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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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℃/5000 h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0～500 h发生“反粗化”的分裂,由碟状分裂为块状.在500～1000 h阶段分裂的细小γ'相发生粗化,在1000 h粗化到一定程度后又开始分裂,2000 h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.     

Hf在粉末冶金镍基高温合金中的相间分配及对析出相的影响

利用三维原子探针（3DAP）,SEM,TEM和相分离方法,研究了5种Hf含量的FGH97粉末冶金高温合金中Hf在γ基体、γ′相和MC相中的分配,以及Hf对γ′和MC析出相的数量、组成和形貌的影响.结果表明:Hf主要进入γ′相和MC型碳化物,γ′相变为（Ni,Co）₃（Al,Ti,Nb,Hf）,MC碳化物变为（Nb,Ti,Hf）C.随着合金中Hf含量的增加,Hf进入γ′相的比例基本不变,进入MC相的比例逐渐增大,进入γ相的比例逐渐减小,即Hf在γ′和MC相的分配比R₁逐渐减小,在γ′和γ相的分配比R₂逐渐增大,R₁和R₂的平均值分别为1:0.1和1:0.05,这表明Hf主要分配在γ′相中,其次分配在MC相中.Hf促进γ′相和MC相析出,影响γ′相的尺寸和形貌,对MC碳化物的尺寸和形貌的影响并不明显.     

钼对Co-8.8Al-9.8W合金组织及其压缩行为的影响

为研究γ′相形态与二次相对Co-8.8Al-9.8W合金塑性变形行为的影响,添加钼(Mo)制备得到具有不同形态的γ′相与二次相的合金,采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)以及透射电镜(TEM)等技术对合金组织形态以及室温压缩行为进行研究。结果表明：两种合金抗压强度与塑性变形能力均处于相同水平,但具有立方状γ′相的0Mo合金的硬度显著高于具有球状γ′相的2Mo合金;0Mo合金在压缩过程中表现出为解理断裂,而2Mo合金为准解理断裂;球状γ′相在应力作用下发生了筏化,并且沿变形方向偏聚,立方状γ′相的形态与分布都无明显变化;2Mo合金中的富W二次相对位错运动有阻碍作用。     

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.     

一种含4.2%Re单晶镍基合金在蠕变期间的组织演化与变形特征(英文)

通过组织形貌观察及蠕变曲线测定,研究了一种含Re镍基单晶合金的高温蠕变行为。结果表明:含4.2%Re单晶合金在1060-1100℃温度区间具有较好的承温能力,但表现出较强的施加应力敏感性。经高温蠕变断裂后,在试样不同区域γ′相具有不同的组织形貌,在远离断口区域γ′相形成的筏状组织与施加应力轴方向垂直,而在近断口区域,筏状γ′相的粗化及扭曲程度的增大为该区域发生较大塑性变形所致。在蠕变后期,合金的变形机制是迹线方向为[011]和[011]的滑移位错切入筏状γ′相,主、次滑移系交替开动,使筏状γ′相发生扭折形成不规则的扭曲形态,直至发生断裂是合金的蠕变断裂机制。     

时效处理对镍基单晶高温合金显微组织和硬度的影响

针对不同γ′相体积分数(30%和60%)、经不同时间时效后(0、100、500和1000 h)的镍基单晶高温合金,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM),并结合纳米压痕试验研究了时效处理对镍基单晶高温合金微观结构和硬度的影响。结果表明,随着时效时间的增加,合金γ′相尺寸逐渐增大。γ′相体积分数为30%和60%的合金中γ′相的形态分别为球形和立方形,γ′相的形态并未随着时效时间增加而发生明显变化;同时,由于60%γ′相体积分数的合金难熔元素含量较高,在时效处理过程中产生了TCP相。时效后,两种沉淀体积分数的合金都呈现出显著的硬化效应,分析认为γ′相强化机制未发生转变。合金在压痕周围的堆积高度随着时效处理时间的增加逐渐增高,而堆积影响的范围逐渐减小。     

FGH96合金中γ′相的高温粗化行为

利用热力学计算、SEM分析研究了FGH96合金中的γ′强化相的高温粗化规律,并对γ′相的粗化行为进行了动力学分析。结果表明:随着合金中组元Nb和Ti/Al值的变化,FGH96合金中γ′相的溶解温度区间为1088℃~1125℃;在高温热处理过程中,随着保温时间延长,合金中小γ′相数量减少,单位面积内的γ′颗粒数目减少,大γ′颗粒数目明显增加,即发生了Ostwald熟化;γ′相粗化遵循L-S-W理论,即:r3∝t,γ′相的粗化激活能Q=293.6kJ/mol,γ′颗粒的粗化主要由Ti和Al在基体中的扩散所控制。     

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。