微量元素Hf对镍基粉末高温合金FGH97显微组织的影响

利用SEM和物理化学相分析方法研究了5种Hf含量的FGH97粉末高温合金中γ'相和MC型碳化物形貌、化学组成及含量.结果表明:Hf促进γ'相和MC相析出,改变γ'相和MC相的化学组成,对MC相的尺寸和形貌影响不大,显著影响γ'相的尺寸和形貌,促使γ'相的形态失稳,导致立方状γ'相发生分裂,使γ'相更快地进入稳定的立方状择优形态.在FGH97合金中添加Hf,可通过改变错配度d,从而改变γ'相发生分裂的临界尺寸Dc.建立了Dc与Hf含量w(Hf)的关系式:Dc=315.4+640.2w(Hf)-358.2[w(Hf)]2.随着Hf含量的增加,|d|逐渐变小,Dc增大.γ'相长大到临界尺寸时,γ'相由立方状分裂为八重小立方体状.     

镍基粉末高温合金中微量元素Hf的作用

利用FEG-SEM,TEM,AES和EDS分析技术以及物理化学相分析等方法,系统地研究了微量元素Hf在镍基粉末高温合金中的作用.结果表明:Hf以固溶态分布在枝晶间γ固溶体内,有助于减少原始粉末颗粒边界组织.Hf促进γ′相形态失稳,导致大尺寸立方状γ′相发生分裂,更快地进入γ′相低能稳定的择优形态.Hf主要分布在γ′相和MC型碳化物中,改变γ′相和MC型碳化物及γ固溶体相间合金元素的再分配,有利于消除合金的缺口敏感性,改善合金综合力学性能.     

FGH95合金长期时效过程中二次γ′相的“反粗化”分裂行为

利用场发射扫描电镜研究了FGH95粉末冶金高温合金在750℃/5000h时效过程中二次γ′相的尺寸、分布和形貌变化,为其在新型航空发动机中的应用提供理论依据。结果表明,随着时效时间增加,二次γ′相形态不稳定,其尺寸变化不符合体扩散控制的LSW规律。二次γ′相在0~500h发生"反粗化"的分裂,由碟状分裂为块状。在500~1000h阶段分裂的细小γ′相发生粗化,在1000h粗化到一定程度后又开始分裂,2000h后随着时效时间延长又逐渐粗化,椭球状二次γ′相逐渐增多。研究证明,γ′相粒子之间的弹性交互作用是导致其形态变化的主要原因,它属于降低界面能与弹性交互作用能总量的形貌转变机制。     

DD6单晶高温合金叶片小角度晶界组织

采用扫描电镜和透射电镜研究了DD6单晶高温合金叶片小角度晶界的铸态组织、热处理组织和长期时效组织.铸态小角度晶界组织中,粗大γ′相和块状共晶沿晶界析出;热处理小角度晶界组织中,晶界上有一薄层γ相,晶界两侧的γ′相立方化较好,但由于小角度晶界的存在,γ′立方体不完整;1070℃长期时效500 h小角度晶界组织中,晶界上析出粒状碳化物,无TCP相析出,DD6单晶高温合金小角度晶界组织有很好的稳定性.     

Hf含量对FGH97合金γ/γ′晶格错配度的影响

采用X射线衍射(XRD)方法测算镍基粉末冶金高温合金FGH97中γ和γ′相的晶格常数,计算出γ/γ′晶格错配度。结果表明:γ′相的晶格常数比γ相的小,错配度为负值。Hf 主要存在于γ′相中,随着合金中 Hf 加入量的增加,进入γ′相中 Hf 的数量增加,使γ′相的晶格常数逐渐增大,错配度的绝对值逐渐减小。     

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。     

DD5单晶高温合金在长期时效和持久性能试验中的γ′相演化

研究了DD5单晶高温合金在热处理态、长期时效态(1 100℃/500 h)和持久性能测试过程中的γ′相演化。结果表明:1 100℃时效500 h后,γ′相全部由立方体形态转化成条状组织,基体通道宽度接近γ′相宽度并析出大量粒状二次γ′相,γ/γ′相界面形成大量错配位错网。与热处理态相比,长期时效态合金在871℃/552 MPa和1 038℃/172 MPa条件下持久寿命明显降低。长期时效态合金在871℃/552 MPa条件下持久试验后,一次γ′相保持长期时效后形态,但基体通道中的二次γ′相形成了N型筏形组织。长期时效态合金在1 038℃/172 MPa条件下持久试验后一次γ′相形成垂直于拉应力的N型筏。     

Hf在FGH4097粉末高温合金中的相间分配行为

采用3DAP、FEG-SEM、TEM以及物理化学相分析方法研究5种Hf含量的FGH4097粉末高温合金中Hf在γ′相、MC型碳化物和γ相中的分配,以及Hf对γ′和MC析出相组成的影响。结果表明:随着合金中Hf含量的增加,进入各相的Hf量增多,Hf进入γ′相的比例基本不变,进入MC型碳化物的比例增大,进入γ相的比例减小,即Hf在γ′相和MC型碳化物的分配比逐渐减小,Hf在γ′相和γ相中的分配比逐渐增大;Hf主要分配在γ′相中,其次分配在MC型碳化物中,Hf在MC型碳化物中的质量浓度大约是Hf在γ′相中的20倍。     

DZ125镍基合金的显微组织与蠕变行为

通过蠕变性能测试及组织形貌观察,研究DZ125合金的高温蠕变行为。结果表明:经完全热处理后,合金在枝晶干/间区域存在明显的组织不均匀性,粗大γ′相存在于枝晶问,细小γ′相存在于枝晶干。蠕变初期合金中γ′相已转变成筏状结构,稳态蠕变期间合金的变形机制是位错攀移越过γ′相,其中,位错攀移期间,易形成位错的割阶,空位的形成和扩散是位错攀移的控制环节。而蠕变后期合金的变形机制是位错在基体中滑移和剪切进入筏状γ′相。在高温蠕变后期,合金中裂纹首先在晶界处萌生与扩展,且不同形态晶界具有不同的损伤特征,其中,沿应力轴成45°角晶界承受蠕变损伤的较大剪切应力可使其发生较大几率的蠕变损伤;而加入的元素Hf促进细小粒状相沿晶界的析出,可抑制晶界滑移,提高晶界强度,是合金蠕变断裂后晶界呈现非光滑表面的主要原因。     

镍基粉末冶金高温合金中γ′相形态不稳定性研究

较系统地研究了低错配度FGH98I和FGH96合金在热处理条件下γ′相的形态演化行为.结果表明:γ′相的形态失稳形式可归纳为γ′相分裂和γ′相不稳定长出形态,γ′相分裂主要是γ/γ′相间弹性应变场的各向异性和溶质元素富集相互作用造成,而形状不规则的不稳定长出形态主要是由于基体或晶界局部溶质原子浓度(或过饱和度)变化导致γ′相的非平衡性生长,讨论了γ′相分裂和不稳定长出形态同时发生现象,及不连续脱溶析出导致扇形结构的形成机理.     

Effect of climb on dislocation mechanisms and creep rates in γ′-strengthened Ni base superalloy single crystals: A discrete dislocation dynamics study

Creep of single-crystal superalloys is governed by dislocation glide, climb, reactions and annihilation. Discrete three-dimensional (3D) dislocation dynamics (DDD) simulations are used to study the evolution of the dislocation substructure in a γ/γ′ microstructure of a single-crystal superalloy for different climb rates and loading conditions. A hybrid mobility law for glide and climb is used to map the interactions of dislocations with γ′ cubes. The focus is on the early stages of creep, where dislocation plasticity is confined to narrow γ channels. With enhancing climb mobility, the creep strain increases, even if the applied resolved shear stress is below the critical stress required for squeezing dislocations into the γ channels. The simulated creep microstructure consists of long dislocations and a network near the corners of the γ′ precipitate in the low-stress regime. In the high-stress regime, dislocations squeeze into the γ channels, where they deposit dislocation segments at the γ/γ′ interfaces. These observations are in good agreement with experimentally observed dislocation structures that form during high-temperature and low-stress creep.     

热处理过程中DD6单晶高温合金的组织演化规律与力学性能

研究了DD6单晶高温合金在热处理过程中的显微组织演化规律以及初熔组织的生成机理。通过研究不同固溶时效处理对γ′相形貌、尺寸分布和体积分数的影响且分析了完全热处理后合金的显微硬度和拉伸性能,从而确定了合金最佳的热处理工艺。结果表明,通过差热分析法和金相观察法确定合金的初熔温度在1300~1310 ℃。在1315 ℃固溶处理4 h,枝晶间/枝晶干γ′相尺寸趋于一致,呈立方状均匀排列。在固溶处理过程中,γ/γ′共晶组织熔化生成了不规则初熔组织。在不同的一次时效工艺下,1120 ℃时效4 h空冷后,γ′相立方度更好,尺寸分布更均匀。合金最佳的热处理工艺为1290 ℃×1 h+1300 ℃×2 h+1315 ℃×4 h, AC+1120 ℃×4 h, AC+870 ℃×32 h, AC。合金在完全热处理后,随拉伸温度从室温升高至850 ℃时,强度达到峰值,温度继续升高,强度下降;在760 ℃拉伸时塑性最差,随着拉伸温度从760 ℃升高到950 ℃,塑性提高。     

镍基单晶合金热处理的组织演化与有限元分析

通过对一种含Re单晶镍基高温合金热处理期间及不同时效温度组织形貌的观察,结合有限元分析,研究合金中γ′相在热处理期间及蠕变期间的组织演化规律。结果表明,在固溶热处理期间,γ′相以蝶形组合从基体中析出;一次时效期间,γ′相长大为立方体形貌;二次时效期间,γ′相略有长大,排列更加规则。经不同温度的一次时效后γ′相尺寸逐渐长大,立方度增加。最后确定出该合金合理的热处理工艺。     

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。     

热处理工艺对铸造高温合金K480组织的影响

采用光学显微镜、扫描电镜对K480镍基高温合金的铸态组织和不同固溶、时效处理后的组织进行了观察。研究了不同固溶和时效处理对K480合金组织行为的影响。结果表明,合金经过1130℃亚固溶处理后,组织为大小两种尺寸的γ’相;经过1190、1210和1230℃过固溶处理后空冷,析出均匀的γ’相,并且随着固溶温度的升高,碳化物和共晶的含量逐渐降低。一次时效处理,固溶态γ’相平均尺寸随时效温度升高而增大,合金经1050、1090和1110℃×4 h时效后,γ基体通道中均有更细小的三次γ’相析出,而在之后的二次时效和全时效过程中,这些细小的三次γ’相又重新溶解到基体或周围的大尺寸γ’相中。     

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。     

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     

Precipitation process and its effects on properties of aging Cu–Ni–Be alloy

The precipitation process of aged Cu-Ni-Be alloy was investigated by X-ray diffraction （XRD）, trans- mission electron microscopy （TEM）, and high-resolution transmission electron microscopy （HRTEM）. The tensile strength, yield strength, and electronic conductivity of this alloy after aging were also studied. The precipitation sequence of the C17510 alloy aged at 525 ℃ is supersat-urated solid solution→G.P zones→ γ″-γ′→ γ. This transformation can be achieved by the accumulation of Be-atom layers. The G.P zones are composed of disk-shaped monolayers of Be atoms, which are formed on （001） matrix planes. The intermediate γ″ precipitate is nucleated in the G.P zones. The γ″ and γ′ precipitates have the same orientation relationship with matrix, e.g., （110）p｜｜（100）M,[001]p｜｜[001]M. The tensile strength of specimen shows a maximum during the aging process and then continuously decreases if the specimen is over aged. The strengthening effect of γ′ phase precipitated in aging at 525 ℃ for 4 h is calculated to be 436 MPa according to the Orowan strengthening, which is quite consistent with the experimental data.     

一种[011]取向镍基单晶合金拉伸蠕变中的组织演化

在1040℃,137MPa下对[011]取向镍基单晶合金进行蠕变曲线测定,采用SEM观察热处理及蠕变后样品不同晶面的组织形貌,研究了[011]取向镍基单晶合金在蠕变期间的组织演化特征,并分析了组织演化的规律及影响因素。结果表明:取向差为4°的[011]取向镍基单晶合金经完全热处理后,组织是立方γ′相以共格方式嵌镶在γ基体相中,并沿<100>取向规则排列;在拉伸蠕变期间,合金中γ′相转变成与[001]取向平行的纤维状筏形组织。由于施加拉伸载荷,使立方γ′相中的(100)晶面及γ基体相承受挤压力,可排斥较大半径的Al、Ta原子,而在(001)晶面产生较大的晶格扩张应变,可诱捕较大半径的Al、Ta原子,因而促使γ′相沿[001]取向定向生长成为纤维状筏形组织。在外加应力作用下,不同晶面γ′/γ两相界面的应变能密度变化是促使发生元素扩散和γ′相定向粗化的驱动力。