶间可见δ相与M₆C型碳化物伴生析出.一次枝晶臂间距λ₁和二次枝晶臂间距λ₂均随着浇注温度的升高而增大,而枝晶偏析程度则同时受扩散时间和扩散距离两方面因素的共同作用,综合相互作用导致1420℃浇注试样里Nb元素高度偏析,为枝晶间δ相的大量析出提供有利的浓度条件.因此,在制定浇注工艺时,需要综合考虑扩散时间和扩散距离的影响程度,选取合适的浇注温度(或者冷却速率).      

铸型温度对单晶高温合金叶片凝固组织的影响

在高温度梯度真空定向凝固炉中,采用螺旋选晶法通过3种不同铸型温度分别制备了[001]取向的DD6单晶高温合金叶片,利用光学显微镜和扫描电镜观察了不同工艺条件下合金的铸态组织,研究了铸型温度对单晶高温合金凝固组织的影响。结果表明,随着铸型温度的升高,合金的一次枝晶间距和二次枝晶间距变小,合金元素的偏析程度降低,枝晶干和枝晶间的铸态γ′相尺寸减小,共晶的尺寸和含量稍有减小,显微疏松的尺寸和体积分数稍有减小。     

铝合金铸件定向凝固过程的数值模拟

为了研究铝合金定向凝固组织的变化规律,采用有限元软件ProCAST对Al Si Cu合金定向凝固过程进行模拟,分析了不同浇注温度和抽拉速率对铸件定向凝固过程中的温度梯度、固液界面前沿、糊状区宽度、枝晶生长速率和二次枝晶臂间距的影响。结果表明,当浇注温度越高时,温度梯度越大,而固液界面前沿下凹越小,糊状区宽度也越窄,从而越有利于顺序凝固的发生;随着抽拉速率的增大,枝晶生长速率先增大后减小,当抽拉速率为200 μm/s时,最大生长速度达到0.093 mm/s,铸件凝固组织最佳;当抽拉速率大于300或小于200 μm/s时,都会导致枝晶生长速率缓慢,枝晶生长不平稳,二次枝晶臂粗大。对模拟得到较优的工艺参数进行试验验证,可以制备出具有较好力学性能的铸件。     

GH3536合金电渣重熔铸锭微观组织演变行为

由于高温合金铸锭由外向内凝固的原因,铸锭不同部位的冷却条件存在差异。当铸锭尺寸增大时,铸锭内部元素偏析情况加剧并产生粗大的析出相。为合理控制GH3536合金电渣重熔(ESR)铸锭内碳化物分布,为铸锭大型化发展提供理论基础,研究了铸锭不同部位元素偏析及碳化物的演变过程。结合实际工业生产情况,在实验室条件下采取定向凝固试验和MeltFlow-ESR有限元数值模拟等方法,研究了冷却速率和碳化物形貌及二次枝晶间距之间的关系。结果表明,凝固过程中Mo、W、Cr元素的偏析是碳化物形成的重要原因;随着冷却速率的提高,二次枝晶间距与碳化物面积分数均降低,较低的冷却速率使枝晶间距增大,易于形成M₆C/M₂₃C₆复合型碳化物;其中一次枝晶间距λ₁与冷却速率R_c呈λ₁=396.78G^-0.5R_c^-0.25的正比例关系(G为凝固界面前沿的温度梯度),二次枝晶间距λ₂与冷却速率呈λ_2<...     

取向硅钢连铸过程的凝固偏析模型计算

以Clyne-Kurz方程为基础建立了取向硅钢连铸过程的微观偏析模型,研究了取向硅钢连铸凝固过程中溶质元素在液相中的偏析规律。通过比较连铸凝固过程中锰和硫实际活度积和平衡活度积的关系,确定了MnS的析出条件。结果表明:二次枝晶间距随着冷却速率的增加而减小,柱状晶区域二次枝晶间距为191.3μm,元素的分配系数越小,其偏析程度越大,并且溶质偏析程度随着固相率的增加而增大,当凝固分数达到0.997时,MnS开始析出。     

镁对GH3625合金一次碳化物析出的影响

 GH3625合金中碳的质量分数约为0.05%,由于含有较高的铌、钼和铬元素,合金中会形成 MC型、M₆C型和M₂₃C₆型碳化物,在冶炼凝固过程中由于选分结晶的原因,易产生碳化物偏聚问题。因为碳化物回溶温度偏高,在其可锻温度区间内很难消除,所以会导致合金棒材中存在碳化物条带状聚集的问题,对其服役性能影响较大。利用Thermal-calc热力学软件计算分析了GH3625合金平衡析出相及一次碳化物的析出规律,利用金相显微镜、扫描电镜等研究了镁对GH3625合金一次碳化物形貌、尺寸及分布的影响。结果表明,GH3625合金的基体为单一的奥氏体相,MC型碳化物作为一种高温析出相,直接从液相析出,其富含铌元素,其次还有少量的钛、钼等元素。而随着凝固温度的降低,铌质量分数逐渐升高;未加镁时,GH3625合金在二次枝晶间析出了大量长条状的一次碳化物,其平均直径和面积较大;加入质量分数为0.014%的镁后,镁通过改变碳化物相与基体相的比界面能关系,不仅有效地改善了合金枝晶间和晶界碳化物的分布及形貌,还减小了一次碳化物的尺寸;当镁质量分数增加到0.037%时,一次碳化物分布更加均匀弥散,此时镁细化、球化碳化物的效果最好;同时,试验合金在水冷和空冷的条件下,由于冷却速率比炉冷时更大,一次碳化物析出尺寸也相对更细小。     

电磁搅拌对GH4169合金1 t电渣锭凝固组织的影响

研究了 1 t电渣锭重熔过程未加电磁搅拌和6 Hz,50 - 200 A电磁搅拌对GH4169合金(/% ：0.04C, 0.21Si,0.05Mn,52. 85Ni,19. 8OCr,5.20Nb,3.05Mo,0.55A1,1.02Ti)凝固组织的影响。结果表明,电磁搅拌可以显 著细化合金晶粒,增大等轴晶比率,降低二次枝晶间距;但当搅拌电流N100 A时,电渣锭的共晶组织增多,降低了 电渣锭的塑性;当电流为50 A,频率为6 Hz时,等轴晶比例最高,二次枝晶间距最小,电渣锭中心位置Laves相含量 最低,合金中共晶组织最少,合金塑性最好。     

UNS N10276合金电渣重熔凝固组织及成分偏析研究

研究了UNS N10276合金大规格电渣重熔锭铸态组织、合金元素偏析行为以及合金中析出相的析出规律,并结合热力学计算系统分析了电渣重熔凝固组织及偏析的形成原因。研究结果表明,UNS N10276合金电渣锭具有典型枝晶组织,电渣锭头部的二次枝晶间距明显大于尾部。合金在凝固过程中,Mo、Mn、Si、C等元素富集于枝晶间,属于正偏析元素;Fe、W、Cr等元素富集于枝晶干,属于负偏析元素。Mo是偏析最严重的元素且在电渣锭头部偏析量最大。UNS N10276合金电渣锭中的主要析出相为枝晶间和沿晶界分布的大尺寸μ相和M6C碳化物相。Mo元素是析出相主要形成元素,且在电渣锭头部析出数量多,析出相尺寸大。因此,为改善UNS N10276合金冶金质量及其热加工性能,在成分设计和实际生产中应尽量减少Mo元素偏析,并尽可能地减少其析出相的形成。     

单晶高温合金定向凝固雀斑形成倾向液相密度差判据

提出并采用合金熔体与枝晶间液体在液相线温度的密度差值用于预测单晶雀斑形成倾向。采用高速凝固工艺（HRS）及籽晶法制备一次枝晶取向为[001]的单晶高温合金试棒，统计了不同合金的雀斑平均总长度及一次枝晶间距，测量了不同合金的凝固温度区间及枝晶间区域成分，利用JMatPro软件计算母合金成分与枝晶间区域成分随温度变化的密度值。结果表明：不同成分单晶高温合金一次枝晶间距及合金凝固区间差别较大，一次枝晶间距与凝固温度范围与雀斑形成倾向不呈现线性关系；合金熔体（成分与母合金成分相同）与枝晶间液体（成分与枝晶间区域成分相同）在液相线温度的密度差与雀斑形成倾向呈较好的线性关系，采用该液相密度差值可以预判雀斑形成倾向大小。     

冷却速率对60Cr13马氏体不锈钢微观组织影响规律

采用激光共聚焦显微镜对60Cr13马氏体不锈钢进行冷却速率为5～60℃/min的凝固试验，并使用金相显微镜对二次枝晶间距、碳化物析出形态进行观察，采用图像处理软件对共晶莱氏体的面积比进行测量。结果表明，与Thermo-Calc计算的热力学平衡状态不同，凝固过程中并未发现液相中析出铁素体相及随后铁素体相与液相形成奥氏体相的包晶反应，而是直接从液相析出奥氏体相，在奥氏体逐渐长大的同时排出富溶质液相，在凝固未期，富溶质液相发生共晶转变，形成莱氏体；二次枝晶间距与冷却速率存在y=402x^-0.58关系。另外，随冷却速率的提高，共晶莱氏体的尺寸逐渐减小，数量逐渐增加，整体面积占比逐渐减小。     

长期时效过程中GH4586合金的微观组织演变机理

系统研究了航空涡轮盘GH4586A和GH4586B合金在700～800℃长期时效时,合金微观组织的演变过程.重点研究了时效过程中沉淀强化相与奥氏体基体的稳定性,尤其是拓扑密排相(TCP相)析出行为及其与时效温度和时效时间的关系.研究表明,长期时效过程中GH4586B合金未见TCP相析出,但γ相随时效时间的延长快速粗化,导致合金室温与高温强度显著衰减.GH4586A合金的γ相长大缓慢,从而保持了稳定的抗拉强度,但在750℃、2000h以上时效时出现了μ相析出在晶界与晶内M6C二次碳化物表面形核并以半共格形式向奥氏体基体内生长,致使合金的塑性有所下降.     

DSM11合金定向凝固工艺的研究

研究了定向凝固速度对DSM11合金组织结构和性能的影响.结果表明,在获得柱状晶生长的条件下,随凝固速度提高,枝晶间距细化,合金中的γ'相、碳化物和共晶组织细而均匀;当凝固速度为11mm/min时,出现严重的枝晶分叉和不连续现象.凝固速度变化对合金高温持久性能影响显著.凝固速度为7 mm/min时,合金持久性能最高,对应枝晶间距和共晶含量的低谷,伴随着细小枝晶和均匀的显微组织.     

Re和冷却速率对Inconel718凝固的影响

日本科学家研究了2～6％Re对Inconel718合金凝固的影响。每种合金的凝固顺序是初生γ、共晶（γ＋NbC）和共晶（γ＋Ni2Nb）。添加Re增加了初生γ相的体积百分数，扩大了次生枝晶臂间距。还研究了冷却速率（1，10和100K／min）对含3．5％Re合金的凝固过程的影响。随着冷却速率的增大，初生γ和共晶相的结晶开始温度降低。     

时效处理对GH648合金析出相和力学性能的影响

通过分析GH648合金时效处理后的相组成,研究不同时效处理温度对GH648合金组织和力学性能的影响,探讨了γ',及α-Cr相对合金性能的影响.结果表明,随着时效温度的提高,α-Cr相的析出量增加,γ'相的析出量减少,大多数α-Cr相呈针状分布在晶内,而且合金的室温拉伸塑性和冲击韧性随α-Cr相析出量的增加明显降低.     

Co含量对一种新型高温合金铸态及热处理组织的影响

利用高温度梯度真空定向凝固方法,在保持其他元素不变的情况下,制备3种不同Co含量(质量分数,下同)的新型第四代镍基单晶高温合金,研究了Co含量对合金定向铸造凝固过程、热处理过程中偏析行为及显微组织演化的影响规律.研究结果表明：不同Co含量合金的初熔温度变化不大;随着Co含量的增加,合金的固、液相线温度升高,3种铸态合金中,质量分数为9%的Co合金(以下简称9%Co)的一次枝晶干与二次枝晶干间距最小,(γ+γ′)共晶组织含量最多;9%Co合金铸态组织偏析最为明显,Co含量的变化对Re和W等典型负偏析元素的偏析系数影响较大,而对Al和Ta等典型正偏析元素的偏析系数未见明显影响.合金经固溶处理后共晶回溶、枝晶偏析得以消除,二次时效处理后,随着Co含量的增加,γ′相平均尺寸及立方度的变化趋势均为先增大再略微减小.标准热处理后,Co含量对γ′相体积分数未见明显影响,且9%Co合金具有最佳的γ′相平均尺寸和立方度.     

镍基高温合金GH4706析出相的热力学计算与分析

应用Thermo-Calc热力学计算软件,模拟元素含量及热处理温度对镍基高温合金GH4706平衡相析出规律的影响。结果表明:平衡析出相的种类和析出温度范围与微观组织观测和差热分析的实验结果基本一致。MC碳化物的初始析出温度随Nb、Ti含量增加而降低,而析出量主要受C含量影响;η相初始析出温度与析出量随Ti含量增加而增大,受Nb、Fe影响较小;γ'相初始析出温度与析出量随Al含量增加而升高,受Ti、Nb含量影响较小;合金凝固过程中Nb、Ti会产生显著正偏析,Cr产生负偏析;Nb、Ti含量增加提高合金初熔点,降低合金的终熔点,使凝固温度范围变窄。     

新型铸&锻GH4198合金组织特征及偏析行为

采用真空感应+电渣重熔连续定向凝固双联工艺制备新型铸锻GH4198合金定向凝固铸锭。利用场发射扫描电镜(FESEM)、能谱(EDS)、电子探针(EPMA)研究和分析了合金的铸态组织特点、凝固偏析行为、均匀化热处理制度,并对合金凝固过程进行了讨论。结果表明:采用电渣重熔连续定向凝固技术制备的铸锭可消除常见的中心等轴晶区而呈现发达的柱状晶组织,R/2处柱状晶的轴向偏离角度小于20°。GH4198合金在凝固过程中,Al,Mo,Ti,Nb和Ta等元素主要在枝晶间偏析;W,Cr和Co等元素主要偏析在枝晶干;铸锭边部元素偏析系数更低,心部和二分之一半径处(R/2)的元素偏析系数相当。铸态合金中主要析出相为γ′相,一次碳化物,共晶相及其凝固前沿的η相、硼化物相和富锆相。经过均匀化热处理后共晶相、η相、硼化物和锆化物相可彻底回溶至基体,采用最高台阶温度为1195℃保温12 h的均匀化热处理制度后各元素扩散充分。