热处理工艺对S31042奥氏体耐热钢显微组织和力学性能的影响

研究S31042奥氏体耐热钢不同热处理工艺后的显微组织和力学性能。结果表明:随着时效温度由700℃上升到900℃,该钢的晶界M_(23)C_6型碳化物析出量增多,并逐渐呈现连续分布,冲击韧性显著降低,高温抗拉强度逐渐降低,屈服强度基本保持稳定,但900℃时效热处理后屈服强度略微增加;当时效温度由900℃上升到1000℃,该钢晶界碳化物析出量减少;高温抗拉强度变化不明显,屈服强度有所降低,冲击韧性提高;相比于拉伸过程中的低应变速率,在瞬时冲击高应变速率条件下,晶界M_(23)C_6相的聚集析出造成沿晶开裂倾向增加。     

MAR-M247合金高温断裂机制的原位研究

利用原位高温拉伸台在扫描电镜中研究了镍基铸造高温合金MAR-M247在室温、400 ℃与760 ℃拉伸过程中的动态组织演变和断裂机制。原位测试结果表明,在室温到760 ℃范围内,MAR-M247合金的屈服强度与抗拉强度随温度的升高略有下降,拉伸塑性略有提高。室温原位拉伸过程中,并没有出现滑移带;400 ℃与760 ℃的原位拉伸,只在样品断口附近存在少量的滑移带。随拉伸温度的提高,合金的断裂机制并无明显变化,均表现为韧性穿晶断裂。合金的微裂纹主要来源于变形过程中碳化物的破裂,晶内与晶界都存在因碳化物破裂而形成的微裂纹。     

GH4169合金的研究新进展

GH4169合金是沉淀强化型镍铁基高温合金,在航空发动机、石油、核工业等领域已得到广泛应用。以往研究表明,当使用温度超过650℃时,其主要强化相γ"会发生相转变,使强化相的体积分数和强化效应下降,限制了合金在更高温度领域的应用。本研究在总结GH4169合金组织、析出相特征和相关性能的基础上,介绍δ相的析出和分布与合金性能的关系,总结了该合金的成分改性特点,对该合金在700℃甚至更高温度/低应力下长期使用的可能性做出了展望。     

一种超超临界电站用镍铁基高温合金凝固和析出相的热力学评估

利用热力学计算软件JMat Pro和镍铁基合金数据库,计算分析了一种新型γ′相强化镍铁基高温合金的凝固特征温度和热力学平衡相的析出行为;评估了调整γ′相形成元素Al、Ti,抗蚀元素Cr和C含量对合金凝固特征温度和相析出行为的影响。结果表明:合金主要相组成为γ、γ′、MC和M_(23)C_6;随着Ti和Al含量的提高,γ′相的析出温度和含量增加,Ti元素的影响更显著;Cr含量的增加会降低合金液相线、固相线和M_(23)C_6相的析出温度并致M_(23)C_6相的析出含量先增加后减小;增加C含量会减小合金的结晶温度间隔、提高MC和M_(23)C_6相的析出温度和析出含量。本模拟研究结果将为合金的优化设计提供参考。     

热处理对新型Ni-Fe基高温合金烟灰/气腐蚀行为的影响

以针对700℃超超临界燃煤锅炉用高温耐热材料而开发的一种新型Ni-Fe基合金为研究对象,利用扫描电子显微镜(SEM),能谱分析(EDS)及X射线衍射(XRD)等方法分析合金组织结构、腐蚀产物形貌、元素分布和腐蚀产物物相,研究两种热处理制度对合金在模拟锅炉烟灰/气环境中高温腐蚀行为的影响。结果表明,750℃腐蚀500 h后,两种热处理试样表面氧化膜结构完整,腐蚀产物基本一致,主要为富Fe、Cr氧化物,另有少量Al2O3、Ti O2及Ti、Mo的内硫化腐蚀产物,但截面腐蚀形貌差异较大。由不同热处理造成的合金组织结构的变化影响了合金的腐蚀速率,腐蚀前400 h内,1#试样氧化膜较厚,腐蚀增重较大,400 h后,沿晶界内腐蚀现象的加剧导致2#试样的腐蚀增重曲线与1#趋于一致。     

一种第三代镍基单晶高温合金铸件截面突变处的杂晶形成过程

以一种第三代镍基单晶高温合金模型叶片为研究对象,采用ProCASTCAFE数值模拟方法并结合HRS定向凝固实验,考察了不同抽拉速率与突变截面尺寸时,铸件截面突变处的温度场分布以及晶粒组织演化过程,分析了抽拉速率与突变截面尺寸对杂晶形成的影响规律。结果表明,增大抽拉速率与突变截面尺寸会显著改变凝固界面处的温度场分布,造成了突变截面边缘局部过冷区的形成,使得杂晶在该处形核长大。随着抽拉速率和突变截面尺寸的增大,杂晶数量增多且尺寸增大。     

液态金属冷却法制备DD403合金过程温度场和晶粒组织的数值模拟

采用ProCAST和CAFE模型模拟了镍基单晶高温合金DD403定向凝固过程中的温度场及晶粒组织。研究了抽拉速率对变截面单晶铸件杂晶形成和铸件板身固液界面形状和位置的影响规律,得到了单晶铸件不出现杂晶的最大抽拉速率——临界抽拉速率(V c)。结果表明,当采用150μm/s的抽拉速率时,对于液态金属冷却(LMC)技术,铸件平台的凝固顺序是从中心到两边,杂晶形成倾向较小;而在高速凝固(HRS)条件下,铸件平台的边缘首先冷却,平台边缘容易出现大的过冷而产生杂晶。在本实验条件下,采用HRS技术,临界抽拉速率不得高于125μm/s;采用LMC技术,最大抽拉速率不宜超过150μm/s,否则可能会在螺旋段或平台处形成杂晶。当抽拉速率为150μm/s时,采用LMC法获得的板身部位的轴向温度梯度(G a)是HRS法的2倍多;一次枝晶臂间距(PDAS)减小了1/3~1/2,且沿铸件轴向的轴向温度梯度和一次枝晶臂间距均较HRS均匀。当抽拉速率在50~200μm/s范围内增大时,采用LMC技术,铸件板身的固液界面始终保持平直且逐渐下移至隔热挡板中部;而HRS条件下,固液界面逐渐下凹并下移至挡板下方。     

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。     

镍基高温合金胞状枝晶界面定向凝固过程中的双晶竞争生长

通过籽晶法控制晶体取向,研究了双晶镍基高温合金AM3胞状枝晶界面定向凝固过程中的双晶竞争生长。结果表明,两籽晶<001>取向的相对位置对晶粒竞争生长有很大的影响。双晶<001>取向在不同平面时,晶粒竞争生长的主要方式是通过物理阻挡,在晶界处处于阻挡优势的晶粒在竞争生长中胜出。对双晶的<001>取向在同一平面时,两籽晶以大角度背离发散生长时,在双晶的发散区容易生成杂晶。     

镍基单晶高温合金螺旋选晶过程的数值模拟

采用ProCAST & CAFE模型,模拟了选晶法制备镍基单晶高温合金DD3过程中的晶粒组织演化。结果表明,选晶器引晶段的主要作用是优化晶粒取向,随着距引晶段底部距离的增加,<001>晶向与热流方向偏离角较大的晶粒逐渐被淘汰,到达距引晶段底部26 mm处时,<001>取向的晶粒与热流方向之间的夹角平均值小于10°。螺旋选晶段的主要作用是获得单一晶粒,其对晶粒的取向没有优化作用。螺旋选晶过程中,靠近螺旋通道外侧的晶粒因受到螺旋通道较强的几何阻碍逐渐失去生长空间,而靠近螺旋通道内侧的晶粒通常被选为最终的单晶。螺旋选晶段对晶粒的选择或淘汰与该晶粒在螺旋通道内所处的位置（螺旋通道的内侧或外侧）有密切关系,而与晶粒的晶体学取向没有必然联系