固溶冷却速度和前处理对新型镍基粉末高温合金组织与显微硬度的影响

对新型镍基粉末高温合金FGH98Ⅰ分别进行亚固溶前处理+过固溶和过固溶热处理,利用光学显微镜,场发射扫描电镜和显微硬度仪研究冷却速度对合金组织与显微硬度的影响。结果表明:过固溶处理前的亚固溶前处理使锻态合金中大晶界γ′相发生部分溶解,晶粒稍有长大,对过固溶热处理冷却γ′相析出的影响不显著;随着冷速增加,合金中二次和三次γ′相的尺寸减小,二次γ′相的形状从蝶形向球形转变,γ′相的颗粒密度增大,面积分数减小,在冷却速度≤1.4℃/s时,γ′相分两阶段形核;冷速越快,合金的硬度越高,时效后硬度增高越多。另外,还建立了冷速与γ′相平均尺寸和合金硬度之间的函数关系式。该结果为FGH98Ⅰ合金实际双性能盘固溶热处理工艺的选择提供了理论参考。     

固溶冷却速度和后处理对新型FGH98Ⅰ镍基粉末高温合金γ′相析出和显微硬度的影响

对新型镍基粉末高温合金FGH98Ⅰ分别进行过固溶和过固溶+亚固溶后处理,利用场发射扫描电镜和显微硬度仪研究了冷却速度对合金γ′相析出和显微硬度的影响。结果表明:随着固溶冷却速度增加,合金中二次和三次γ′相的尺寸减小,二次γ′相形状从蝶形向球形转变,γ′相的形状因子和颗粒密度增大,面积分数和晶界表观宽度减小。在冷却速度≤1.4℃/s时,冷却γ′相分两阶段形核;冷速越快,合金的硬度越高,时效后硬度增高越多;过固溶处理后的亚固溶处理使冷却γ′相粗化和方形化,形状因子减小,晶界γ′相析出密集区消失,硬度降低。另外,还建立了冷速与γ′相平均尺寸和合金硬度之间的函数关系式。该结果为FGH98Ⅰ合金实际双性能盘固溶热处理工艺的选择提供了理论参考。     

镍基粉末高温合金FGH4096中γ′相完全溶解温度的测定

通过JmatPro软件测试了镍基粉末高温合金FGH4096平衡相图,并根据γ′相平衡态溶解温度采用OM和SEM等方法研究了不同固溶温度下的γ′相溶解结果。结果表明,热力学软件JmatPro计算的FGH4096合金中的γ′相在930~1100 ℃大量溶解,完全溶解温度在1100 ℃以上。从1110 ℃到1130 ℃晶粒尺寸从16.1 μm长大至18.2 μm,变化不明显,从1130 ℃到1160 ℃,晶粒迅速从18.2 μm长大到28.6 μm。镍基粉末高温合金FGH4096中的γ′相起到强化作用的同时,对晶粒长大具有阻碍作用,随着固溶温度从1110 ℃升至1130 ℃,γ′相含量减少,其对晶粒的钉扎作用降低,导致晶粒有所长大。1130 ℃以上时,γ′相完全溶解,γ′相钉扎作用消失,晶粒迅速长大。最终确定FGH4096合金中γ′相实际的完全溶解温度为1130~1140 ℃。     

FGH95合金中γ′相稳定性研究

利用扫描电镜和透射电镜观察分析了热等静压HIP FGH95高温合金经热处理后,基体中γ′相的形貌、分布和稳定性。结果表明:合金经热处理后基体为再结晶晶粒与原始枝晶的混晶组织。基体中除了晶界上分布的固溶处理未溶的棒状γ′相颗粒外,在再结晶晶粒内部还存在有大、中、小3种尺寸的γ′颗粒,其中大的方形γ′相颗粒尺寸约为0.5～0.8μm,并呈8个一组排列,此8个一组排列的γ′相颗粒是由合金在1160℃固溶冷却过程中所形成的单个高温γ′相分裂而形成。进一步观察发现,分裂后的方形γ′相颗粒在后续热处理过程中又发生了不稳定分解,在其颗粒内部有细小γ′相的重新析出,并且随着新析出γ′相的长大原来的方形γ′相颗粒逐渐消失。     

热等静压温度对FGH95合金组织和持久性能的影响

通过对FGH95合金进行不同温度的热等静压处理、组织形貌观察及持久性能测试,研究热等静压温度对合金组织结构与持久性能的影响。结果表明:在低于γ′相溶解温度进行热等静压时,粗大γ′相沿颗粒边界区域不连续分布;随热等静压温度的升高,合金中一次粗大γ′相的数量、尺寸逐渐减小,经1 140℃固溶处理后,晶粒尺寸无明显变化;合金经1 180℃热等静压及完全热处理后,粗大γ′相完全溶解及γ′相贫化区消失,晶粒尺寸明显长大,γ′相和细小碳化物沿晶界及晶内弥散析出,因而合金具有较好的持久性能;合金在持久性能测试期间的变形机制是位错在基体中滑移及剪切γ′相。     

多步热处理对GH4742合金组织性能的影响

采用多步热处理,研究了不同固溶温度和高温时效温度对GH4742高温合金组织性能的影响。结果表明,固溶温度显著改变晶粒尺寸和一次γ′相形态。固溶温度为1090 ℃时,基体中存在大量未溶的一次γ′相,可以有效阻止晶粒长大,同时这种粗大γ′相以及后续时效过程中形成的细小γ′相共存的组织使得合金具有良好的综合力学性能。高温时效处理对组织形貌影响较小,但可以改变γ′相的尺寸,显著影响晶界碳化物的形态,通过Mo置换一次碳化物MC中的Nb、Ti,使晶界连续分布的碳化物发生溶解形成颗粒状的碳化物,显著降低了GH4742高温合金的高温持久性能。     

析出相特征对GH4720Li合金疲劳性能的影响

本文对不同温度固溶热处理的GH4720Li合金进行系列疲劳实验,研究合金析出相特征与疲劳性能的关联性。结果表明：固溶温度在1080℃~1120℃,合金中一次γ′相体积分数高,近球形的三次γ′相尺寸逐渐长大,晶粒组织细小、均匀,位错滑移主要是切过和绕过球形的γ′相并留下细小的滑移带,说明γ′析出相可以有效阻碍滑移带的扩展,合金疲劳性能较好;在1140℃,一次γ′相不均匀回溶,合金出现明显的混晶组织,三次γ′相形貌逐渐转变为方形,相互平行的滑移带尺寸明显增大,此时材料内部已发生较大程度的变形,材料的抗疲劳性能降低;在1180℃,一次γ′相完全回溶,合金产生粗大的晶粒组织,滑移带相互交叉,并且穿过晶界,严重降低合金的疲劳抗性。     

热处理对IN783合金组织和拉伸性能的影响

对IN783合金在不同热处理条件下的组织和拉伸性能进行了研究。结果表明:在标准热处理态的N783合金中,一次和二次β相同时存在,晶内形成两种尺寸的γ’相。在低于1150℃固溶处理后,晶粒长大速度慢,一次β相逐渐减少,二次β相析出增加,大尺寸γ’相稍有增加。高温固溶结合水淬处理,并缩短β时效时间,合金内析出密集细小的γ’相。IN783合金的拉伸强度对晶粒尺寸敏感,升高固溶温度后,合金的650℃强度逐渐降低,塑性变化不大。晶内析出密集细小的γ’相对合金晶内有强化作用,使粗晶合金保持了相当的强度。     

亚固溶热处理对镍基粉末高温合金双重晶粒组织的影响

采用热力学相计算、光学显微镜和场发射扫描电镜等实验方法研究了镍基粉末高温合金进行亚固溶热处理对合金双重晶粒组织的影响。结果表明:合金热处理过程中固溶温度和时间是控制合金晶粒尺寸的重要因素。合金中γ'相的固溶温度为1160℃。锻态合金在固溶热处理前先进行亚固溶热处理,可使锻态组织的晶粒尺寸均匀化,有利于固溶热处理控制晶粒尺寸,得到合适的晶粒度;在合金固溶热处理后再进行亚固溶热处理,晶粒尺寸发生适度的粗化和长大,有利于调整固溶热处理后的晶粒尺寸以改善合金力学性能。     

K447A合金的热处理组织和拉伸性能研究

通过对K447A合金在不同热处理状态下的显微组织观察和拉伸性能测试,研究了合金显微组织的演变规律及其对拉伸性能的影响。结果表明,合金铸态组织主要包括γ基体、γ′相、碳化物及γ/γ′共晶,碳化物多分布于晶内枝晶干和晶界。固溶处理后,γ′相由大、小两种尺寸的组成,碳化物发生"碎化",且由γ′相包覆,同时枝晶间处析出了细小的MC型碳化物。高温(1100℃)时效热处理使γ′相长大,同时再次析出细小γ′相;低温(870℃)时效热处理则使γ′相形貌接近长方形。拉伸性能结果表明,合金经固溶热处理和时效热处理后的抗拉强度相近,但时效热处理后的伸长率有所增加。     

FGH95粉末冶金高温合金长期时效的组织稳定性

利用扫描电镜和透射电镜观察了FGH95镍基粉末冶金高温合金在650℃长期时效后的显微结构,评价了该合金在时效过程中的组织稳定性。结果表明,该合金在650℃具有较好的组织稳定性。经500～5000h时效后,合金的主要析出相为γ′相、MC型和M23C6型碳化物,在合金中没有发现TCP相。γ′相在不同热处理时期具有3种不同的尺寸及形貌:尺寸为1～3μm的γ′相,呈不规则块状在晶界析出;尺寸约为500nm的γ′相,呈蝶形均匀分布于基体中,随时效时间延长,其大小、形貌及在基体中的分布稍有变化;更小的γ′相在长期时效过程中经历不规则长大、分裂、再长大和再分裂的循环过程,尺寸在60～200nm范围内变化。合金时效3000h时发现晶界上生成M23C6型碳化物。     

热处理对Inconel718合金组织及力学性能的影响

针对Inconel 718合金的不同用途,分析研究了4种常用热处理工艺对Inconel 718合金组织和力学性能的影响。结果表明:固溶温度超过1020℃时,奥氏体晶粒显著长大。合金中主要析出相有MC、δ、γ’和γ″相。δ相沿晶界分布,1025℃固溶时呈颗粒状少量析出;950℃固溶时呈块状大量析出;直接时效时呈网状不连续分布。同时,δ相对合金的晶粒度影响较大,且其析出数量和形态决定了合金的韧塑性,γ″、γ’相的析出量和尺寸与晶粒尺寸决定了合金的强度变化。     

GH4096合金在长期热暴露过程中的组织演化

基于粉末冶金René88DT合金的成分,采用新型定向凝固铸锭变形工艺研制了GH4096合金,并研究了其固溶时效热处理后在700~900 ℃长期热暴露过程中γ′相的粗化和晶界析出相的析出行为。结果表明:GH4096合金在700 ℃热暴露时具有良好的组织稳定性,晶内γ′相的尺寸稳定在70 nm左右,未发现明显的长大行为,晶界上未发现析出相;750 ℃热暴露500 h以上时,二次γ′相开始出现聚集长大现象,晶界开始出现不连续析出相,但γ′相的长大速度和晶界析出相的析出速度均比较低;800 ℃以上长期热暴露时,γ′相的粗化速度和晶界析出相的析出长大速度明显加快。长期热暴露后晶内二次γ′相的尺寸与Larsen-Miller参数近似呈线性关系,晶界析出相以M₃B₂和μ相为主。     

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.     

热处理对DZ125定向凝固合金组织结构与蠕变行为的影响

通过不同条件蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了热处理对DZ125合金的组织结构演变和蠕变行为的影响规律。结果表明,铸态合金的枝晶间区域存在较多放射状的共晶组织,在枝晶间和枝晶干处部分γ′相呈蝶形形态且γ′相尺寸具有较大差异。铸态合金的共晶组织及γ′相在固溶过程中被溶解,并在随后的冷却过程中类菱形的细小γ′相自γ基体中析出;一次时效期间,类菱形的细小γ′相发生钝化并长大直至转变成立方体形态;二次时效期间,γ′相的尺寸基本不变,但立方度增加,合金的组织结构为γ′相以共格方式自γ基体中析出。在热处理过程中基本消除了合金中的共晶组织,并提高了γ′相的立方度,但并未消除合金中的组织不均匀性,枝晶干区域的立方γ′相尺寸细小,而枝晶间区域的立方γ′相尺寸粗大,并且合金在980 ℃具有良好的抗蠕变性能。     

Microstructure evolution of an Ni-Cr-Co base superalloy heat-treated at 704 and 760℃

Thermodynamic calculation, SEM (scanning electron microscopy), TEM (transmission electron microscopy), XRD (X-ray diffraction), phase extraction, and chemical analysis were employed to study the phase stability and phase precipitation in a new Ni-Cr-Co base superalloy heat-treated at 704 and 760 ℃ for a long time. The results show that the precipitates of this new alloy heat-treated at standard annealing condition and heat-treated at 704 and 760 ℃ for a time up to 2000 h are r', MC, M23C6, and M6C, and η phase forms at grain boundaries and in matrix of samples heat-treated at 760℃ as well. The mass fractions of r' (+η), MC, M23C6, and MgC in all samples have no large changes with an increase in aging time, but r' precipitates grow obviously. The r '-to-r1 transformation in the samples heat-treated at 760℃ took place with increasing aging time. The η precipitates form a Widmanstatten pattern and the y' phases have remelted partly in the samples heat-treated at 760℃. The alloy maintains a better m     

固溶后冷却方式对Inconel X-750合金组织和性能的影响

采用SEM、TEM、EDAX和相分析等分析手段,研究Inconel X-750合金固溶后不同冷却方式下组织和性能的变化。结果显示:水冷和油冷抑制合金中γ′相的析出,时效后均析出球形的γ′相。炉冷后合金中析出一次立方体形γ′相和二次球形γ′相,时效后再次析出球形γ′相;水冷和油冷后晶界上无碳化物析出,时效后晶界上均析出细小针状M₂₃C₆。炉冷后合金晶界上析出块状M₂₃C₆,时效后碳化物尺寸略微长大,形状基本不变;炉冷+时效后合金的强度最高,水冷+时效后合金的冲击性能最好。