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。     

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.     

CALPHAD技术在Co基粘结层合金制备中的应用

利用CALPHAD方法预测了Co基粘结层合金元素对相组成的影响,计算结果表明:Al对β′和γ相的析出量影响显著,Cr对σ相的析出量影响显著,从而确定了Al和Cr元素合适的成分范围分别于13%和22%附近。在此基础上计算了设计成分合金的相组成随温度的变化规律,结果表明:合金于1208℃开始从基体β′相中析出γ相,974℃时,γ含量达到最高,随后将析出脆性的σ相。依据此相转变规律建议给出了合金的热处理工艺,1300℃固溶,结合1000℃时效处理。采用真空感应熔炼制备合金样品,铸态合金经上述热处理后得到β′+γ的两相组织,合金元素的偏析明显改善,非晶组织基本消除,得到较为理想的热障涂层粘结层用Co基合金靶材。     

Ru对镍基单晶热暴露组织演变及持久性能的影响

对比研究了不含Ru的USTB-F7及添加2.5 wt％ Ru的USTB-F8两种镍基单晶高温合金的组织稳定性和持久性能.标准热处理与1100℃长期热暴露组织研究表明:合金USTB-F7中γ′相形貌介于球形和立方形之间,属中间态形貌;热暴露2000 h后,其形貌仍保持稳定,仅发生粗化而未发生筏排化.Ru的添加使Re元素在γ/γ′中的分配比增大,提高了合金USTB-F8的γ/γ′点阵错配度和γ'相的立方度,从而加速了长期热暴露过程中的筏排化进程,经2000 h热暴露发生了明显的筏排化现象.同时,合金USTB-F7热暴露700 h后在枝晶干处析出了富集Re、W和Cr元素的TCP相,Ru的加入有效地抑制了TCP相的析出,合金USTB-F8直至2000 h仍未析出TCP相.1100℃/140MPa持久性能测试表明,Ru显著提高合金的持久寿命,这与Ru增加合金中的y相体积分数和γ/γ′点阵错配度,促进筏排组织的形成,并减小时效组织中的γ通道宽度有关.     

新型低钴铸造镍基高温合金的相析出行为研究

利用热力学计算软件JMatPro和差示扫描量热实验,研究新型低钴铸造镍基高温合金的相析出行为,并与实际铸锭的组织、成分进行对比。结果表明,低钴合金铸态组织主要包括γ（基体）、γ′、碳化物（MC、M6C）和γ+γ′共晶组织（体积分数约13.9%）,凝固过程中Ta和Hf出现正偏析。DSC测试得出合金初熔点、终熔点和γ′相回溶温度分别为1349.6℃、1300.1℃和1272.1℃,理论计算与实验结果基本一致。热力学计算显示Al、W含量增加能够分别提高γ′和M6C型碳化物的析出量与回溶温度,Hf、Ta元素能增大MC型碳化物的液析倾向,新型低钴合金的预期持久性能优于现有商用镍基多晶铸造高温合金。     

难变形高温合金GH4975的铸态组织及均匀化

应用FESEM、EBSD、萃取相分析及热模拟压缩等实验方法研究了难变形高温合金GH4975的铸态组织,铸态热压缩及均匀化过程中的组织演变。结果表明,GH4975合金铸态组织的主要析出相为γ′相、一次MC碳化物相及共晶相。合金中的主要偏析元素为Ti、Nb和W。铸态合金经热压缩后极易开裂,开裂主要由一次碳化物、共晶相及一次粗大γ′相的不协调变形导致。经1180℃、50 h均匀化热处理后,合金中的元素偏析完全消除。在1180℃均匀化过程中除共晶相回溶外,一次碳化物的数量和形态发生了明显的变化。均匀化后合金中的强化相和一次碳化物发生了综合互协调作用,使合金的热变形能力显著提高。     

新型难变形高温合金эк151的组织特征及平衡析出相热力学计算

利用场发射扫描电子显微镜对其铸态组织进行了观察,并通过热力学计算,对该合金中成分对平衡相析出的影响规律进行了研究。结果表明,эк151合金凝固过程中,Mo、Nb和Ti等元素在枝晶间偏析,并形成大量γ′+γ共晶相。合金主要析出相为大量的γ′相、少量的一次、二次碳化物和硼化物以及μ相。其中强化相γ′多成立方状,800℃下平衡态质量分数含量高达50%左右。当成分在规定范围波动时,对熔点影响最大的为Cr、Mo、Nb和Ti;而Al、Ti和Nb含量变化均会影响到γ′相的析出量及析出温度;Cr、Mo含量变化还会影响到二次碳化物的种类,Ti、Nb、C虽然是一次碳化物MC的主要形成元素,但是成分范围内对其析出温度影响并不明显。影响μ相析出温度和析出量的主要成分为Cr、Mo和W。     

热过程对IC21单晶合金组织和力学性能的影响

利用光学显微镜和扫描电镜对IC21单晶合金的铸态、热处理后和不同热过程后的组织进行了观察,检测了铸态、热处理态和不同热过程后合金的高温拉伸和持久性能,研究了热处理和热过程对IC21合金组织演变和力学性能的影响。结果表明,IC21合金的铸态组织呈树枝晶状,由γ′相、γ相以及枝晶间的粗大γ′相和NiMo相组成,枝晶干上γ′相尺寸比枝晶间的γ′相尺寸大。1315 ℃/6 h/充氩冷却+两次时效热处理后合金未实现完全固溶,枝晶干上部分铸态γ′相在固溶时未完全溶解,枝晶间仍存在粗大γ′相,持久性能与铸态相比有明显提升。热过程后,γ′相明显长大,立方度略有降低,枝晶间和枝晶干的γ′相尺寸差距减小,并且有针状相析出。合金的持久寿命与热处理态相比,稍有降低,抗拉强度有所提高。     

含Ru镍基单晶高温合金显微组织和持久性能研究

采用扫描电子显微镜、电子探针和持久性能测试等手段,研究了一种含Ru镍基单晶高温合金的显微组织、偏析行为和持久性能。结果表明,铸态下,Re、W和Ta、Al分别强烈偏析于枝晶干和枝晶间,而Ru及其他元素分布趋于均匀。标准热处理后,合金枝晶干处的γ′相均呈立方状,体积分数和尺寸为63%和0.48μm。合金在980℃/250 MPa、1 100℃/140 MPa和1 120℃/135 MPa条件下的持久寿命分别是364 h、125 h、78 h。长期热处理后,γ′相发生长大粗化,至500 h,发生筏排,但未析出TCP相,表明合金具有较好的组织稳定性;至300 h,合金在1 120℃/135 MPa条件下的持久寿命降至56 h。     

热等静压处理对K439B高温合金显微组织的影响

对K439B合金进行了1165 ℃/150 MPa,4 h热等静压处理,采用光学显微镜和扫描电镜对比研究了铸态和热等静压态K439B合金的显微组织。结果表明:铸态K439B合金存在0.25%的显微疏松,热等静压后显微疏松基本消除(0.013%)。与铸态相比,经过热等静压处理后合金中的γ/γ′共晶组织体积分数和尺寸减小,各元素分布更加均匀,凝固偏析系数均更接近1。铸态K439B合金枝晶干处γ′相尺寸和体积分数分别是116.9 nm和17.8%,枝晶间部位γ′相尺寸和体积分数分别为244.4 nm和24.9%。热等静压后合金枝晶干部位的γ′相尺寸及体积分数分别为148.0 nm和17.5%,枝晶间部位γ′相尺寸和体积分数分别为159.1 nm和22.8%。热等静压处理使合金枝晶干、枝晶间部位的γ′相尺寸、体积分数和形貌接近,同时γ′相分布变得均匀。     

980 ℃长期时效对DD15单晶高温合金组织稳定性的影响

采用选晶法在真空高梯度定向凝固炉中制备第四代单晶高温合金DD15试棒,热处理后在980 ℃分别时效400、800、1200、1600、2000 h,研究不同时效时间的合金组织。结果表明:合金的热处理组织由立方化较好γ′相和基体γ相组成。随着980 ℃时效时间增加,γ′相合并长大仍保持立方形状,基体通道的宽度增加;时效1600 h时,未有TCP相析出;时效2000 h时,析出极少量TCP相,合金具有良好的组织稳定性;合金中较多的Re、W、Ta、Mo、Nb等高熔点元素能够抑制γ′相长大,Ru元素能够抑制TCP相的析出,合金具有良好的组织稳定性。     

合金元素对β-γTiAl合金热处理组织的影响

以Ti-Al-M三元合金(M为V、Mo强β相稳定元素)为对象,研究了合金元素V、Mo、Al对其铸态组织以及不同热处理条件下显微组织的影响。增加β相稳定元素可以将β相保留在室温,但是仅通过降低Al含量而获得β相凝固合金(Ti-38Al),铸态组织中不含β/B2相。Al含量较高时,添加β相稳定元素仍不能消除枝晶偏析。在合金淬火组织中,增加V、Mo元素或者降低Al元素含量可以发生马氏体转变。在双步热处理过程中,由于1320℃淬火的过饱和作用,Ti-Al-Mo合金经过1200℃随炉冷却后,组织内将会同时析出β相和γ相,形成β+γ的混合组织。     

热处理对新型镍钴基高温合金组织及硬度的影响

利用CALPHAD方法设计了3种不同(W+Ta)含量的新型镍钴基高温合金,并根据平衡相图确定合金固溶及时效处理制度。利用OM、SEM以及EDS等手段对新型镍钴基高温合金热处理后的微观组织特征进行了分析。结果表明,3种镍钴基高温合金,铸态组织均由γ相、γ′相、γ+γ′共晶组织及碳化物组成,γ+γ′共晶组织呈放射状。经固溶处理后,铸态一次γ′相完全消除,800℃时效后析出三次γ′相。随着时效时间的增加,合金中γ′相尺寸增大,合金的硬度也呈上升趋势,但W+Ta含量高的合金在800℃时效析出的γ′相发生了分裂,硬度先增加后减少。     

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.     

Re含量对DD15单晶高温合金显微组织和持久性能的影响

在定向凝固炉中制备了3种不同Re含量（5%,6%,7%,质量分数）、其它合金元素相同的第4代单晶高温合金DD15,将其完全热处理后在1100℃长期时效1000 h,在1100℃/137 MPa条件下测试合金的持久性能。研究了Re含量对DD15单晶高温合金组织稳定性和持久性能的影响。结果表明,随着Re含量增加,γ′相尺寸减小,其体积分数和立方化程度稍有增加,长期时效时γ′相粗化、筏排化速率和TCP相析出量增加,合金的组织稳定性降低。合金的持久性能随着Re含量增加而显著降低。3种断裂试样中均发现了TCP相,其含量随着Re含量增加而增多,这是合金持久性能随Re含量增加而降低的主要原因。γ/γ′相界面位错网密度随着Re含量增加而增加。Re元素在γ基体中有强烈的偏析倾向,分配比随Re含量增加而显著升高。随着Re含量增加,合金的晶格错配度向负方向增加。     

钌对一种单晶高温合金980和1160℃下TCP相析出影响的两面性（英文）

为研究Ru对高代单晶高温合金组织稳定性的影响,制备分别含有6%和4.5%Ru(质量分数)的2种单晶高温合金D1和D2,完全热处理后置于980和1160℃下进行200h的长期时效,分析合金长期时效后的显微组织、不稳定拓扑密排相(TCP)成分及晶体结构。结果表明:980℃时效200 h后,含Ru较多的D1合金中TCP析出量显著多于D2合金;1160℃时效200 h后,D1合金中未观察到TCP相,而D2合金中观察到少量TCP相;2种合金析出的TCP相为同一种TCP相,Ru为其主要形成元素之一。结合d电子能级计算和热力学计算分析表明:Ru对单晶高温合金TCP析出的影响具有两面性。一方面Ru含量提高会使合金d电子能级增大,增加合金TCP析出倾向;另一方面Ru含量增加可降低高熔点元素在γ相中的偏析程度,进而减小因高熔点元素在γ相中过饱和而导致的TCP相析出量;在不同温度下,起主要作用的因素会有所不同。     

新型高温合金热处理及长期时效过程中组织稳定性研究北大核心CSCD

主要研究了三种新型高温合金在铸态热处理后,再经750℃/2 700 h和850℃/2 700 h长时间时效后的组织稳定性。结合相图计算探讨了不同合金设计对长期时效过程中针状组织演变规律的影响。结果表明:Nb+Ti+Ta总含量对铸态偏析组织及其后热处理及时效过程中的析出相演变具有重要影响,高Nb+Ti+Ta含量合金拥有较高的共晶体积分数,并易于在其附近形成不稳定的η相;随时效时间延长和温度升高,共晶体积分数减少,η相的体积分数降低,在组织中逐渐析出更为平衡的TCP相。     

DD6单晶高温合金叶片小角度晶界组织

采用扫描电镜和透射电镜研究了DD6单晶高温合金叶片小角度晶界的铸态组织、热处理组织和长期时效组织.铸态小角度晶界组织中,粗大γ′相和块状共晶沿晶界析出;热处理小角度晶界组织中,晶界上有一薄层γ相,晶界两侧的γ′相立方化较好,但由于小角度晶界的存在,γ′立方体不完整;1070℃长期时效500 h小角度晶界组织中,晶界上析出粒状碳化物,无TCP相析出,DD6单晶高温合金小角度晶界组织有很好的稳定性.     

新型高温合金热处理及长期时效过程中组织稳定性研究

主要研究了三种新型高温合金在铸态热处理后,再经750℃/2 700 h和850℃/2 700 h长时间时效后的组织稳定性。结合相图计算探讨了不同合金设计对长期时效过程中针状组织演变规律的影响。结果表明:Nb+Ti+Ta总含量对铸态偏析组织及其后热处理及时效过程中的析出相演变具有重要影响,高Nb+Ti+Ta含量合金拥有较高的共晶体积分数,并易于在其附近形成不稳定的η相;随时效时间延长和温度升高,共晶体积分数减少,η相的体积分数降低,在组织中逐渐析出更为平衡的TCP相。     

Mo对镍基单晶高温合金组织及持久性能的影响

通过在不含Mo的基础合金USTB-F7中添加1.5%(质量分数)Mo,形成合金USTB-F9,研究Mo对镍基单晶高温合金组织稳定性和持久寿命的影响。1 100℃时效与热处理组织的研究分析表明:合金USTB-F7中γ′相形貌介于球形和立方形之间,属中间态形貌;经长期热处理2 000 h后,其形貌保持稳定,仅发生粗化而未产生筏排现象。Mo的添加使γ相中Re、Mo和Cr等元素含量增加,提高了合金USTB-F9的γ/γ′点阵错配度和γ′相的立方度,从而加速长期热处理过程中的筏排化进程,仅200 h就发生明显的筏排现象。同时,Mo强烈促进富含Re、Mo、W和Cr等元素的P相和σ相的析出,使析出时间由合金USTB-F7的700 h提前到合金USTB-F9的100 h。在1 100℃和140 MPa下的持久性能测试表明,尽管Mo的添加提高了γ′相的体积分数和错配度,并促进筏排组织的形成,有利于合金持久性能的提高;但由于Mo促进TCP相的大量析出,从而使合金的持久寿命降低。