镍基高温合金GH4738的凝固偏析和碳化物析出行为

高温合金铸锭凝固过程内部各区域散热条件不同,冷却速率存在明显差异。采用差示扫描量热分析(DSC)、高温共聚焦显微镜(HT-CLSM)原位观察和定向凝固(DS)的方法,研究了宽冷速范围下GH4738合金的凝固偏析和碳化物析出行为。结果表明, GH4738合金的凝固顺序为L→γ+L,L→γ+L+MC,L→γ+MC+η+(γ+γ′),其中MC型碳化物、η相和(γ+γ′)共晶相为合金凝固过程中的主要偏析产物;Ti、Mo元素是合金的主要枝晶间偏析元素;提高冷却速率能有效降低凝固前沿残余液相中的溶质富集程度;铸态组织中的的碳化物主要为富Ti的MC型碳化物(TiC、Ti(N)C)和以TiN或Al₂O₃为核心的MC型复合碳化物(Al₂O₃-TiC、TiN-TiC);随着冷却速率降低,碳化物平均尺寸增大,体积分数减小,形貌由小块状向长条状、汉字状和大块状演变。     

Re对耐腐蚀镍基定向高温合金组织及持久寿命的影响

优化设计了4种不同Re含量的耐腐蚀定向镍基高温合金,含Re分别为0%,1%,2%和3%(质量分数)。对比了不同Re含量合金的铸态枝晶、γ’相形貌及持久性能试样的断口筏排化组织,测试了不同Re含量合金热处理态的980℃/200 MPa持久寿命,研究了Re对耐腐蚀镍基定向合金组织及持久寿命的影响。研究表明:随着Re含量的增加,合金的一次枝晶间距减小;γ’相尺寸减小,立方化程度增加;蠕变试样的筏排组织更加细化、完善与稳定,因此,合金持久寿命提高。     

K445高温合金的微观组织特征研究

研究了K445高温合金微观组织特征.结果表明,K445铸态合金的主要组织为γ基体、粗大的γ'相、花辩状的γ+γ'共晶组织以及晶界上和晶内的MC碳化物;经过热处理后的K445合金的主要组织的形貌和分布有较大改变,成分偏析程度减轻,粗大的γ'相变得细小而弥散,在晶界上及晶内都分布着一定数量的M23C6及少量的MC碳化物.     

C含量对GH4199合金析出相和性能的影响

通过对GH4199合金不同C含量试样进行固溶热处理(1 150℃×20 min/AC)和标准热处理(1 150℃×20 min/AC+950℃×5 h/AC),然后进行物相分析和各项性能检测,得出:随着C含量的增加,碳化物数量有所增加,M_6C碳化物类型以(W、Mo)_6C为主,γ′相的数量略有增加;随着C含量的增加,除提高室温强度外,合金的室温塑性、高温强度和塑性、持久寿命却有降低;为使GH4199合金强度和塑性达到良好匹配,应将其C含量控制在较低的范围内。     

GH742合金钢锭的组织及偏析的消除

研究了GH742合金钢锭的显微组织、初熔点、元素偏析及其消除办法.研究表明,钢锭原始铸态组织基体γ中有大量γ'相,枝晶间存在少量γ/γ'共晶相、针状金属间化合物(Ni3Nb)、白色块状镧化物和部分骨架状碳化物.初熔点在1130～1160℃之间.钢锭经1135℃×24h均匀化处理可消除枝晶偏析,使组织均匀.     

Al含量对镍基单晶高温合金组织 和持久性能的影响

采用选晶法在定向凝固炉中制备了5.6 % Al和6.0 % Al的2种单晶高温合金，保持其它合金元素含量相同，热处理后在1 040 ℃长期时效800 h，采用扫描电镜研究了Al含量对合金共晶含量、热处理组织、长期时效组织和持久性能的影响.结果表明，随着Al含量增加，合金铸态组织中的共晶含量稍有增加，热处理组织中枝晶干γ′相无明显变化，枝晶间的γ′相稍有增大.随着Al含量增加，合金时效组织中TCP相析出量增加，枝晶间γ′相筏排化倾向增加，合金的组织稳定性变差.随着Al含量增加，合金的持久寿命增加，延伸率和断面收缩率减小.      

La含量对GH230合金组织和性能的影响

研究了La含量对GH230合金组织和性能的影响。结果表明,当合金La含量达到0.048％（Wt%,下同）时,合金中析出新相－富镧相;而且合金含La量还影响晶界二次M23C6型碳化物析出形态,即晶界二次M23C6型碳化物形态逐渐由胞状（0％La试验合金）向片状（0.026％La,0.048％La试验合金）、链状（0.087％La试验合金）转变。但是合金含La量对一次M6C型碳化物相数量、尺寸、分布以及合金基体的晶粒尺寸影响较小。La通过改变合金组织而影响其室温力学性能、927℃/62Mpa条件下的持久寿命。     

凝固界面形态对Ni基单晶高温合金组织和性能的影响

本文研究了凝固界面形态对镍基单晶高温合金铸态及固溶处理态的组织和高温持久性能的影响。结果表明,当凝固界面形态从平面向胞状、粗枝、细枝转变时,铸态组织中γ/γ′共晶量增加、γ′尺寸减小且形状趋于立方形、弥散γ′量增加、γ/γ′相界面由非共格变为共格。铸态高温持久寿命由低到高的次序是:胞状、平面、粗枝,细枝。平面、胞状单晶采用1300℃×4 h A.C.处理,枝状单晶采用1320℃×4 h A.C.处理后,平面、胞状单晶的γ′量少于枝状单晶,γ′规则程度不如枝状单晶,γ′尺寸小于枝状单晶。热处理态单晶的的高温持久寿命由低到高的次序是:平面、胞状、细枝,粗枝。     

熔体过热处理对高温合金M963的影响

研究了熔体过热处理对高W、Mo的M963镍基高温合金显微组织、瞬时强度及高温持久性能的影响.结果表明与未进行过热处理的合金相比,过热处理后M963合金的二次枝晶间距缩短,γ+γ'共晶尺寸减小.初生的MC型碳化物由分布很不均匀的粗大块状变为分布较为均匀的细小汉字状.同时碳化物中固溶的Nb、Ti的含量减少,而高熔点元素W、Mo的含量相应增加.γ'强化相的尺寸减小,瞬时极限拉仲强度提高18%,延伸率提高12%,持久寿命提高182%.     

定向凝固DZ125合金热暴露后显微组织演变及其相应持久性能的研究

定向凝固DZ125合金由于其优异的中高温综合性能而被广泛用于制备先进航空发动机涡轮叶片。目前,对于DZ125合金在高温作用下的组织演变与持久性能退化的研究较少,其不同退化组织对性能的影响机制尚不明确。本研究对DZ125合金在900~1100℃下进行了100~900 h的热暴露实验,对热暴露后的组织进行观察及定量表征,随后进行980℃/220 MPa下的持久性能测试。结果表明:热暴露后合金γ'相显著溶解,少量枝晶间MC型碳化物向M23C6及M6C型碳化物转变。热暴露后DZ125合金在980℃/220 MPa下的持久寿命显著下降,大部分裂纹起始于合金倾斜晶界的碳化物处。γ'相的大量溶解降低了合金基体强度,是其持久性能下降的主要原因,而碳化物的转变对其性能的影响较小。本研究有利于理解DZ125合金各类组织演变与性能退化的关系,对基于显微组织演变的DZ125合金涡轮叶片的服役损伤评价具有重要指导意义。     

碳和镧含量对钴基GH188合金组织和性能的影响

本文研究了碳和镧含量对钴基超合金GH188组织和性能的影响。结果表明,含0.13wt.％C合金可以提高合金的持久寿命和塑性。高碳合金主要通过更多的碳化物提高合金的持久强度,通过细化晶粒而使合金持久塑性改善。结果还表明,含镧合金比不含镧合金具有更长的持久寿命和塑性。此外,还研究了镧对一次碳化物数量、晶格常数以及氧化激活能的影响。     

DD15单晶高温合金持久性能各向异性

研究了[001]、[011]和[111]3种不同取向的DD15单晶高温合金的热处理组织、980℃/300 MPa和1 150℃/120 MPa的持久性能、持久断口和断裂组织。结果表明在与定向凝固方向垂直的截面上,3种取向合金具有明显不同的热处理组织形貌,γ′相的形状分别为规则的正方形、矩形和多边形。合金在980℃/300 MPa和1 150℃/120 MPa条件下的持久性能呈现各向异性。合金在2种条件下的持久寿命都按[011]、[001]、[111]取向的顺序增加,伸长率按[111]、[011]、[001]取向的顺序升高。随着试验温度的降低,合金持久各向异性增强。在980℃/300 MPa条件下,[001]和[111]合金持久呈现韧窝断裂特征,而[011]合金持久呈现类解理与韧窝混合断裂特征;在1 150℃/120 MPa条件下,不同取向合金持久都呈现韧窝断裂特征。不同取向合金断裂后的γ′相具有明显不同的形貌或筏排化程度。[001]取向合金的γ′相筏排与应力轴方向垂直,而[011]和[111]取向合金的γ′相筏排与应力轴呈一定夹角,筏排化程度按[011]、[001]和[111]的顺序增加。     

DD15单晶高温合金持久性能各向异性

摘要：研究了［001］、［011］和［111］3种不同取向的DD15单晶高温合金的热处理组织、980℃/300MPa和1150℃/120MPa的持久性能、持久断口和断裂组织。结果表明在与定向凝固方向垂直的截面上,3种取向合金具有明显不同的热处理组织形貌,γ′相的形状分别为规则的正方形、矩形和多边形。合金在980℃/300MPa和1150℃/120MPa条件下的持久性能呈现各向异性。合金在2种条件下的持久寿命都按［011］、［001］、［111］取向的顺序增加,伸长率按［111］、［011］、［001］取向的顺序升高。随着试验温度的降低,合金持久各向异性增强。在980℃/300MPa条件下,［001］和［111］合金持久呈现韧窝断裂特征,而［011］合金持久呈现类解理与韧窝混合断裂特征;在1150℃/120MPa条件下,不同取向合金持久都呈现韧窝断裂特征。不同取向合金断裂后的γ′相具有明显不同的形貌或筏排化程度。［001］取向合金的γ′相筏排与应力轴方向垂直,而［011］和［111］取向合金的γ′相筏排与应力轴呈一定夹角,筏排化程度按［011］、［001］和［111］的顺序增加。     

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。     

IN792LC单晶高温合金长期热暴露下的蠕变性能退化

研究了800℃条件下最长时间达到3 000 h的长期热暴露对IN792LC单晶高温合金显微组织演变及蠕变行为的影响。结果表明：长时间热暴露后,γ′相球化生长均匀分散在γ基体内,γ′相的粗化行为符合Lifshitz-Slyozov-Wagner(LSW)模型。热暴露后一些不连续碳化物在γ/γ′共晶组织周围析出,但无拓扑密排相(TCP)生成。对长期热暴露后的合金进行了760℃/662 MPa下蠕变断裂寿命测试,随着热暴露时间延长,由于组织退化,合金蠕变寿命降低,而断裂伸长率不断提高。当热暴露达到3 000 h时,合金蠕变断裂寿命降低81.1%。合金蠕变寿命的减少主要由γ′相粗化、碳化物的退化以及柯肯达尔孔洞增大导致。分析发现在热暴露后共晶相周围MC碳化物分解形成的M₂₃C₆碳化物,空位在碳化物处塌陷聚集成微孔,加速了裂纹的萌生与拓展。此外,由于热暴露后合金蠕变过程中的位错网络被破坏,位错切入γ′相运动,从而进一步降低蠕变断裂寿命。研究结果为IN792LC单晶高温合金近服役温度条件下使用寿命预测提供了参考。     

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.     

固溶处理对DSM11合金显微组织和力学性能的影响

研究了固溶处理制度对DSM11合金组织和性能的影响.结果表明,固溶热处理可明显降低合金元素的偏析,减少枝晶组织偏析及共晶数量,提高γ'相的尺寸均匀性.随着固溶处理温度的提高,该合金室温和980℃的拉伸性能变化不大,但816℃、483 MPa和980℃、190 MPa下固溶处理后合金的持久寿命显著提高.     

粉末预热处理对FGH95合金组织和性能的影响

本文探讨了采用粉末预热处理方法改善合金组织、提高合金性能及其稳定性的可能性。结果表明：采用粉末预热处理方法明显改善了热等静压（ＨＩＰ）致密材料中原始颗粒边界与晶界上碳化物的聚集程度，并且增加了合金中γ’相的含量而不改变合金的晶粒度；经过１１００℃预热处理的粉末，再经ＨＩＰ及热处理后，其材料的塑性与持久寿命得到明显提高。     

W和Ta对新型镍基粉末高温合金显微组织的影响

采用相同的粉末冶金工艺与热处理方法设计3种W和Ta含量不同的合金,利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)等多种研究手段,研究W和Ta元素对新型镍基粉末高温合金显微组织的影响。结果表明:改变W和Ta含量对合金晶粒组织和MC型碳化物的析出没有明显影响;随着合金中Ta含量的减少和W含量的增加,γ/γ′相错配度逐渐减小;随着合金中Ta含量和γ/γ′相错配度的增加,γ′相含量和尺寸均增加,二次γ′相粗化长大和达到分裂的时间缩短,尺寸分布越来越不均匀。     

0Cr20Ni65Ti3AlNb合金平衡析出相热力学计算

利用JMatPro热力学计算软件,对0Cr20Ni65Ti3AlNb合金的平衡析出相和非平衡凝固过程进行了模拟计算。结果表明：合金的主要平衡析出相有γ相、γ′相、MC和M₂₃C₆型碳化物相、η相,合金的非平衡凝固过程中Nb、Ti元素偏析比较严重,会降低合金的初、终熔点;Al含量对γ′相析出温度和析出量影响最大;C是MC和M₂₃C₆型碳化物相主要形成元素,对其析出温度和析出量起决定作用;η相的开始析出温度和析出量主要受Ti含量影响,过多的η相析出会影响合金的机械性能,因此,在成分设计过程中需合理控制合金的Ti含量。