镍基铸造高温合金中合金元素的偏析规律

研究了用Ni-x二元相图来判断镍基铸造高温合金中合金元素x处于正偏析、负偏析或者基本不偏析状态以及偏析严重程度的可能性,并用实验验证了正确性。     

DZ68镍基高温合金的凝固偏析

利用硅-碳管炉制备凝固样品,采用金相显微镜观察DZ68合金的凝固过程,利用电子探针测定DZ68合金凝固过程中的元素含量,研究DZ68合金的凝固过程及合金元素、杂质元素的偏析行为.结果表明:DZ68合金的凝固过程主要在1 370～1 310 ℃内完成,合金的终凝温度介于1 180～1 200 ℃之间;DZ68合金中主元素W、Re、Ta、Al的偏析系数经测定分别为2.2、4.5、0.58和0.8,其中W和Re为强烈负偏析元素,Ta是强烈正偏析元素;有害杂质元素S、P、B和Si在枝晶间发生严重偏聚.热力学分析表明,这些偏聚的杂质元素在枝晶间可能形成Ni3P、Ni3S2和M3B2等低熔点化合物,从理论上解释了DZ68合金终凝温度降低的原因.     

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。     

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。     

Mg在铸造镍基高温合金In100相界上的偏析

应用电子探针、Auger能谱仪、透射电镜能谱等微区成分分析技术研究了铸造镍基高温合金In100中微量Mg在第二相中的分布。结果表明,微量Mg偏析于MC和γ′相界面,而在其内部没有富集;Mg在MC相界面上的偏析厚度大于在γ′相界面的偏析厚度;试验结果及理论分析表明,Mg不仅是晶界偏析元素,更重要的是相界偏析元素。     

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。     

抽拉速率对一种镍基单晶高温合金组织和偏析的影响

研究了抽拉速率对一种镍基单晶高温合金组织和成分偏析的影响。结果表明：随着抽拉速率的提高,一次枝晶间距与二次枝晶间距缩小,γ''相尺寸减小;γ/γ''共晶随着抽拉速率的提高,尺寸变小,但体积分数增加;同时,随着抽拉速率的提高,单晶成分偏析增加。     

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。     

Ta对IN617B镍基高温合金凝固组织及元素偏析的影响

IN617B镍基高温合金是700℃先进超超临界燃煤电站的主要候选材料.采用OM、SEM、TEM、EDS、EPMA和热力学计算等方法研究Ta对IN617B镍基高温合金凝固行为及组织的影响.研究结果表明:IN617B合金的凝固组织呈典型的树枝晶形貌,在枝晶间和晶界处分布着网状的M6C、板条状的M23C6和颗粒状的Ti(C,...     

碳对镍基单晶高温合金AM3凝固组织的影响

研究了碳(C)对第一代镍基单晶高温合金AM3显微组织的影响。结果表明,随着碳含量的增加,枝晶形貌和间距无明显变化,合金中共晶的数量明显减少,一次碳化物逐渐增多。该合金中一次碳化物形貌通常为块状、骨架状和汉字状。当含碳量较高时,碳化物形貌为由骨架状连接形成的网状碳化物(汉字状碳化物)。     

DZ125镍基高温合金高温持久断裂后的位错组态

研究了熔体超温处理工艺对DZ125镍基高温合金铸态及热处理态高温持久试样位错组态的影响.结果表明:铸态试样的高温持久寿命随熔体超温处理温度的升高而增加.热处理态试样的高温持久寿命随超温处理温度的升高表现为先增加后减少,当超温处理温度为1650℃时,持久寿命达到最大值.随熔体超温处理温度的升高,铸态试样位错密度增大且位错...     

横向磁场对镍基高温合金定向凝固组织的影响

研究了横向磁场对镍基高温合金DZ417G定向凝固显微组织的影响. 在较低生长速率条件下, 磁场显著影响合金的枝晶生长和宏观偏析. 施加磁场后一次枝晶间距减小并在沿磁场方向试样的左侧出现了“斑状”偏析. 随着生长速率的增加, 磁场的影响减弱. 从磁场在合金熔体中诱发热电磁对流, 并影响枝晶生长的角度对实验结果进行了分析.     

定向凝固工艺对高温合金DZ417G变截面疏松形成的影响

研究了定向凝固工艺对高温合金DZ417G模拟叶片变截面疏松形成的影响。结果表明,模拟叶片靠近中心圆柱一侧变截面疏松含量比靠近炉壁一侧高1个数量级。在一定浇注温度范围内(1480~1580℃),随浇注温度的升高,靠近中心圆柱变截面位置疏松含量先升高后降低,在浇注温度为1550℃时疏松含量最高;而靠近炉壁侧变截面疏松含量随浇注温度升高略有降低。在一定抽拉速度范围内(1~10 mm/min),随着抽拉速度的升高,靠近中心圆柱变截面位置疏松含量逐渐升高,而靠近炉壁位置疏松含量逐渐降低。根据以上结果,针对模拟叶片变截面位置提出了浇注温度、抽拉速度和显微疏松含量的对应关系。此外,定向凝固工艺对变截面疏松形成的影响主要是由固液界面前沿的温度梯度变化造成的。     

抽拉速率对定向凝固叶片状DZ125高温合金微观组织的影响

应用液态金属冷却(LMC)和高速凝固(HRS)定向凝固技术,对DZ125高温合金叶片状铸件在不同抽拉速率下的组织演变规律进行了研究,并对比研究了LMC和HRS法所得铸件的微观组织.结果表明,同一定向凝固方法下,随抽拉速率的提高,铸件枝晶组织及γ′析出相得到细化;应用LMC技术所制备铸件的枝晶组织和γ′析出相较相同抽拉速率HRS方法时更为细小;相同工艺参数下LMC和HRS方法所制备铸件一次枝晶间距的差异随铸件壁厚及抽拉速率的增大而更显著.通过对固/液界面前沿温度梯度进行估算发现,LMC方法可获得更高的温度梯度,且其温度梯度受抽拉速率变化影响较HRS更小.除70μm/s抽拉速率外,LMC法所得γ+γ′共晶组织的含量均显著少于HRS方法;70μm/s抽拉速率时,LMC法产生的偏析较严重,而其余凝固条件下偏析程度较相同工艺参数下HRS轻.110μm/s抽拉速率时,HRS方法较LMC方法制备铸件中MC型碳化物尺寸更大.     

直流电场对一种镍基单晶高温合金力学性能的影响

采用电场凝固技术在自制电场定向凝固装置上进行电场单晶生长，研究了直流电场对一种镍基单晶高温合金室温拉伸性能和高温持久性能的影响．结果表明，随着电流密度增大，合金的室温屈服强度明显提高，但抗拉强度无明显改善，且塑性降低；在980℃和221MPa条件下，高温持久时间显著延长，持久塑性得到改善．利用扫描电镜和电子探针对该合金的凝固组织、合金成分分布和断口形貌进行了分析．结果表明，直流电场引起枝晶间距及γ′相尺寸减小、成分偏析减轻，共晶和亚晶界减少．直流电场作用导致的γ′相尺寸减小及成分偏析减轻导致的γ／γ′错配度变化，对合金的屈服强度和高温持久性能的提高有贡献．     

镍基单晶高温合金瞬态液相连接接头的微观结构和结晶学取向

采用Ni-15Cr-3．5B非晶合金箔带作为中间层合金对镍基单晶高温合金进行瞬态液相（TLP）连接．利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜对接头的微观结构进行观察和分析,利用电子背散射衍射（EBSD）方法测定了连接区域和基体之间的结晶学取向．结果表明,接头区域由连接区、中间金属／基体金属界面扩散区和基体金属区组成,连接区中心形成M23B6＋γ和MB＋γ共晶,扩散区形成细小的A4382颗粒;均匀化处理后接头与基体的γ＇相的尺寸趋于一致;TLP接头等温凝固过程中,固／液界面向液相移动中外延生长,连接层与所连接的基体金属的结晶学取向一致．     

涂覆Ni-Cr-Al-Y涂层的镍基高温合金热机械疲劳行为

分别采取大气等离子(APS)和高速火焰(HVOF)工艺制备Ni-Cr-Al-_Y涂层.对涂覆Ni-C卜Al-Y涂层的高温合金试样的热机械疲劳(TMF)行为进行了研究.结果表明:在相同应变幅下,2种涂层试样都是反相位热机械疲劳(OP TMF)寿命比同相位热机械疲劳(IP TMF)寿命短;在不同应变幅下,试样的热机械疲劳寿命与涂层的喷涂工艺相关.通过断I=I和纵向剖面图的观察分析表明,裂纹的萌生对试样的寿命有很大的影响.     

Re和Ru对镍基单晶高温合金组织偏析的影响

通过对4种不同Re（3%—6%,质量分数,下同）和Ru（0%和3%）含量的镍基单晶高温合金铸态和热处理态组织的观察和成分分析,研究了Re和Ru对元素偏析以及热处理过程中组织演化的影响.结果表明,Re和Ru均会加剧铸态试样中的元素偏析,但经过固溶处理后,Ru对合金元素的残余偏析的影响不大.随着Re含量的增加和Ru的加入,热处理态组织中γ’相尺寸减小,形貌的立方程度明显增加.电子探针（EPMA）对成分的测量结果显示,Al,Ia和Ni偏析于γ;沉淀相,Re和Cr强烈地偏析于γ相,而Ru和W向γ相的偏析程度则相对较低.Re含量的增加明显增大了Re₁Cr,Co和W等元素向γ相的偏析,而Ru的加入则使得这些TCP相形成元素向γ相的偏析程度略有降低.     

纵向磁场对不同尺寸定向凝固高温合金DZ417G组织的影响

进行了外加纵向静磁场下高温合金DZ417G的定向凝固实验,考察了纵向磁场对不同尺寸试样凝固组织形貌的影响.结果显示,在温度悌度为70℃/cm,抽拉速率为5μm/s时,施加磁场后一次枝晶间距减小,并在试样边缘出现等轴晶组织;随着试样尺寸的增大,在试样边缘和中心的柱状枝晶组织遭到破坏,形成等轴晶组织,且出现"斑状"偏析.这些现象可归结为磁场在固/液界面前沿合金熔体中诱发的热电磁对流(TEMC)所致.     

THE SEGREGATION OF SULFUR AND PHOSPHORVS IN NICKEL-BASE ALLOY 718

1.IntroductionSurfaceandinterfacialsegregationiscurrentlyaveryactiveareaofresearch.Thisphenomenonhasbeenstudiedextensivelyinbinaryandternaryalloysll--31.Commercialsteelsandsuperalloysarecomplexsystemswithmanyelementalspecies.Whileimpuritysegregationhasbeenwidelystudiedinsteels,comparativelylittleisknownaboutthesuperalloys.Cleansuperalloyproductionisvanguardofthesuperalloyindustryandcleanlinesshasbeenbasicallyconsidetedintwocategories:inclusionsanddetrimentalelementsco.t.oll4].Sulfurandphospho…