热处理对单晶镍基合金成分偏析与持久性能的影响

为了考察热处理工艺对成分偏析及持久性能的影响,通过不同条件的热处理及微区成分分析,研究了固溶温度对合金中枝晶臂/枝晶间区域难熔元素偏析的影响.根据DSC曲线分析、组织形貌观察及持久性能测试,研究了热处理工艺对合金持久性能的影响.结果表明：铸态合金中元素Cr、Co、Mo、Re富集于枝晶干,元素Al、Ta、W等富集于枝晶间,经高温固溶处理可明显降低难熔元素在枝晶臂/间的偏析程度.根据DSC曲线确定出合金的初熔温度为1325℃,并制定出合金的热处理工艺.经较低温度固溶处理,合金中难熔元素的偏析程度较大,形成的筏状γ′相与应力轴方向成45°角,合金具有较短的持久寿命;而经1320℃高温固溶处理,元素的偏析程度减小,可较大幅度地提高合金的持久寿命.     

固溶温度对8Cr4Mo4V轴承钢的中温相转变和力学性能的影响

在不同温度对8Cr4Mo4V钢固溶处理后在260℃盐浴中发生相转变而生成贝氏体组织,测定了钢的硬度和冲击韧性。使用扫描电镜、电子探针和光学显微镜等手段观察钢的微观组织,分析了合金元素扩散、贝氏体形核及贝氏体尺寸与固溶温度的关系,研究了固溶处理温度对力学性能的影响。结果表明,在1050℃和1065℃固溶处理后钢中的点状碳化物仍有剩余,阻碍了晶粒的长大;在1095℃和1110℃固溶处理后点状碳化物溶解,晶粒平均尺寸增大。固溶处理促使含Cr和V的碳化物溶解,但对含Mo碳化物的影响较小;高温固溶处理后Mo元素仍然存在于碳化物中,在基体中则较少。高温固溶处理使更多的Cr和V元素溶入基体中,降低了碳元素在基体中的扩散系数和贝氏体形核数目以及贝氏体的最终生成量,使贝氏体的组织粗化;随着固溶温度的提高,钢的硬度提高,而冲击韧性降低。     

尺寸稳定处理时8Cr4Mo4V轴承钢的相变及其对尺寸变化的影响

对8Cr4Mo4V轴承钢试样进行尺寸稳定处理,用扫描电镜观察不同阶段的组织,并测定热膨胀系数和升温期间的热流变化,分析相变的温度区间及其对尺寸变化的影响。结果表明:稳定处理过程中马氏体回火使尺寸减小,残余奥氏体转变使尺寸增大,马氏体分解使尺寸减小。一次稳定处理时,轴承钢中马氏体回火及马氏体分解占主导,导致尺寸减小;二次稳定处理时,残余奥氏体转变占主导,导致尺寸增大;三次稳定处理后,尺寸变化量较小,尺寸基本稳定。     

回炉料对K441合金性能及杂质元素含量的影响

通过采用真空感应熔炼法,对K441合金回炉料进行了四次熔炼,研究了回炉料对K441合金持久寿命、力学性能、杂质元素含量及微观组织形貌的影响.结果表明,经过四次回炉熔炼后合金的持久性能均满足标准的要求.合金的抗拉强度及塑性与新料合金相比变化幅度不大,但第四次回炉料合金的抗拉强度较高,这主要是由于Si元素的固溶强化作用所致.随回炉料合金回炉次数的增加,合金中的S元素含量降低,Mn含量变化幅度不大,P、Si元素含量增加.合金微观组织形貌观察表明,新料合金与回炉料合金中的碳化物均沿晶界分布,新料合金中晶粒内也存在部分碳化物.回炉料合金中的晶界存在杂质增加的现象.新料合金及回炉料合金中的γ'相数量相当,含量都较少,经多次回炉熔炼后合金中的γ'相尺寸减小.     

镍基高温合金铸件中的双氧化膜缺陷分析

铸件中的双氧化膜缺陷是典型的二维缺陷,面积在平方毫米级而厚度却是微米级,它不在x射线测量范围内,也不在超声波检测范围内,常规方法不易检测到这些缺陷.本研究中通过对镍基高温合金试棒断口扫描电镜观察,应用能谱、波谱仪测量观察点的化学元素,判定该区域是否为氧化物.扫描电镜观察结果揭示了膜状氧化物的存在.本研究证明了在一定的真空铸造条件下镍基高温合金铸件中存在氧化膜,为该缺陷的进一步研究提供了参考,也为如何消除该缺陷指出了方向.     

Re对镍基合金晶格错配度的影响

通过对不同Re含量镍基合金进行室温、高温X射线衍射谱线测定及持久性能测定,研究了Re含量及温度对镍基合金中γ、γ'两相晶格错配度及持久寿命的影响规律.结果表明:随Re含量增加,合金中γ、γ'两相的晶格常数增大,两相界面的晶格错配度及错配应力减小,致使蠕变期间合金中γ'相的筏形化速率降低,并可较大幅度地提高合金在高温区间的持久寿命.与γ'有序相比较,无序的γ相原子结合力较弱,且热容较大,致使其有较大的膨胀系数,故随温度提高,合金中两相的晶格错配度绝对值增大.合金中γ、γ'两相的晶格常数、热膨胀系数随温度变化服从指数规律;在试验的温度范围内,提出的数学表达式在高温区间,可较好地模拟γ、γ'两相的膨胀特性.     

预压缩镍基单晶合金拉伸蠕变期间的组织演化

采用预压应力处理使镍基单晶合金中的γ'相转变成P-型筏状结构,通过拉伸蠕变曲线测定和组织形貌观察,研究了该合金拉伸蠕变中的组织演化.结果表明:在拉伸蠕变初期,合金中的P-型筏状γ'相转变为N-型筏状结构.由于高温拉应力导致γ'/γ两相中元素平衡浓度发生变化及P-型筏状γ'相的不均匀粗化,促使P-型筏状γ'相发生分解出现沟槽;沟槽区域溶质元素化学位的提高引起的元素定向扩散是γ'相逐渐溶断成类立方体结构的主要原因.切应力分量使立方,γ'相与应力轴垂直界面的晶格收缩可排斥较大半径的Al和Ta原子,拉伸张应力使平行于应力轴界面的品格扩张可诱捕较大半径的Al和Ta原子,是促使γ'相定向生长成为N-型筏状的主要原因.其中,在拉应力作用下类立方,γ'相不同界面的应变能密度变化是元素扩散及γ'相定向粗化的驱动力.     

Microstructure Evolution of A Pre-compression Nickel-Base Single Crystal Superalloys During Tensile Creep

采用预压应力处理使镍基单晶合金中的γ’相转变成P-型筏状结构, 通过拉伸蠕变曲线测定和组织形貌观察, 研究了该合金拉伸蠕变中的组织演化. 结果表明: 在拉伸蠕变初期, 合金中的P-型筏状γ’相转变为N-型筏状结构. 由于高温拉应力导致γ’/γ两相中元素平衡浓度发生变化及P--型筏状γ’相的不均匀粗化, 促使P-型筏状γ’相发生分解出现沟槽; 沟槽区域溶质元素化学位的提高引起的元素定向扩散是γ’相逐渐溶断成类立方体结构的主要原因. 切应力分量使立方γ’相与应力轴垂直界面的晶格收缩可排斥较大半径的Al和Ta原子, 拉伸张应力使平行于应力轴界面的晶格扩张可诱捕较大半径的Al和Ta原子, 是促使γ’相定向生长成为N--型筏状的主要原因. 其中, 在拉应力作用下类立方γ’相不同界面的应变能密度变化是元素扩散及γ’相定向粗化的驱动力.     

一种含Re镍基合金在高温时效期间的组织演化

通过对一种含Re镍基合金进行1100℃长期时效处理及组织形貌观察,研究了时效处理对含Re镍基合金组织结构的影响.结果表明:元素W、Re可促进TCP相的析出.合金在1100℃长期时效期间,TCP相沿{111}晶面<110>方向以共格方式析出,在不同晶面多组针状TCP相可相互垂直、或互成60°角排列,并确定出析出的TCP相为μ相.在μ相析出的初始阶段,由于两相共格界面应变能的作用,使μ相沿γ′相的(111)晶面呈薄片状析出.随高温时效的时间延长,片状μ相增厚,两相界面失去共格,使晶格应变能降低;随后按界面能最小原理,μ相局部区域出现沟槽,可提高元素Re、W的化学位,其μ相不同区域的化学位之差促使元素扩散及μ相逐渐熔断,并直至发生球化,其中,两凸起μ相之间的界面张力σμ/μ是使μ相沟槽不断溶解加深及发生球化的驱动力.     

基于工作温度8Cr4Mo4V钢制轴承外套圈尺寸及应力变化特征分析

测定了8Cr4Mo4V钢制直壁圆筒形轴承外套圈在不同工作温度下内外径尺寸及表面残余应力的变化特征,分析了引起轴承外套圈尺寸变化和表面残余应力变化的因素,并对轴承外套圈进行了微观组织观察。结果表明,在不同工作温度下,保温300 h后轴承外套圈的尺寸均增加1~2 μm,轴承外套圈外径的尺寸变化量大于内径尺寸变化量;工作温度下残留奥氏体转变为马氏体,马氏体深度回火,均会使轴承外套圈内径表面残余压应力增加。工作温度为150 ℃时,内、外径表面残余压应力绝对值增加幅度最大,随着工作温度的提高,表面残余压应力绝对值增加幅度降低。轴承外套圈内外径表面残余压应力的增大是由于轴承钢中残留奥氏体转变为马氏体,发生体积膨胀引起的。马氏体发生深度回火导致体积收缩,外套圈内外径收缩尺寸量不同将引起内外径表面的残余压应力值变化不同,尺寸收缩将导致内径残余压应力增大,而外径残余压应力减小。