镍基高温合金U720Li的熔化和凝固过程原位观察

本文采用高温激光共聚焦显微镜（HT-CLSM）和差热分析（DTA）研究了U720Li镍基高温合金的熔化和凝固行为。HT-CLSM熔化过程原位观察表明，升温至1122 ℃时在部分(γ + γ′)共晶颗粒前沿发生了初熔，但温度超过1173 ℃时该熔池才开始迅速扩大；升温至1195 ℃时枝晶干处开始出现离散的斑点状熔池，且该熔池随温度的升高缓慢扩大；升温至1235 ℃时(γ + γ′)共晶开始熔化且随温度的升高该熔池向枝晶干迅速扩展，最终在1333 ℃枝晶完全熔化。HT-CLSM凝固过程原位观察表明，降温至1315 ℃时熔体开始形核凝固，并在1180 ℃左右凝固结束；固相转化速率随温度的降低先缓慢增加，再迅速增加到最大值，然后迅速降低并在凝固后期基本为零。DTA分析表明，铸锭中γ′相开始发生溶解的温度约为1047 ℃，铸锭完全熔化的温度约为1362 ℃。将HT-CLSM原位观察结果与本文及我们前期的DTA分析结果进行对比，发现前者的测试结果较后者低30 ℃左右。     

B对一种高Al+Ti镍基高温合金氧化行为的影响

采用真空感应炉制备不同B含量的U720Li合金铸锭并对其进行均匀化处理,研究了B对均匀化态U720Li合金1100℃恒温氧化行为的影响。结果表明,经高温均匀化处理后,不同B含量合金基体中的B均发生了严重损耗,表明在1100℃以上空气中热暴露时B会向氧化皮中迅速扩散;增加B含量降低了合金的氧化速率,减小了氧化膜附近基体中孔洞的体积分数及γ′分解区的厚度;高B和低B合金的氧化膜均分为3层:最外层主要由疏松的(Ni/Co)O、TiO_2和复杂尖晶石化合物构成,中间层主要为Cr_2O_3,最内层是不连续的Al_2O_3+TiO_2层。B提高均匀化态U720Li合金抗氧化性的主要原因是,增加B含量显著增加了Cr_2O_3层的厚度并改善其连续性,使其具有更强的保护性。     

Zr对一种高Al+Ti镍基高温合金均匀化过程组织演变的影响

采用真空感应炉制备了一种高Al+Ti含量镍基变形高温合金铸锭,然后将其重熔成三种Zr含量的铸锭。观察了这些铸锭的显微组织并对其进行了均匀化处理,重点研究了Zr对这类合金均匀化后显微组织演变的影响。结果表明,Zr对铸锭原始晶粒的尺寸和形貌没有明显影响。添加Zr显著促进了非平衡(γ + γ′)共晶和富Zr相在枝晶间析出,并且增加了枝晶间区域显微孔洞的形成。经均匀化处理后,三种Zr含量铸锭中的非平衡相完全溶解,枝晶偏析明显减轻,晶粒发生了明显长大,且Zr含量越高晶粒长大的越显著。三种Zr含量铸锭中显微孔洞的尺寸和面积分数均较原始铸态的明显增加,且Zr含量越高孔洞形成越多。Zr增加铸态合金中孔洞形成主要与Zr向剩余液相中的富集阻碍合金凝固有关。Zr促进均匀化过程中晶粒长大和孔洞形成的主要原因是,较多(γ + γ′)共晶和富Zr相的析出加剧了溶质元素间的相互扩散。     

W对难变形高温合金U720Li热塑性特征和γ′析出行为的影响

利用真空感应炉制备了三种W含量（1.02 wt.%、0.52 wt.%和0 wt.% W）的难变形高温合金U720Li铸件并对其进行了均匀化处理，重点研究了W对均匀化态U720Li合金热变形行为和开裂特征的影响。结果表明，W含量的减少导致均匀化炉冷态合金在1000 ℃的变形抗力逐渐降低，当W含量减少至0 wt.%时拉伸塑性大幅提高，断裂模式由沿晶断裂转变为沿晶-穿晶混合断裂。随着W含量的降低均匀化炉冷态和空冷态合金晶内的显微硬度均逐渐下降，γ′尺寸明显增大，体积分数逐渐减小。W对变形抗力和热塑性造成影响的主要原因是，W的减少不仅降低了固溶强化程度，还改变了γ′的特征，促进动态再结晶的发生。另外，本文揭示了W主要分布在γ基体中，并据此讨论了W对γ′析出的作用机理。     

镍基高温合金U720Li在750℃不同氧化阶段的恒温氧化行为

航空发动机涡轮盘服役温度的不断升高,对材料的抗氧化性能提出了更严苛的要求。U720Li合金是一种具有较高承温能力的涡轮盘用镍基高温合金,其长期服役温度高达750℃。阐明该合金在服役温度下的氧化行为,对延长涡轮盘的服役寿命具有重要意义。本文采用静态增重法测定了锻态U720Li合金在750℃的氧化动力学曲线,用XRD、SEM-EDS等手段分析了不同氧化阶段的氧化膜形貌、结构及元素分布。结果表明,U720Li合金在其服役温度下具有优异的抗氧化性能,在750℃的恒温氧化动力学曲线大致遵循立方规律,达到了完全抗氧化级别。分析认为,U720Li合金在氧化初期生成了疏松的γ-Cr₂O₃,随着氧化的进行,γ-Cr₂O₃层不断剥落,氧化膜变得更加连续致密并形成复杂多层结构,且在氧化膜附近基体内形成γ’贫化层。在稳定氧化阶段,氧化膜更加连续致密并形成规整的双层结构,包括致密的α-Cr₂O₃外氧化层和α-Al₂O₃内氧化层。连续致密的...     

一种高Al+Ti镍基高温合金在双相区和单相区的热塑性变形行为

高Al、Ti含量镍基变形高温合金开坯塑性的严重恶化已经成为制约其广泛应用的瓶颈。这类合金的热塑性特征受γ′析出相的显著影响,但以往关于γ′对其热变形行为影响的研究均未考虑晶界强化元素的干扰。本研究制备了一种不含C、B、Zr等晶界强化元素的高Al+Ti镍基变形高温合金铸锭并对其进行了充分的均匀化处理,重点研究了该合金在1060℃(γ/γ′双相区)和1170℃(γ单相区)的塑性变形行为。结果表明,γ单相区的变形抗力远小于γ/γ′双相区,且γ单相区的热塑性明显更好。有趣的是在γ单相区的流变曲线上出现了明显的屈服降现象,而在γ/γ′双相区并未出现。这可能由于在γ单相区有更多Al、Ti被释放,这些以溶质形式存在的Al、Ti能有效阻碍位错移动并最终将其锁定。在γ/γ′双相区和γ单相区开裂的模式均为沿晶开裂,说明在热加工过程中这类合金的晶界是最薄弱环节。当对数应变达到0.36时在γ/γ′双相区和γ单相区均已发生不连续动态再结晶(DDRX),且随着应变的增大DRX晶粒数量明显增多,但晶粒尺寸无明显变化。由于一次γ′对晶界具有钉扎作用,γ单相区的DRX晶粒尺寸明显大于γ/γ′双相区,但前者DRX晶粒的颗...