一种高Mo强化Ni3Al基单晶高温合金凝固行为的研究进展

与传统Ni基单晶高温合金相比,高Mo强化Ni3Al基单晶高温合金具有富Al和富Mo的成分特征,即该合金具有低密度的优势。本文总结了该合金的凝固特性,并发现高Al的成分特征显著提高了平均液相扩散系数,即Ni3Al基单晶高温合金的平均液相扩散系数为10-8 m2/s数量级,比Ni基单晶高温合金高1-2个数量级。同时,高Al和高Mo的成分特征决定了合金具有枝晶间初生γ''相和富Mo相的末期凝固行为,这与Ni基单晶高温合金的枝晶间析出物（γ/γ''共晶和γ''相）明显不同,但高Al和高Mo的成分特征对凝固特征温度的影响较小。Mo在凝固时显著偏析于未凝固的液相,该偏析行为将降低高Mo强化单晶高温合金的雀斑形成倾向。合金凝固特性的研究将为单晶制备工艺与工程应用奠定基础。     

Hf对一种镍基高硼铸造高温合金凝固行为及疏松情况的影响

研究了Hf的添加对一种镍基高硼铸造高温合金显微组织、凝固行为、疏松情况的影响。显微组织分析、差热分析(DSC)、等温凝固淬火试验结果显示,Hf在合金的凝固过程中强烈偏析于枝晶间区域,并在凝固末期以Ni5Hf相的形式从残余液相中析出；Hf的加入降低了合金的液/固相线温度、γ/γ′共晶相和硼化物析出温度,延缓了合金的凝固过程,加宽了凝固温度范围,显著增大了γ/γ′共晶相的含量。自主设计并浇铸一种薄壁管铸件,渗透检验结果显示Hf的加入使得薄壁管的疏松明显减少,合金的疏松倾向性显著降低。     

抽拉速率对含Ru镍基单晶高温合金凝固组织的影响

研究了不同抽拉速率对含Ru镍基单晶高温合金凝固组织的影响.结果表明,随着抽拉速率的加快,单晶合金的铸态组织由粗枝状晶向细枝状晶演变,枝晶干和枝晶间的γ′相尺寸减少,合金元素的偏析降低,γ-γ'共晶含量减少,NiAl基β相含量逐渐降低.同时,抽拉速率对合金的相变温度影响不大.     

一种高Mo强化Ni_3Al基单晶高温合金凝固特性的研究进展

与传统Ni基单晶高温合金相比,高Mo强化Ni_3Al基单晶高温合金具有富Al和富Mo的成分特征,即该合金具有低密度的优势。本文总结了该合金的凝固特性,并发现高Al的成分特征显著提高了平均液相扩散系数,即Ni_3Al基单晶高温合金的平均液相扩散系数为10~(-8)m~2/s数量级,比Ni基单晶高温合金高1~2个数量级。同时,高Al和高Mo的成分特征决定了合金具有枝晶间初生γ'相和富Mo相的末期凝固行为,这与Ni基单晶高温合金的枝晶间析出物(γ/γ'共晶和γ'相)明显不同,但高Al和高Mo的成分特征对凝固特征温度的影响较小。Mo在凝固时显著偏析于未凝固的液相,该偏析行为将降低高Mo强化单晶高温合金的雀斑形成倾向。合金凝固特性的研究将为单晶制备工艺与工程应用奠定基础。     

抽拉速率对DD5单晶高温合金定向凝固组织及偏析的影响

研究了高速凝固条件下抽拉速率对DD5单晶高温合金定向凝固组织的影响。结果表明：随着抽拉速率的增大,DD5合金枝晶组织逐渐细化,一次枝晶间距减小;偏析程度加重;γ′相尺寸减小且趋于规则的立方状,枝晶干γ′相的尺寸小于枝晶间;γ/γ′共晶含量、碳化物含量和显微疏松随抽拉速率增大而增加,而γ/γ′共晶和碳化物的尺寸减小。     

纵向静磁场对单晶高温合金DD483组织及蠕变性能的影响

在静磁场下进行高温合金DD483的定向凝固实验,研究了不同磁场强度对单晶镍基高温合金DD483凝固组织枝晶形貌、合金元素偏析系数、析出相和蠕变性能的影响.结果表明:纵向静磁场的施加使高温合金DD483单晶生长性受到破坏,强的磁场使得枝晶定向生长形态受到破坏,形成“雀斑组织”,对一次枝晶间距影响不大.施加磁场使得该单晶合金中合金元素的偏析降低;也使单晶高温合金DD483凝固态组织中γ’析出尺寸降低、碳化物和共晶组织尺寸和含量显著减小.同时磁场对该合金的单晶性和枝晶的定向生长行为的破坏使得合金的蠕变性能降低.     

以Mo代W对单晶高温合金组织、凝固特性与错配度影响的热力学研究

基于d电子原理,设计了高W强化Ni基单晶高温合金Alloy W和高Alloy Mo强化Ni基单晶高温合金Mo。热力学计算的结果表明,以Mo代W降低了γ'相的高温组织稳定性、液相线温度和固相线温度,但对结晶温度区间的影响较小。在单晶高温合金凝固过程中,以Mo代W降低了Al元素的显微偏析倾向,但对Re和Ta元素显微偏析行为的影响较小。同时,W和Mo在凝固时分别显著偏析于已凝固的固相和未凝固的液相。此外,以Mo代W增大了γ相和γ'相的晶格常数,并降低了γ/γ'错配度。     

隔热挡板厚度对DD6单晶高温合金凝固组织的影响

单晶凝固过程中隔热挡板的控制对温度梯度及温度场均匀性有重要影响,进而会影响到单晶凝固组织,因此需要对隔热挡板进行研究。采用第二代单晶高温合金DD6,研究了不同厚度隔热挡板对DD6单晶高温合金凝固组织的影响。结果表明,随着隔热挡板厚度增加,单晶凝固过程中温度梯度降低,但晶体生长方向与[001]偏离度变小。此外,随着隔热挡板厚度增加,DD6单晶高温合金一次枝晶间距增大,γ-γ′共晶含量和尺寸增加,枝晶干与枝晶间的铸态γ′尺寸略有增加,合金主要元素偏析加大。     

GH742y合金凝固偏析行为

采用组织分析和差热分析相结合的方法系统研究GH742y合金的凝固偏析行为和铸态组织形成规律。GH742y合金枝晶偏析严重,组织析出复杂:Cr、Co、W、V和Al偏析于枝晶干,而Nb、Ti和Mo等元素在枝晶间的富集导致一次和二次γ′相、(γ γ′)共晶、MC碳化物、M6C碳化物、Laves相和δ相的析出;稀土元素La和Ce的偏析导致Ni5Ce相和富氧硫稀土相的枝晶间析出。相分计算表明,严重的元素偏析以及大量富Nb和Ti相的析出是σ相和μ相等有害TCP相析出的主要原因。GH742y合金的凝固顺序为:γ基体、MC碳化物、一次γ′相、(γ γ′)共晶、Laves相、Ni5Ce相和M6C碳化物。     

Ru对一种高Cr镍基单晶高温合金凝固组织的影响

以一种新型高Cr镍基单晶高温合金为基础,调整Ru的添加量,通过对3种不同Ru含量合金铸态组织的观察,研究了Ru对合金相析出特征与元素分布规律的影响。结果表明,随着Ru含量(0、1.5%、3%,质量分数)的增加,合金一次枝晶间距与二次枝晶间距逐渐减小,(γ+γ′)共晶含量先增后降,γ′相尺寸逐渐变小;3%的Ru添加使合金凝固组织中析出β-NiAl相,该相除Ni、Al基本组成元素外,还包含一定量的Cr、Co和Ru;Ru对合金中其它元素具有典型的"逆分配"作用,β-NiAl相的析出降低了Ru对其它元素"逆分配"的影响程度;Ru提高了正偏析元素Ta、Al和负偏析元素Re的偏析程度,降低了正偏析元素Mo、Cr的偏析程度。     

GH4151合金的凝固偏析行为及均匀化热处理研究

GH4151合金是一种承温能力高达800℃的新型涡轮盘用铸锻变形高温合金,该合金在凝固过程中元素偏析严重,主要偏析元素包括Nb、Mo和Ti等元素,同时合金中包含大量的C元素,在熔炼凝固后期由于残余液相中的元素富集,枝晶间会析出大量有害相,包括（γ-γ′）共晶,Laves相,η相和MC碳化物。实验通过研究C含量对各偏析元素的影响发现,增加C含量可减轻Nb元素在枝晶间的偏析,此外,随C含量的增加枝晶更发达,枝晶间区域减少。随后通过研究在1160～1210℃不同温度下的均匀化热处理对各枝晶间析出相的影响发现,（γ-γ′）共晶和Laves相的熔点约为1180℃,η相的熔点约为1200℃,MC碳化物的熔点超过1300℃;同时,发现1170℃/16 h+1200℃/8 h双步均匀化热处理不仅可以消除铸锭中的偏析,而且避免了低熔点相过烧而产生的孔洞,使坯料更加有利于后续开坯变形。     

FGH95合金激光成形定向凝固显微组织与性能

利用FGH95合金粉末在DD3单晶基材和定向凝固镍基高温合金的择优晶面(与择优晶向垂直的晶面)上进行激光多层涂覆实验，得到了从基材外延生长的单晶涂覆层。涂层由细小柱状枝晶组织组成，枝晶一次间距约为10μm，二次臂退化。由于局部凝固条件的不同，枝晶干区域的γ′相为球形、枝晶间区的γ′相为立方体形态，尺度均小于0．1μm。激光涂覆层中的主要元素Cr和Co的偏析比基材铸态组织中的偏析大大减轻。对标准热处理后的试样进行分析表明：试样中的γ′相主要为方圆形，且尺度均匀。涂层中各元素的显微偏析比热处理之前有明显减轻。沿片状力学性能试样柱状晶生长方向进行拉伸，强度指标达到同种材料粉末冶金试件的97．9％，塑性超过粉末冶金试件。断口分析表明，FGH95合金的断裂机制为塑性断裂。     

二代镍基单晶高温合金DD5的组织演化和稳定性（英文）

研究含晶界强化元素碳、硼和铪的第二代镍基单晶高温合金DD5的组织演化和稳定性。利用光学显微镜、扫描电镜、电子探针、能量分散光谱和萃取试验研究DD5合金的铸态、热处理态和热暴露后的微观组织和成分。在铸态条件下,γ相为初生凝固相,枝晶间存在3种偏析相,其形貌取决于元素偏析程度。热处理后,枝晶杆内γ′相细小且立方化程度高,尺寸约为0.5μm,质量分数为61.685%,枝晶间存在不规则γ′相和MC/M23C6碳化物。经980°C、1000 h热暴露后,未发现TCP相析出,表明DD5合金在980°C具有较好的组织稳定性。     

C对镍基单晶高温合金DD90凝固组织的影响

研究了不同含量C对镍基单晶高温合金DD90凝固组织的影响。结果表明:随着C含量的增加,一次枝晶间距逐渐增大,凝固范围逐步扩大。随着C含量的增加,合金中碳化物数量逐渐增加。碳化物形貌从块状变为汉字体状,最后连接成复杂的骨架状。随着C含量的增加,γ/γ′共晶体积分数减少,粗大的初生相γ′减少。C的添加增大了Al的偏析,减弱了Re、Mo、W的偏析。     

Hf含量对DD6单晶高温合金铸态组织的影响

采用OM,SEM及EDS等方法研究了不同Hf含量对DD6单晶高温合金铸态组织的影响。结果表明,增加Hf含量,DD6合金凝固组织一次枝晶间距先增加后减小;共晶含量增加;枝晶干的γ′相无明显变化,枝晶间的γ′相稍有减小;合金的显微疏松无明显改变,合金元素偏析程度略有减小;合金含有颜色深浅明显不同的两种碳化物。     

Ru和Cr在一种无Re镍基单晶高温合金凝固过程中的作用

在一种高性能无Re镍基单晶高温合金中分别添加一定质量分数的Ru和Cr,通过DTA,OM,SEM和EPMA等分析方法,研究Ru添加以及Cr含量变化对无Re合金凝固特性的影响.结果表明,Ru添加会增加共晶面积分数,使铸态组织中析出富Ru相,富Ru相析出量随Ru和Cr的同时添加而大量增加;Ru添加能促进TCP相形成元素W向枝晶干偏聚,抑制Mo向枝晶间偏聚;Cr含量增加能降低W的偏析系数,但对Mo的偏析系数无明显影响;Ru和Cr会共同作用影响合金的凝固组织及偏析,从而影响合金热处理工艺的制定和合金的组织稳定性.     

抽拉速率对Co-Al-W基单晶高温合金凝固行为的影响EI北大核心CSCD

系统地研究抽拉速率(50~300μm/s)对Co-7Al-8W-1Ta-4Ti单晶高温合金枝晶间距、显微组织、显微偏析行为与凝固特征温度等凝固行为的影响规律;同时,基于Kurz-Fisher方程计算了单晶高温合金的平均液相扩散系数。结果表明,随着抽拉速率的提高,合金的一次和二次枝晶间距均显著细化。Co-7Al-8W-1Ta-4Ti合金的平均液相扩散系数与一代镍基单晶高温合金接近,低于高x(Al)/x(W)的CoNi基单晶高温合金,但高于含Re的二代镍基单晶高温合金。合金中Al、W、Ta和Ti元素的显微偏析倾向以及枝晶间析出相的面积分数均随着抽拉速率的提高总体呈现先增大(50~200μm/s)后降低(200~300μm/s)的趋势。随着抽拉速率的提高,合金的液相线温度基本不变,但固相线温度呈现先降低(50~100μm/s)后保持不变(100~300μm/s)的趋势。此外,抽拉速率未改变实验合金的凝固路径。     

拉晶速率对Ni3Al基单晶合金IC6SX凝固组织和高温持久性能的影响

采用螺旋选晶法制备Ni3Al基单晶合金IC6SX试棒,研究了不同拉晶速率对凝固组织和高温持久性能的影响.结果表明,Ni3Al基单晶合金IC6SX凝固组织为树枝状,随着拉晶速率从1.5 mm/min增加到6 mm/min,一次枝晶间距逐渐减小.与普通镍基高温合金不同,位于枝晶干处的次生γ'相尺寸比枝晶间处的大.随着拉晶速率的增加,枝晶干和枝晶间处的γ'相尺寸都逐渐减小,由不规则形状逐渐立方化,枝晶间处的初生γ'相的数量逐渐增多.一次枝晶间距和γ'相尺寸对高温持久性能影响显著,随着拉晶速率的增加,组织细化,铸态IC6SX单晶合金的高温持久寿命增加.     

C对镍基单晶高温合金DD90组织的影响

研究了不同含量C对镍基单晶高温合金DD90凝固组织的影响。结果表明：随着C含量的增加,一次枝晶间距逐渐增大,凝固范围逐步扩大。随着C含量的增加,合金中碳化物数量逐渐增加。碳化物形貌从块状变为汉字体状,最后连接成复杂的骨架状。随着C含量的增加,γ/γ′共晶体积分数减少,粗大的初生相γ’减少。C的添加增大了Al的偏析,减弱了Re、Mo、W的偏析。     

无铼镍基单晶高温合金的显微组织表征

采用螺旋选晶法制备一种新型无铼镍基单晶高温合金,研究金相腐蚀剂对合金显微组织的影响,以及合金元素的偏析和合金的显微组织。运用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电子探针(EPMA)、X射线衍射(XRD)、电化学萃取、电化学工作站以及图像处理软件Image pro plus(IPP)等技术方法,对镍基单晶高温合金进行表征和研究。结果表明:镍基单晶高温合金铸态组织由γ基体相、γ'强化相以及γ/γ'共晶相组成;不同的金相腐蚀剂会形成不同的显微形貌,这是由γ基体相和γ'强化相在相应腐蚀溶液中的自腐蚀电位决定的,对于γ'相体积分数的评估,应当选用腐蚀掉γ'相的图片用于计算;铸态镍基单晶高温合金偏析严重,Cr、Co、W元素偏析于枝晶干,Al、Ta元素偏析于枝晶间。