DD6高温合金TLP焊接接头组织形成规律

采用镍基中间层合金,在真空钼丝炉中对第二代镍基单晶高温合金DD6进行了瞬时液相扩散焊(TLP焊)连接,焊接温度为1200℃、保温时间为12h。用标准热处理制度对其接头进行热处理,分析了热处理工艺对接头组织的影响规律。结果表明,设计的中间层合金熔点在1084~1095℃范围,组织细小均匀,满足DD6单晶的扩散连接需要;TLP焊焊缝组织由γ相和γ′相组成,无片状共晶组织形成;焊缝金属与母材结合良好,经标准热处理后γ′相发生明显的晶粒长大和立方化,并以典型的立方形形貌均匀弥散地分布于基体之中,形成了微观结构理想的扩散连接接头。     

CMSX-4单晶高温合金TLP接头组织与性能

采用含Si的BNi-5非晶箔片作为中间层合金对CMSX-4镍基单晶合金棒在放电等离子体烧结炉中进行TLP连接,采用SEM观测了TLP接头在不组织形貌特征,借助于EDS分析了TLP接头界面处的物相组成及其对接头力学性能的影响。采用常温和高温拉伸试验验证了不同焊接工艺条件对TLP接头性能的影响。结果表明,在1 200℃/5 k N/20 min工艺参数下可得到满意的TLP接头,此时组织分布较为均匀,常温抗拉强度达到了母材的95%,760℃高温抗拉强度达到母材的99%。     

MICROSTRUCTURE CHARACTERISTICS AND CRYSTALLOGRAPHIC ORIENTATION OF TRANSIENT LIQUID PHASE JOINT OF NI-BASE SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY

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M3B2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.     

W和Re对固溶态镍基单晶高温合金变形和再结晶的影响

镍基单晶高温合金固溶处理后,分别经过Brinell硬度计压痕和吹砂引入变形,热处理后观察再结晶,研究了W和Re元素对固溶态镍基单晶高温合金变形和再结晶的影响.结果表明,加入W和Re后,单晶高温合金变形后位错密度增大,位错缠结增多,再结晶形核时间滞后,即再结晶孕育期延长,再结晶深度明显减小.单晶高温合金经吹砂后,表面显微硬度明显增加,加入W和Re后,变形深度减小,再结晶晶界迁移速率最大值降低,且沿着再结晶深度方向,晶界平均迁移速率的变化与显微硬度变化趋势一致.     

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．     

取向偏差对镍基单晶高温合金钎焊接头组织与力学性能的影响

采用一种镍基合金钎料在1210℃、30 min条件下对0°+0°、0°+45°及0°+90°3种[001]取向偏差的CMSX-4单晶高温合金进行真空钎焊连接及时效热处理,研究热处理前后母材取向偏差对接头微观组织与力学性能的影响。结果表明,3种取向偏差接头的钎料合金区微观组织与相组成相似,均由γ-Ni、γ′、γ+γ′共晶、M_3B_2型硼化物、CrB、镍硅化合物以及γ-Ni+Ni_3B+CrB三元共晶相组成。钎料中的降熔元素B向母材扩散不明显,接头的扩散影响区未见脆性化合物相析出。接头经过热处理后,元素扩散均匀,脆性的化合物相减少。当焊缝两侧的母材存在取向偏差时,焊缝中心处可观察到连续的晶界。对3种取向偏差钎焊接头进行室温与高温拉伸性能测试可知,母材取向偏差对未热处理的钎焊接头的室温和高温拉伸性能无显著影响,但经过热处理后,母材取向偏差对接头的室温与高温强度影响较大。断口观察发现,断裂位置均为钎料合金区,而经过热处理后的取向偏差接头,裂纹在焊缝中心的晶界处萌生并扩展,导致断裂。     

Re和W对铸态镍基单晶高温合金再结晶的影响

对不同Re和W含量的铸态镍基单晶高温合金通过Brinell硬度计压痕变形,分别在1230~1330℃保温1 h,研究了难熔元素Re和W对合金再结晶行为的影响.结果表明,再结晶晶粒在压痕表面形成,并沿枝晶干向内扩展,晶界迁移受到枝晶间粗大g'相和g+g'共晶阻碍.添加Re和W提高了铸态单晶高温合金的g'相溶解温度和g+g'共晶含量,导致单晶高温合金的再结晶温度升高.热处理温度升高,各单晶高温合金的再结晶面积随着枝晶间g'相和共晶含量的减少而增大.相同热处理温度下,由于不同成分单晶高温合金枝晶间粗大g'相和g+g'共晶含量不同,不含难熔元素Re和W的单晶高温合金再结晶面积最大,含Re单晶高温合金的再结晶面积大于含W单晶高温合金,同时添加Re和W的单晶高温合金再结晶面积最小.     

镍基单晶高温合金TLP连接

采用自制的镍茯合金柔性布作为中间层合金对DD98单晶高温合金进行瞬态液相（TLP）连接,TLP连接在1473-1523K,0.5-24H真空条件下进行。利用光学显微镜、扫描电镜对接头的微观结构和化学成分进行观察和分析,利用电子背散衍射测定了连接层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、基体金属区组成,均匀化处理后的接头与基体上的γ‘沉淀相的尺寸趋于一致,连接层与基体之间的取向匹配良好。     

DD3单晶合金TLP扩散焊接头的高温拉伸性能和持久性能

为了实现DD3单晶合金叶片的优质连接,采用专为DD3设计的XH4A中间层合金,对DD3进行了TLP 扩散焊试验.在1 240℃/4 h的规范下扩散焊,并在焊后按母材热处理制度进行固溶时效处理,可获得致密完整的DD3合金扩散焊接头,焊缝组织与母材类似,接头760℃和900℃拉伸强度达到母材性能指标,760℃和1 040℃持久强度分别达到母材性能指标的90%和80%.还研究了扩散焊热循环对母材组织性能的影响,结果表明,DD3合金经1 240℃/4 h热循环后,再按母材标准热处理制度进行固溶时效处理,其组织和性能与标准热处理态完全相同.研究的DD3合金TLP扩散焊工艺可用于DD3合金实际叶片构件的连接.     

扩散时间对DD6单晶高温合金TLP接头界面组织的影响

采用厚度30μm的商用BNi2钎料为中间层,在钎焊温度1 100℃,保温时间20 min条件下实现了DD6单晶高温合金的TLP连接.研究了在温度1 180℃不同扩散时间对DD6单晶高温合金TLP接头界面组织的影响规律,重点分析了接头区域合金元素随扩散时间的分布规律.结果表明,随着扩散时间的延长,接头界面处形成的针棒状硼...     

Hf对第二代镍基单晶高温合金DD11高温低应力持久性能的影响

通过对4种不同Hf含量(0~0.80%,质量分数,下同)的第二代镍基单晶高温合金DD11铸态及热处理态组织定量表征与1100℃,140 MPa持久性能测试,研究了Hf对相转变温度、(g+γ')共晶组织、碳化物、微孔、凝固偏析、合金元素成分分配比及持久性能的影响.结果表明,添加Hf显著降低合金的固/液相线,降低微孔含量,提高铸态共晶组织体积分数、MC型碳化物含量以及凝固偏析程度.合金热处理后,随着Hf含量提高,固溶微孔含量显著降低、残余共晶和碳化物含量显著增加.添加Hf通过提高Re,Mo和Cr的成分分配比,增加γ/γ'错配度,减小γ/γ'界面位错间距,促进Re,Mo和Cr向γ相中偏聚,提高固溶强化效果,减小微孔含量等方式,显著提高DD11合金持久性能.但当Hf含量达到0.80%时,热处理后的残余共晶、碳化物含量较高,导致合金持久性能明显降低.     

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。     

DD6单晶TLP焊保温时间及硼元素扩散距离的理论预测

采用急冷Ni-8Co-4Cr-0.5W-3.2B中间层合金箔,对DD6镍基单晶高温合金进行了瞬时过渡液相扩散连接,连接温度为1200℃。理论分析了TLP焊等温凝固时间、固相成分均匀化时间及降熔元素硼向母材的扩散深度,其值分别为6.4 h、9.6 h和170μm。试验结果表明,在1200℃×12 h进行TLP焊连接,可以获得无共晶相产生的组织均匀的等温凝固焊缝;通过对接头进行后续的标准化热处理,焊缝中γ′相完全立方化,界面两侧γ′相晶粒尺寸相同,分布均匀,排列齐整,镶嵌于连续均匀的母材之中,γ′相的结晶取向与母材相一致,实现了DD6单晶扩散连接界面组织的单晶化。理论预测结果与试验结果相吻合。     

热处理工艺对700℃以上超超临界电站用镍基合金组织及性能的影响

通过改变固溶热处理温度、保温时间,对一种新型700℃以上超超临界电站用镍基合金冷轧后的热处理工艺进行研究,并借助金相显微镜、扫描电镜(SEM)和硬度等表征手段,揭示不同热处理制度对其组织及性能的影响规律。结果表明:随着固溶温度升高和保温时间延长,该新型高温镍基合金晶粒逐渐长大,硬度和抗拉强度下降;固溶温度超过1 100℃时,在晶界和晶粒内部均有少量MC等强化相析出;当固溶温度超过1 130℃或保温时间超过45 min,部分晶粒出现异常长大,组织不均匀性增加,碳化物析出相开始回溶;该新型高温镍基合金的最佳固溶热处理工艺制度为1 100℃保温30 min。     

两种热处理对镍基单晶高温合金CMSX-4微观组织和持久性能的影响

研究了第2代镍基单晶高温合金CMSX-4的标准多级预处理+固溶热处理(多级固溶)和一种超初熔点固溶热处理工艺对其组织、元素偏析和持久性能的影响。结果表明:合金经1280℃/1 h+1290℃/2 h+1300℃/6 h, AC+1140℃/4h, AC+870℃/16 h, AC多级固溶热处理(工艺1)后,元素偏析得到较明显改善,在980℃/250 MPa和1070℃/140 MPa条件下的持久寿命分别为207.50 h和280.84 h。工艺1的固溶热处理过程中形成较多固溶微孔,铸态微孔尺寸增大,这些显微孔洞在持久实验中成为合金的裂纹源,使合金发生微孔聚集型断裂,是CMSX-4合金发生持久断裂的关键原因。合金经1320℃/3 h, AC+1140℃/4 h, AC+870℃/16 h, AC超初熔点热处理(工艺2)后,改善合金元素偏析情况不如工艺1,但采用的固溶处理制度形成的微孔数量较少,持久寿命更高,在980℃/250 MPa和1070℃/140 MPa条件下的持久寿命分别为293.08 h和310.10 h。     

镍基单晶高温合金微观结构研究

以Ni-15Cr-3.5B非晶箔带为中间层,采用瞬态液相连接工艺对镍基单晶高温合金进行连接。采用电子扫描显微镜、光学显微镜、透射电子显微镜对液相连接接头的组织形貌进行分析观察,利用EBSD(电子散射衍射仪)对连接区和基体的结晶取向进行观测。结果表明,接头主要由基体金属区、基体/中间层金属界面扩散区和连接区组成,扩散区的主要组织为M3B2细微颗粒;连接区则是MB+γ′和M23B6+γ′的共晶相。     

两种热处理对镍基单晶高温合金CMSX-4微观组织和持久性能的影响

研究了第2代镍基单晶高温合金CMSX-4的标准多级预处理+固溶热处理(多级固溶)和一种超初熔点固溶热处理工艺对其组织、元素偏析和持久性能的影响。结果表明:合金经1280℃/1 h+1290℃/2 h+1300℃/6 h,AC+1140℃/4h,AC+870℃/16 h,AC多级固溶热处理(工艺1)后,元素偏析得到较明显改善,在980℃/250 MPa和1070℃/140 MPa条件下的持久寿命分别为207.50 h和280.84 h。工艺1的固溶热处理过程中形成较多固溶微孔,铸态微孔尺寸增大,这些显微孔洞在持久实验中成为合金的裂纹源,使合金发生微孔聚集型断裂,是CMSX-4合金发生持久断裂的关键原因。合金经1320℃/3 h,AC+1140℃/4 h,AC+870℃/16 h,AC超初熔点热处理(工艺2)后,改善合金元素偏析情况不如工艺1,但采用的固溶处理制度形成的微孔数量较少,持久寿命更高,在980℃/250 MPa和1070℃/140 MPa条件下的持久寿命分别为293.08 h和310.10 h。     

IC10单晶过渡液相扩散焊接头微观组织与力学性能

采用扫描电镜（SEM）和能谱分析仪（EDS）研究IC10单晶高温合金过渡液相（TLP）扩散焊接头微观组织演变．结果表明,接头由连接区和基体区所组成,连接区由等温凝同区和快速凝固区组成．快速凝固区可以通过延长保温时间的方法予以消除．随着保温时间从2h增加到8h,基体内的γ＇相尺寸达到了0．9μm．通过限制TLP扩散焊接头内晶界的形成,以及焊后固溶处理的方法可以有效提高接头的力学性能．在温度1000℃下,接头平均抗拉强度为507MPa．在温度1000℃、应力144MPa下接头持久寿命可达到120h以上．     

一种含Ru镍基单晶高温合金的组织特征

对一种含3%Ru(质量分数,下同)的第四代镍基单晶高温合金的热处理态组织中的γ′相尺寸及分布情况、亚晶及嵌镶结构、γ/γ′两相点阵错配度、γ′相体积分数等进行了表征.X射线衍射实验结果表明,该合金不是一种完整的单晶合金,而是由许多相邻平均取向偏差为0.5°左右、最大取向偏差为3°左右的亚晶组成,亚晶存在亚晶界.每一个亚晶又是由大量的嵌镶结构组成,嵌镶结构之间的取向偏差为0.1°-0.2°.实验结果表明,这种合金的热处理态组织中存在明显的组织不均匀现象,呈枝晶状分布.该合金的平均γ′相尺寸为0.39μm,平均γ′相体积分数为69.5%,平均γ/γ′两相点阵错配度为-2.0×10~3.讨论了这种合金热处理态组织的演变规律.     

Al含量对镍基单晶合金组织及持久性能的影响

研究了铝含量对一种镍基单晶合金铸态和热处理态显微组织的影响,测试了单晶合金的高温持久性能,利用金相显微镜、SEM、TEM、XRD等考察了持久断裂试样的微观形貌.结果表明,单晶合金的铸态组织由粗大的γ'、细小的γ'和γ组成,随Al含量的增加,粗大的γ'相数量增多、尺寸增大.固溶处理不能使粗大的γ'完全固溶,持久断裂裂纹主要在粗大的γ'/γ界面产生,并沿γ'/γ界面扩展,严重损伤合金的高温持久性能.