Ta、Co对新型高强抗热腐蚀单晶高温合金组织稳定性的影响

研究了Ta、Co对一种新型高强抗热腐蚀单晶高温合金微观组织及1000 ℃长期时效中组织稳定性的影响。结果表明,随Ta含量的增加,γ′相溶解温度提高,完全热处理后的γ′相尺寸先增大后减小,Co降低了γ′相溶解温度,减小了γ′相尺寸并且降低了γ′相的含量;1000 ℃长期时效过程中,随Ta含量的提高,γ′相粗化速率先降低后升高,Co降低了γ′相的粗化速率,γ/γ′两相错配度和元素的扩散是影响γ′相粗化速率的主要因素;Ta提高了合金中γ′相的含量,促使Re、W、Mo、Cr元素向γ基体中分配,促进了TCP相的析出,Co降低了Re、W、Mo、Cr元素在γ基体中的分配,降低了基体的过饱和度,抑制了TCP相的析出。     

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。     

980 ℃长期时效对DD15单晶高温合金组织稳定性的影响

采用选晶法在真空高梯度定向凝固炉中制备第四代单晶高温合金DD15试棒，热处理后在980 ℃分别时效400、800、1200、1600、2000 h，研究不同时效时间的合金组织。结果表明:合金的热处理组织由立方化较好γ′相和基体γ相组成。随着980 ℃时效时间增加，γ′相合并长大仍保持立方形状，基体通道的宽度增加；时效1600 h时，未有TCP相析出；时效2000 h时，析出极少量TCP相，合金具有良好的组织稳定性；合金中较多的Re、W、Ta、Mo、Nb等高熔点元素能够抑制γ′相长大，Ru元素能够抑制TCP相的析出，合金具有良好的组织稳定性。     

两种铸造镍基高温合金在长期时效期间的微观组织和力学性能演变

长期时效期间K452和K446合金中的γ′相形貌都保持球形,尺寸不断粗化,但K446中γ′相的粗化速率总体上比K452快.初生MC的热稳定性不仅与MC本身的化学成分密切相关,而且与合金成分有关;合金中γ基体的热稳定性(即晶内二次碳化物或TCP相的析出)与初生MC的热稳定性有关;晶界粗化通过γ′沉淀及镶嵌于其中的碳化物(M_(23)C_6或M_6C)的析出和长大来实现.γ′相粗化、初生MC分解、晶界粗化以及二次碳化物或TCP相的析出等,使合金的力学性能明显下降。     

Al、Ti和Ta含量对镍基单晶高温合金时效组织的影响

研究了几种不同含量γ′相形成和强化元素(Al、Ti和Ta)的单晶高温合金在热处理以及长期时效处理后的组织演化.结果表明:在经过相同的热处理后,随着Al、Ti和Ta总含量的增加,γ′相的尺寸逐渐增大,γ′相形貌由圆形向立方形再向不规性形状转变.在950 ℃的长期时效处理过程中,γ′相的尺寸明显增大,立方度降低,直到1000 h,γ′相也没有发生连接和形筏.1050 ℃、500 h后,γ′相形貌尺寸明显增大、立方度降低.合金A和E仍保持原来形状,合金B、C和D的γ′相发生连接和形筏.在2种时效条件下,合金E中均有TCP相(μ相)析出.     

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。     

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。     

长时时效对汽轮机叶片用GY200镍基合金组织和性能的影响

利用Thermal-calc热力学软件对GY200平衡条件下的析出相进行了计算,并结合金相、扫描、化学相分析等手段研究了700、750℃不同时效时间下先进超超临界电站叶片用GY200镍基合金的组织、性能、碳化物及沉淀强化相的演变。结果表明,GY200镍基合金在700、750℃时效后的强度明显增加,冲击性能稍有下降,在10 000 h时效时间内合金的各项性能没有明显变化。长时时效后的碳化物主要由M_(23)C_6和MC相组成,和热力学软件模拟结果一致,利用2%的W替代Waspaloy中1%的Mo,合金中没有M_6C析出。随着时效时间增加M23C6相含量增加,并呈链状和片状析出在晶界,750℃时效M_(23)C_6粗化更加明显;MC相数量在时效3000 h后开始下降。700℃时效3000 h后,γ′相数量开始增加,5000～10 000 h趋于稳定,750℃时效γ′相数量基本不变。γ′相在700℃时效稳定性较好,粗化速率较低;750℃时效γ′相粗化速率较高,5000 h时效后γ′相平均尺寸约100 nm。     

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。     

700℃超超临界锅炉管用617B合金时效组织演变

研究了700℃超超临界锅炉管用617B合金在720℃/10 000 h、800℃/2000 h和850℃/100 h时效和不同温度50 h时效过程中组织稳定性及力学性能变化。结果表明:617B合金在10 000 h长期时效末期组织稳定性较差,γ′相粗化且晶界上有有害相析出;温度对617B合金的组织稳定性影响较大,随着温度升高γ′相急剧粗化,晶内析出相发生转变;合金的硬度主要受γ′相析出规律的影响;720℃时效过程中晶内有拉链状析出相,其种类、结构有待进一步研究。     

再热恢复处理对蠕变损伤定向凝固高温合金γ'相的影响

以定向凝固GTD111合金为研究对象,采用蠕变中断实验获得蠕变损伤合金,之后对损伤合金进行简单再热恢复处理,研究了恢复参数对合金组织的影响以及γ′相的恢复演化过程。结果表明,1180～1220℃下固溶处理可有效溶解粗化形变γ′相并析出二次γ′相,且二次γ′相尺寸随固溶温度和冷却速率的增加而减小,但当固溶温度增至1240℃,合金发生初熔;高温时效是二次γ′相长大和三次γ′相析出的过程,且二次γ′相尺寸和立方度随时效温度和保温时间的增加而增大;低温时效中三次γ′相继续析出和长大。GTD111损伤合金的合适恢复参数为:1220℃、2 h、AC+1121℃、2 h、AC+843℃、24 h、AC。由于恢复态合金具有更大体积分数的双尺寸形态γ′相,其在750℃、843 MPa下的持久寿命达到65 h,是原始合金持久寿命的1.3倍。     

Ti/Al比对GH984G合金长期时效过程中γ′沉淀相粗化行为及拉伸性能的影响

研究了2种Ti/Al比对新型Ni-Fe-Cr基合金GH984G在长达上万小时高温时效过程中γ′淀相的粗化行为及其拉伸性能的影响规律.结果表明:随时效温度从700℃升高至800℃,球形γ′沉淀相的粗化速率明显增大.在700和750℃长期时效过程中,高Ti/Al比和低Ti/Al比合金γ′沉淀相的粗化行为均符合Lifshitz-Slyozof-Wagner(LSW)理论,受扩散过程控制,高Ti/Al比合金中γ′沉淀相的粗化速率较高.800℃长期时效过程中,2种Ti/Al比合金γ′沉淀相的粗化行为偏离LSW理论.此外,时效时间小于3×103h时,高Ti/Al比合金的γ′沉淀相长大较快,进一步延长时效时间,低Ti/Al比合金的γ′沉淀相长大速率较快.Ti/Al比对合金标准热处理态和700~800℃时效10480 h后合金的700℃拉伸性能无明显影响.通过选取合适的Ti/Al比,可以控制γ′沉淀相的粗化行为,增强合金组织稳定性.     

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。     

Ru对一种高Re单晶高温合金γ/γ′相中元素分布及高温蠕变性能的影响

研究了不同Ru含量(质量分数,0%和2%)的高Re镍基单晶高温合金在1120℃/140 MPa条件下的蠕变性能,采用SEM、STEM/TEM以及EDS等方法分析了Ru对合金γ/γ′相组织、合金元素成分分配比、蠕变变形组织和位错形态的影响。结果表明,与无Ru合金相比,含Ru合金γ′尺寸更为细小,γ相通道更窄,γ/γ′两相中对TCP相析出有重要影响的Re、Mo和Cr元素分配更加均匀。Ru通过减小γ′相尺寸和γ相通道宽度,降低γ/γ′界面平均位错间距,抑制蠕变加载过程中TCP相析出,显著提高合金的高温蠕变性能。     

Ru对一种第四代单晶高温合金γ/γ′相中元素分布及高温蠕变性能的影响

摘 要: 研究了不同Ru含量（0和2wt.%）的高Re镍基单晶高温合金在1120 ℃/140 MPa条件下的蠕变性能,采用SEM、STEM/TEM以及EDS等方法分析了Ru对合金γ/γ′相组织、合金元素成分分配比、蠕变变形组织和位错形态的影响。结果表明,与无Ru合金相比,含Ru合金γ′尺寸更为细小,γ相通道更窄,γ/γ′两相中对TCP相析出有重要影响的Re、Mo和Cr元素分配更加均匀。Ru通过降低γ′相和γ相通道尺寸,降低γ/γ′界面平均位错间距,抑制蠕变加载过程中TCP相析出,显著提高合金的高温蠕变性能。本文研究结果对认识单晶合金高温蠕变过程中Ru的强化机理方面具有理论指导意义。     

一种新型耐热合金GY200的长期时效组织与性能

研究了一种新型耐热合金GY200在700℃长期时效过程中的组织与性能稳定性。结果表明,在时效过程中,GY200合金的室、高温力学性能的稳定性较好,且时效5 000 h后的综合力学性能较标准热处理态有所提升;时效过程未发现μ相、σ相、P相等TCP有害相析出,碳化物和γ'相未发生明显粗化,组织稳定性较好;MC碳化物非常稳定,W能不断取代Ni、Cr、Co原子进入M_(23)C_6型碳化物,促进M_(23)C_6型碳化物缓慢析出,且M_(23)C_6还会依附于MC表面形核析出;γ'相的粗化速率较缓慢,稳定性较高,长大规律符合L-S-W理论,700℃时效长大粗化方程为γ-3-γ-3=4.408×10~(-4)t。     

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。     

长期时效对GH4586B合金组织及室温拉伸性能的影响

利用扫描电镜对GH4586B合金在750℃下时效1500 h过程中的显微组织和室温拉伸断口进行观察分析。结果表明,GH4586B合金在时效过程中无有害TCP相(拓扑密堆相)析出,晶内析出尺寸差异较大的两种γ′相粒子,随着时效时间的延长,大尺寸的γ′相逐渐长大,形貌由球形逐步转变为方形,且间距也逐渐变大,这种γ′相析出的特征有利于合金强韧性的匹配;合金在室温下随着时效时间的延长,强度和塑性发生变化,时效500 h后合金具有较好的强度和塑性的匹配,这与γ′相析出的形貌、分布、数量直接相关;通过室温拉伸断口的形貌分析,合金断裂均具有塑性断裂特征。     

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。