型壳保温方式对一种等轴晶镍基铸造高温合金组织和力学性能的影响

通过设计型壳保温方式改变合金凝固冷却速率,分析了凝固冷却速率对一种等轴晶镍基铸造高温合金K4750显微组织和室温拉伸性能的影响。设计的四种型壳保温方式包括填砂、试棒不包保温毡、包单层保温毡和包双层保温毡,型壳试棒处的凝固冷却速率大小顺序为：试棒不包保温毡≥填砂＞＞包单层保温毡≥包双层保温毡。标准热处理后,型壳填砂的试棒室温抗拉强度最高(1115MPa),试棒不包保温毡次之(1095MPa),包单层保温毡与包双层保温毡最差(分别为950MPa和952.5MPa)。室温屈服强度、延伸率和断面收缩率变化规律与室温抗拉强度相同。采用OM、SEM以及EBSD等方法表征合金显微组织,发现型壳填砂、试棒不包保温毡、包单层保温毡和包双层保温毡的试棒晶粒均为等轴晶,平均晶粒尺寸分别为176μm、167μm、325μm、315μm。填砂和试棒不包保温毡合金凝固冷速较快,形成的细小等轴晶在应力条件下易于协调变形,凝固过程形成的MC型一次碳化物更细小且主要呈块状,有利于抑制变形时微孔洞、裂纹的扩展,显著提高了合金室温拉伸性能。相反,型壳包单层和双层保温毡的合金凝固冷速较慢,形成的大尺寸等轴晶不利于晶粒间的协调变形,析出的大尺寸长条状MC型一次碳化物促进孔洞、微裂纹的萌生与扩展,使合金室温强度和塑性均显著下降。     

几种合金在450℃/23MPa超临界水氧化环境中腐蚀行为研究

采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等分析手段,对比研究了四种典型镍基耐蚀合金在450 ℃/23 MPa下Na3PO4、Na2SO4、NaCl超临界水溶液中的腐蚀行为。50 h后,合金表层均匀分布着短棒状、针状的腐蚀产物,主要组成为NiCr2O4,Cr2O3,NiO,Ni3(PO4)2,CrPO4和Na3PO4等。500 h后,腐蚀层的厚度明显增大,依据腐蚀层厚度的增大速度,四种合金的耐蚀性顺序为：X-1#>X-2#>625>C-276     

一种新型高温合金凝固组织和元素偏析行为研究

采用热力学平衡模拟计算、差热分析(DTA)和等温凝固淬火试验(ISQ)相结合的方法对一种新型镍基高温合金K4750合金的凝固组织和主要元素的偏析行为进行研究。结果表明,实际K4750合金的固相线温度为1270℃,液相线温度为1350℃,MC型碳化物析出温度为1320℃;凝固顺序为L→γ(1350℃),L→γ+MC(1320℃)。K4750合金在凝固初期凝固速度较快,液相体积分数下降明显,凝固后期速度开始变慢,在1310～1290℃温度区间内枝晶间连通残余液相开始断开,同时会有大块状的MC相析出,进一步阻碍液相的连通,从而极易导致合金凝固疏松的形成。合金中W、Fe、Cr的溶质分配系数大于1,富集于枝晶干,为负偏析元素;Ti、Nb、C、Mo的溶质分配系数小于1,富集于枝晶间的液相中,为正偏析元素。     

氮对K4169合金微观组织和力学性能的影响

采用Thermo-Calc模拟计算、差热分析和等温凝固淬火试验(ISQ)相结合的方法,借助OM、SEM、EPMA及TEM等表征设备,系统研究了氮含量对K4169合金凝固组织演变行为、元素偏析行为以及力学性能的影响规律。结果表明,氮含量从17μg/g增大到100μg/g,合金中碳化物、氮化物的体积分数增大,氮化物析出温度升高。氮含量会影响碳化物的数量和形貌:在氮含量50μg/g的合金中,MC型碳化物数量较多,尺寸较大且呈条状形貌;在氮含量为70μg/g和100μg/g的合金中大尺寸MC型碳化物数量显著减少,条型MC碳化物转变为块状。氮含量对K4169合金室温拉伸性能无明显影响,对高温持久性能影响很大。氮含量由17μg/g增大到100μg/g时,合金的高温持久寿命和延伸率分别从300 h和3%下降到2.26 h和2.34%。当氮含量超过30μg/g时,合金的持久性能发生显著下降,因此,K4169合金的氮含量应控制在30μg/g以内比较合理。     

浇铸制度对K4750合金室温拉伸性能的影响

K4750合金是一种新型铸造镍基高温合金，在700～750℃具有较为优异的力学性能，有望代替K4169合金使用。但是K4750合金的室温拉伸塑性波动性较大，合金室温拉伸性能、凝固组织和浇铸制度之间的关系尚不明确。本工作采用不同的浇铸温度和型壳冷却条件制备了多组K4750合金试棒，采用单轴拉伸测试了合金的室温拉伸性能，评价了合金室温拉伸性能对浇铸温度和型壳冷却速率变化的敏感性，并通过组织表征进行了机理阐述。结果表明，浇铸温度降低，合金晶粒尺寸显著减小，合金屈服强度小幅提高，塑性保持稳定；而当型壳冷却速率降低后，合金室温拉伸断后延伸率显著下降。这主要是由于型壳冷却条件显著影响了MC碳化物的析出特征。当冷却速率较低时，晶界析出粗大的长条状MC碳化物，其在应力作用下易于产生内部裂纹,加速合金晶界失效降低合金塑性。为优化K4750合金的室温拉伸性能，应重点关注型壳或铸件在浇铸后的冷却速率与晶界MC碳化物析出形态，抑制粗大晶界碳化物产生，提高晶界塑韧性。