镍基高温合金GH4282的凝固和偏析行为

采用差示扫描量热（DSC）分析、显微组织观察和热力学计算相结合的方法对镍基高温合金GH4282的凝固过程和元素偏析行为进行研究,得到了合金的凝固顺序以及元素偏析特征。结果表明,GH4282合金的凝固顺序为：γ基体、MC碳化物以及少量的硼化物。由DSC测得的合金GH4282合金的固-液相温度范围为1316~1367 ℃,MC、M6C型碳化物和γ′相的溶解温度分别为1338 ℃、1092 ℃和1003 ℃。热力学计算结果表明,GH4282合金在凝固过程C、B、Ti和Mo偏聚于枝晶间,Al偏析于枝晶干,Cr、Fe和Co几乎不发生偏析,这与铸态组织观察到的元素偏析特征是一致的。     

一种镍基单晶合金的凝固行为

采用等温凝固方法研究了单晶镍基合金的凝固区间,利用DSC测试了合金的凝固曲线。结果表明:实验合金的液相线温度约为1380℃,固相线温度约为1310℃。合金的凝固顺序为:Lγ,L MC;γγ′;Lγ+MC。单晶合金的铸态组织中,W偏析于枝晶干,Ti、Cr、Mo和Ta偏析于枝晶间,偏析程度为:MoTiCrTa,Al和Co几乎不发生偏析。1314℃1382℃1361℃1325℃     

铸造镍基高温合金IN792的凝固和偏析行为研究

采用等温凝固淬火试验(ISQ)与差热扫描量热(DSC)分析的方法对铸造镍基高温合金IN792的凝固过程和元素在固、液相中的分配进行研究,得到了合金的等温凝固组织、相析出顺序图、凝固特性曲线以及元素在不同温度下的偏析特性。ISQ结果表明:IN792合金的液相线温度为1328℃,开始析出MC碳化物的温度为1310℃,开始形成(γ+γ’)共晶的温度为1225℃,于1190℃开始析出二次γ’相。由DSC测得的合金宏观固相线温度(尚存体积分数5%残余液体)和由ISQ测得的微观固相线温度(终凝温度)分别为1250和1180℃,两者相差达70℃,这一温度范围往往是热裂缺陷形成的敏感区间。IN792合金在液相线下30℃范围内液体量锐减,析出了体积分数约85%的γ枝晶。1300～1270℃是合金枝晶间液体由连通转为断开的温度范围,它与铸件疏松形成密切相关。在1325～1190℃温度区间,IN792合金中元素W、Co分配系数大于1,倾向富集于枝晶干固相,为负偏析元素;Zr、Mo、Ti、Ta、Cr分配系数小于1,倾向富集于枝晶间液相,为正偏析元素;Al在凝固早期富集于液相而后来倾向于分布在枝晶干固相区,随着凝固温度降低逐步转变为负偏析元素。在1325～1210℃温度范围内,随着凝固温度降低,Al、Ni的分配系数升高,而Mo、Cr的分配系数降低。相反,在1210～1180℃温度区间,随着凝固温度降低,Ni、Al的分配系数降低,而Mo、Cr的则升高。     

铸态GH742合金的凝固特点及枝晶偏析

高合金化GH742合金存在严重的枝晶偏析,Nb、Ti大量偏聚于枝晶间,导致MC碳化物、(γ+γ′)共晶、Laves相、δ相等析出;高Mo含量及其枝晶间偏析是析出σ相的重要原因;La、Ce在枝晶间的富集促使含氧硫稀土相和Ni5Ce相的析出。与一般合金凝固特点不同,高含量Al、Ti、Nb导致GH742合金凝固过程中先后发生(γ+γ′)和(γ+Laves)两种类型的共晶反应。结合差热分析技术和凝固组织特点确定了合金的凝固温度区间为1346-1190℃,凝固顺序为γ、MC、(γ+γ′)、Laves、Ni5Ce。     

凝固界面形态对单晶高温合金组织与溶质偏析的影响

本文研究凝固界面形态对抗热腐蚀单晶镍基高温合金凝固组织与溶质偏析行为的影响。结果表明,当液-固界面形态由胞状向树枝状转化时,一次主干间距及溶质偏析程度急剧增大,而在树枝状凝固范围内则随凝固速度的增大而显著降低,一次主干间距愈大,溶质偏析愈严重,在一次主干间距达到极大值的粗树枝状组织中,在γ/γ′共晶组织前沿区域发现了一种高铬低熔点新型共晶组织。     

GH4151合金的凝固偏析行为及均匀化热处理研究

GH4151合金是一种承温能力高达800℃的新型涡轮盘用铸锻变形高温合金,该合金在凝固过程中元素偏析严重,主要偏析元素包括Nb、Mo和Ti等元素,同时合金中包含大量的C元素,在熔炼凝固后期由于残余液相中的元素富集,枝晶间会析出大量有害相,包括（γ-γ′）共晶,Laves相,η相和MC碳化物。实验通过研究C含量对各偏析元素的影响发现,增加C含量可减轻Nb元素在枝晶间的偏析,此外,随C含量的增加枝晶更发达,枝晶间区域减少。随后通过研究在1160～1210℃不同温度下的均匀化热处理对各枝晶间析出相的影响发现,（γ-γ′）共晶和Laves相的熔点约为1180℃,η相的熔点约为1200℃,MC碳化物的熔点超过1300℃;同时,发现1170℃/16 h+1200℃/8 h双步均匀化热处理不仅可以消除铸锭中的偏析,而且避免了低熔点相过烧而产生的孔洞,使坯料更加有利于后续开坯变形。     

镍基高温合金定向凝固斑点偏析的数值模拟研究

为了研究铸造高温合金中的斑点偏析，建立了描述多元合金凝固过程传输行为的数学模型。基于伪二元相图方法，模型给出了液相线温度与固相分数及液相多元溶质浓度的耦合关系式。利用该模型对Ni-5．8Al-15．2Ta（质量分数，％）合金铸锭的垂直定向凝固过程进行了模拟。结果表明：该模型能够反映多组元镍基高温合金凝固过程中斑点偏析的形成及发展过程。凝固界面前沿附近热-溶质双扩散对流引起的密度倒置，是诱发斑点偏析的主要原因。在糊状区中形成的偏析通道中，富集溶质从糊状区流向液相区，通道周围局部流动可以通过糊状区从液相区补充通道中的流动。凝固初期形成的通道不能稳定存在，多个通道合并促使局部凝固前沿优先生长，最终形成稳定的偏析通道。     

GH742合金等温凝固过程中偏析规律的研究

为了揭示高合金化难变形GH742合金在等温凝固过程中元素的偏析规律，利用SEM和EDAX及密度计算研究了该合金的显微组织和元素的偏析情况，并分析了相变对偏析元素及液体密度的影响。结果表明，在凝固过程中，GH742合金中的主要偏析元素是Nb和Ti，液体密度随凝固温度的下降而上升，在1330℃以下，一次碳化物的析出，使剩余液体中的合金元素发生重新分配，并由此导致局部液体密度的不均匀。     

一种铸造镍基高温合金的凝固行为

M963合金的凝固顺序为：L→L γ→L （γ‘ MC） γ→（γ γ‘) （γ MC） γ→（γ γ‘） （γ MC） γ γ‘；凝固组织呈树枝状结构，由γ固溶体基体。γ‘析出组及分布在枝晶间区的骨架状MC碳化物和（γ＋γ‘）共晶组成；碳降低合金的液相线温度和（γ＋γ‘）共晶温度，提高MC碳化物的形成温度，增加MC碳化物的体积分数，降低（γ＋γ‘)共晶的体积分数；高熔点元素W和Co在枝晶干偏聚，Al,Ti,Nb,Cr和Mo在枝晶间偏聚。     

碳和硼对高铼含量的定向凝固镍基高温合金元素偏析行为的影响

研究元素碳和硼对含铼镍基定向柱晶高温合金相转变温度、元素偏析和碳化物析出相的影响。结果表明：随着碳含量的增加,液相线温度逐步降低,而碳化物的析出温度上升。硼的添加造成合金液相线温度、碳化物析出温度和固相线温度均下降。随着碳含量的增加,铼元素的偏析先增大后减小,而其它元素的偏析程度变化并不是很大。铼、钨、钽的偏析随硼的加入而逐渐增大。合金中碳化物的形态主要为汉字体状,碳化物数量随着碳含量的增加逐渐增大。添加硼元素的合金中析出的碳化物较不含硼元素的合金中析出的碳化物更加集中和粗大。     

金属型铸造ZA73镁合金凝固特征和组织研究

用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射分析、差热分析等手段对低合金化τ型高锌镁合金ZA73的铸态显微组织和凝固特征进行研究.结果表明,金属型铸造ZA73合金的铸态组织由球状等轴α-Mg枝晶和在晶界以及枝晶间均匀分布的Mg32（Al,Zn）49化合物组成.结合DSC分析结果和Mg-Zn-Al三元液相面投影图,给出了熔体凝固过程中发生的相变反应和凝固序列.与高合金化τ型高锌镁合金ZA104相比,由于Al、Zn元素含量的降低,ZA73合金具有较高的液相线温度和较宽的凝固温度区间,分别为627℃和283℃,而第二相相变起始温度则低于ZA104合金,约为354℃.     

Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B合金钎料的微观结构和润湿性

利用SEM和XRD研究了Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B合金粉末钎料的微观结构,利用润湿测量系统研究了Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B合金熔体在镍基高温合金基片上的润湿行为。结果表明,Ni-Cr-Co-W-Mo-Ta-B合金由M23B6和镍基固溶体γ相组成,合金粉末呈球形,颗粒的剖面呈树枝状形态;合金熔体在1140℃和1160℃润湿镍基高温合金基片时,具有良好的润湿性。     

GH141合金的凝固偏析特性及均匀化处理

利用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析仪分析了经真空感应+真空自耗冶炼的GH141合金自耗锭的铸态组织及凝固偏析特性,并研究了均匀化处理温度和时间对GH141合金微观组织、析出相、元素偏析情况的影响规律。结果表明,GH141合金铸锭存在明显枝晶偏析,Ti、Mo偏聚于枝晶间,Al、Co、Cr偏聚于枝晶干;枝晶间主要析出相为MC和M₆C+M₂₃C₆碳化物。在均匀化过程中,随着均匀化温度的升高和时间的延长,枝晶组织消除、碳化物回溶、偏析元素逐渐扩散均匀;经1190 ℃×48 h均匀化处理后,合金成分基本均匀,大部分碳化物已回溶。     

GH4169合金铸态组织特征及均匀化处理工艺

通过CLSM、OM和SEM等测试方式,研究了GH4169合金铸态组织和均匀化热处理工艺对晶粒尺寸、析出相、氧化层厚度以及溶质元素均匀性的影响.研究表明,铸态组织枝晶间存在Laves相、δ相、γ′相和MC碳化物等析出相,主要偏析元素Nb在铸锭中心偏析最严重;在第一段1160℃ ×16 h,第二段1190℃ ×30 h均匀...     

高温合金差示扫描量热分析(DSC)的影响因素研究III：合金状态和升降温速率

摘 要：对固溶强化型镍基高温合金625进行升、降温差示扫描量热分析（DSC）试验,研究了同一合金不同状态（粉末态、粉末+热等静压态和铸态）以及升/降温速率（5-10℃/min）对相变温度的影响。采用场发射扫描电镜（FESEM）、电子探针（EPMA）对不同状态625合金的微观组织和元素分布进行表征。结果表明：（1）铸态比粉末态合金的枝晶间距大2个数量级,而热等静压态合金为无枝晶偏析的细等轴晶结构。（2）升、降温速率对DSC曲线中加热时基体开始熔化（等于固溶强化型合金的初熔温度）和冷却时开始凝固温度（偏离基线的拐点）无影响,但对合金加热熔化结束、冷却时大量凝固析出温度（峰位）和终凝温度（拐点）有明显影响。采用加热、冷却曲线相应相变温度平均值的方法可减少DSC试验和样品条件的影响,获得相对固定且更具可比性的合金相变温度。（3）合金状态对初熔温度和DSC升温曲线固相线温度附近的圆弧段有明显影响。根据DSC加热曲线固相线温度附近的圆弧大小可以判断合金的偏析倾向,弱偏析倾向的粉末态和热等静压态PM625合金DSC加热曲线固相线附近区域拐点尖锐,表现为合金开始熔化温度（偏离基线的拐点）与名义固相线温度（切线交点）差异很小,分别仅为5℃和6℃;偏析倾向较大的铸态IN625合金的DSC加热曲线中固相线温度附近区域为较大圆弧,开始熔化温度与名义固相线温度差异可达52℃。铸态625合金的初熔温度比热等静压态和粉末态分别低45℃和40℃,在实际热处理和热等静压等热工艺参数选择时应注意圆弧段较大的合金降低初熔温度的影响。在所有DSC冷却曲线中,由于完全熔化重新凝固消除了合金原始显微组织特征,不同状态625合金固相线温度区域附近曲线形态相似,均为较大的圆弧。     

镍基合金焊丝GTAW熔敷金属凝固偏析行为

采用OM,SEM,EDS,EPMA等分析手段对试制的镍基合金焊丝GTAW熔敷金属开展了凝固偏析行为研究.结果表明,熔敷金属中主要包括γ相、（Nb,Ti） C碳化物、Laves相等,金相组织主要为柱状晶,在枝晶间存在宽度约为5~10 μm的偏析区域;按照Scheil公式对EPMA分析结果进行了偏析系数计算,估算的Nb,Mo,Ni,Cr,Fe偏析系数分别为k_Nb=0.23,k_Mo=0.68,k_Ni=1.07,k_Cr=1.05,k_Fe=1.23,在结晶过程中Nb,Mo更倾向于分配在残余液相,Nb的偏析倾向最大,Mo次之,Fe更倾向于分配在固相中,Ni,Cr基本为固液平均分配.文中试验用镍基合金焊丝GTAW熔敷金属凝固结晶路径为L→L+γ→L+γ+MC→L+γ+MC+Laves相→γ+MC+Laves相.     

均匀化工艺对GH5188合金组织及力学性能的影响

利用JMatPro软件、金相显微镜、扫描电镜、能谱分析以及高温拉伸、高温压缩试验等方法,分析GH5188合金铸锭的溶质元素偏析规律、均匀化热处理过程的微观组织演变规律及均匀化过程对GH5188合金力学性能的影响。研究表明,GH5188合金的主要析出相为M₆C和M₂₃C₆,合金中的主要正偏析元素为W和Cr,负偏析元素为Ni和Co。采取1200℃×72 h的均匀化工艺,可以有效消除原始铸态块状析出相,消除W、Cr、Ni、Co等元素偏析,达到最合适的均匀效果。均匀化热处理后,GH5188合金的力学性能得到了提升,在1180℃拉伸、压缩条件下,抗拉强度达到158 MPa,变形抗力为244.29 MPa。