粉末高温合金原始颗粒边界与MC型碳化物溶解度的关系

原始颗粒边界(PPB)是在粉末加热固结过程中MC型碳化物在颗粒边界析出造成的,利用扫描电镜(SEM)和电子探针X射线显微分析仪(EPMA)研究了 MC型碳化物在镍基高温合金中的溶解度与粉末高温合金中原始颗粒边界(PPB)的关系.结果表明:强碳化物形成元素(Ti、Zr、Hf、Nb、Ta)对应的MC型碳化物在镍与镍基高温合金中的溶解度顺序为:TiC＞NbC＞TaC＞ZrC＞HfC,同时温度越高MC型碳化物的溶解度越大;在镍基高温合金中溶解度较大的TiC容易在粉末高温合金的PPB上析出,而溶解度较小的TaC则避免了这种现象.未添加Ta元素的FGH4098合金中原始颗粒边界(PPB)上的MC型碳化物主要为TiC;添加Ta元素的FGH4098合金,制粉过程中会在粉末颗粒内部析出更多的含Ta的MC'型碳化物,在随后的热等静压过程中,这种MC'碳化物转变成为更高稳定性的MC型碳化物(Ta,Ti,Nb)C.(Ta,Ti,Nb)C存在富Ti的核心,Ti和C元素被"固定"在了碳化物中,阻碍了 MC型碳化物在PPB上析出.     

碳含量对热等静压态FGH96合金碳化物的影响

对不同碳含量的FGH96成型合金中碳化物进行了研究,并对合金原始粉末表面成分偏析进行了测定,以深入探讨碳含量对合金中碳化物的影响。结果表明:FGH96合金中碳含量的增加,提高了原始粉末表面碳含量和富Ti层厚度;HIP(热等静压)态FGH96中碳化物主要为富Ti和Nb的MC,随着碳含量升高,合金中分布在原始粉末颗粒边界(previous particle boundary,PPB)上和PPB以外区域的碳化物含量均逐渐升高,而非PPB碳化物含量上升的幅度相对较大;合金中碳含量越高,PPB碳化物中强碳化物形成元素的含量越低,非PPB碳化物的成分不受合金碳含量的影响;碳的加入促进了PPB碳化物的粗化,并扩展了其尺寸分布的范围;合金中碳含量越高,PPB碳化物的平均自由程越小,合金在室温下的断面收缩率越低。     

FGH96合金粉末的俄歇分析及预热处理

针对等离子旋转电极工艺制备的FGH96合金粉末,采用俄歇电子能谱对合金粉末的颗粒表面进行成分分析,并利用透射电镜对预热处理后粉末中的碳化物演变进行研究。结果表明:FGH96合金粉末的颗粒表面明显存在O、C和Ti元素的偏聚,原始合金粉末的颗粒表面由O和C原子吸附层和富含Ti元素的碳氧化物层组成;经过预热处理,颗粒中形成于快速凝固过程中的MC′亚稳碳化物转变成稳定的MC碳化物,并析出M23C6碳化物,明显改善了颗粒内碳化物的稳定性和分布状态。     

V对镍基高温合金组织及蠕变性能的影响

通过组织形貌观察及蠕变性能测试,研究元素V对一种镍基高温合金组织及性能的影响。结果表明:含有较高Ta、Hf成分的镍基柱状晶高温合金,当加入0.58%V后,铸态合金中的碳化物由细长条状转变为颗粒状;热处理后不含V合金中的长条形碳化物溶解转变为线性分布的颗粒状碳化物,而含V合金中的碳化物发生溶解,尺寸减小,同时γ′相数量增加,促进了MC型碳化物的分解速度,在900℃长时效2 000 h后开始出现针状TCP相组织;元素V的加入降低了合金的蠕变性能。     

Hf和Zr含量对FGH96合金平衡相及PPB的影响

采用材料热力学计算软件Thermo-calc,计算了FGH96合金中的平衡相,并结合显微组织观察、能谱和相分析,探讨Hf、Zr含量对γ’相和碳化物的影响,及对消除PPB的作用。结果表明:Hf和Zr不会导致产生新相,主要影响MC和γ’相的析出行为与成分。Hf和Zr能显著改变MC型碳化物的组分,增加其热力学稳定性和数量,促进MC型碳化物在合金中的均匀分布,抑制MC向M23C6转变;Hf还可以参与形成γ’相,增加其数量。Hf、Zr有助于消除FGH96合金中的原始颗粒边界(PPB)。     

Ta对低Cr高W铸造镍基高温合金显微组织的影响

用金相显微镜、定量金相、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDX)及X射线衍射(XRD)研究了0％，4％，6％Ta(质量分数)3种成分的低Cr高W铸造镍基高温合金铸态及热暴露后的显微组织，结果表明：Ta是强MC碳化物形成元素，它形成MC碳化物的倾向低于Nb、高于Ti，当合金中Ta的原子百分含量超过Nb3倍时，Ta在MC碳化物中的原子百分含量超过Nb。Ta是强γ'形成元素，它促进共晶γ’的形成，在合金成分中以等量原子百分含量的Ta代替Al不会改变合金的共晶γ'数量。在高W铸造高温合金中M6C是比MC更加稳定的碳化物，Ta的加入不能抑制1100℃，500h长时热暴露后MC完全转变为粒状或片状M6C。MC分解时释放的碳还促使σ(W,Mo) C→M6C反应。对Ni-1．5Cr-10Co-16W-2Mo-5Al-1Ti-1Nb基础成分合金，其最佳的含Ta量为4％(质量分数)，而且含碳量应低于0．07％(质量分数)。     

新型镍基粉末高温合金微量元素的相研究

对新型第3代粉末高温合金母合金、等离子体旋转电极法生产(PREP)粉末和热等静压态合金中的微量元素Hf,Zr和Ta的存在相进行了研究。结果表明:母合金中微量元素Hf,Zr和Ta主要以一次MC型碳化物存在,呈块状、条状和蝶状分布于枝晶间;原始粉末中碳化物大致可分为两类:一类为富Ti,Ta和Nb,另一类为含有Ta,Hf和Zr,两类碳化物均含有一定量非碳化物形成元素Co和Ni及弱碳化物形成元素Cr和Mo,以块状、粒状分布于枝晶间或胞晶间。另外,热等静压态分析表明,微量元素Hf,Ta和Zr主要以晶内和晶界MC型碳化物存在,说明微量元素Hf,Zr和Ta以MC型碳化物存在并具有一定遗传性的特点。与原始粉末相比,热等静压态γ′相和碳化物中的Ta量比较少。     

FGH96高温合金中一次碳化物形成规律

基于Thermo-Calc热力学计算软件及相应的Ni基数据库,对FGH96高温合金中一次碳化物的生成机理进行研究,计算FGH96高温合金可能的平衡析出相及C、N、Nb、Ti元素对合金中一次碳化物相MC+M(C,N)析出行为的影响,对比分析FGH96高温合金中一次碳化物相的计算结果与扫描电镜图及能谱分析的化学成分。结果表明:C含量对一次碳化物相的析出量影响较大,而对析出温度影响较小;N含量对析出温度有非常明显的影响,而对一次碳化物相的析出量影响较小;Nb和Ti含量对FGH96高温合金中一次碳化物相的析出行为只有轻微的影响。因此,FGH96高温合金中一次碳化物相的析出行为主要受C和N的影响。由计算得出的一次碳化物相的成分变化结果结合扫描电镜图和能谱分析结果可推断出,FGH96高温合金中含有N时,首先从液态合金中析出含有微量C的氮化物TiN,两相区析出的MC型碳化物会在TiN表面析出,形成以TiN为核心的一次碳氮化物M(C,N)。     

预处理过程中FGH96合金粉末中的碳化物演变

采用扫描电镜、透射电镜等手段研究了预处理前后FGH96合金粉末颗粒中的碳化物演变。结果表明:粉末在快速凝固过程中会析出不同形貌的MC’型亚稳态碳化物,MC’碳化物中含有较多的弱碳化物形成元素,不同形貌的MC’型碳化物的化学组成与点阵常数具有一定的差异。在粉末预处理过程中,粉末颗粒内部形成的亚稳态MC’型碳化物逐渐转变为稳定MC型碳化物,同时可形成M23C6和M6C碳化物;转变后的MC型碳化物形态以规则块状为主,成分上以强碳化物形成元素Ti,Nb,Zr为主。     

Hf在FGH4097粉末高温合金中的相间分配行为

采用3DAP、FEG-SEM、TEM以及物理化学相分析方法研究5种Hf含量的FGH4097粉末高温合金中Hf在γ′相、MC型碳化物和γ相中的分配,以及Hf对γ′和MC析出相组成的影响。结果表明:随着合金中Hf含量的增加,进入各相的Hf量增多,Hf进入γ′相的比例基本不变,进入MC型碳化物的比例增大,进入γ相的比例减小,即Hf在γ′相和MC型碳化物的分配比逐渐减小,Hf在γ′相和γ相中的分配比逐渐增大;Hf主要分配在γ′相中,其次分配在MC型碳化物中,Hf在MC型碳化物中的质量浓度大约是Hf在γ′相中的20倍。     

热处理工艺对冷作模具钢GYCRF组织及力学性能的影响

通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和冲击试验等分析手段,对不同淬、回火热处理条件下的冷作模具钢GYCRF的组织和性能进行了研究。结果表明:GYCRF钢淬火后存在含Nb、Mo和V等合金元素的碳化物,1080～1120℃是最佳的淬火温度范围;在520℃回火时存在二次硬化峰,回火组织中主要为富含Nb、V等合金元素的MC型碳化物和以Cr元素为主的M_(23)C_6型碳化物;与常用冷作模具钢DC53相比,由于淬火前MC碳化物中Nb部分替代了V,在合金质量比一定的前提下,Nb的加入使得V含量相对降低,造成基体中固溶的V元素和回火时MC型碳化物析出量相对减小,回火硬度降低,冲击韧性高于DC53钢。     

预热处理对FGH95高温合金粉末中碳化物的影响

对等离子旋转电极雾化(PREP)FGH95高温合金粉末颗粒在不同温度下进行预热处理，并对热处理粉末中碳化物的变化规律进行分析，结果表明：经预热处理，粉末颗粒中的MC′型亚稳碳化物发生分解和转变，析出稳定的MC，M23C6及M6C型碳化物，明显改变碳化物的稳定性和分布状态。     

Re、Ta对第二代定向柱晶合金中初生碳化物形成与分解的影响

采用差热分析(DSC),扫描电镜(SEM),能谱分析(EDS)及X射线衍射(XRD)技术对不同Re、Ta含量的3种合金中MC碳化物的形成与分解进行了研究.结果表明,3种合金的骨架状MC为共晶反应生成,Ta的加入缩小MC中W的含量及不同凝固阶段生成的MC中W含量的差别,促进骨架状MC形成,提高MC形成温度并大幅提高MC的热稳定性.Re不进入MC碳化物,Re的加入可降低MC形成温度并促进μ相从MC周围过饱和的γ基体中析出,进而诱发MC不稳定分解.     

FGH96合金中γ′和碳化物相平衡计算

利用热力学计算软件Thermo-Calc及相应的Ni基数据库对FGH96粉末高温合金中可能析出的平衡相进行计算,并分析元素含量在允许范围内的波动对主要析出相γ′和碳化物析出行为的影响。结果表明:FGH96合金析出的平衡相有γ′、MC、M23C6、MB2、M3B2和TCP相。Al、Ti和Nb含量的增加会显著提高γ′相的固溶温度及析出量;合金中碳化物的析出量及MC的析出温度主要受到碳含量的影响,Al和Nb含量的变化对碳化物的析出温度有着显著影响,其中Al含量的影响尤为明显。     

镍基高温合金快速凝固粉末颗粒中MC型碳化物相的研究

对等离子旋转电极雾化（PREP）法制备的FGH95镍基高温合金粉末中碳化物的形态、结构、成分及其稳定性进行了实验研究,分析了粉末颗粒凝固过程中的热学参数和非平衡溶质分配对碳化物形成过程的影响．结果表明：快速凝固FGH95合金粉末中亚稳MC型碳化物形态的几何完整度随粉末颗粒尺寸减小由规则形态向复杂形态变化,不同尺寸粉末颗粒中碳化物的形态和数量决定于凝固过程中热学参数的变化和非平衡溶质分配系数的不同．亚稳MC型碳化物在加热作用下发生分解及合金元素再分配,其形态由复杂形状为主转变为规则形态的稳定MC型碳化物．     

热等静压工艺对K4125镍基高温合金显微组织的影响

采用3组不同参数的热等静压(HIP)工艺对K4125镍基高温合金进行显微组织演变研究。结果表明,3种热等静压工艺制备的合金中Hf、Mo等在MC碳化物中的分布区域略有不同,Ta、Mo、Co、Cr、Ti及Al等为正偏析元素,W、Ni为负偏析元素,与其他元素相比较,Ni、Co、Cr偏析程度较小,提高热等静压温度及压力,各元素的偏析程度均有所降低,γ/γ′共晶组织含量逐渐减少,同时枝晶干γ′相的尺寸显著降低,但面积分数无明显变化。此外,3种热等静压合金均出现大块状MC碳化物碎化、二次MC碳化物析出及晶界细小碳化物形成等现象,提高热等静压温度及压力后,这种现象加剧,且碳化物中Ta、Ti含量降低,TaC、TiC的分解倾向增加。     

超高合金粉末钢热处理过程中碳化物的演变对其耐蚀性能的影响

使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、Image-J图像处理软件等研究了轧制态超高合金粉末钢在热处理过程中不同阶段的碳化物演变行为。结果表明：轧制态超高合金粉末钢的组织主要由铁素体、马氏体基体和M₂₃C₆、M₇C₃及MC 3种类型碳化物组成。随着热处理的进行,碳化物的平均尺寸和最大尺寸以及团聚状碳化物的数量呈现出先降低-后增加-再降低-再增加的变化趋势,碳化物的数量则表现为先降低-后增加-再降低的变化趋势;M₂₃C₆型碳化物随着热处理温度的升高其含量逐渐减少,在1000℃等温3 h后,M₂₃C₆型碳化物大部分分解回溶,在降温阶段该型碳化物再次析出;在整个热处理过程中MC型碳化物几乎没有发生变化,M₇C₃型碳化物没有发生向M₂₃C₆型碳化物的转变;随着热处理的进行,超高合金粉末钢耐蚀性表现为先升高-后降低-再升高-再降低...     

N元素对FGH96高温合金析出相的影响

基于Thermo-Calc热力学计算软件及相应的Ni基数据库,计算了含N与不含N时FGH96高温合金中可能的平衡析出相,并用Scheil-Gulliver凝固模型对两种合金进行了凝固模拟.对两种合金的计算结果进行比较,从热力学角度分析研究了N对FGH96高温合金中析出相的影响.结果表明,N元素主要影响一次碳化物的析出行为,而对其他相的析出影响很小;在含有少量N的FGH96合金中,在液相线温度以上可析出Ti、N为主要成分的M(C,N)相,而不含N时,只有当固相率达到70％时才会从残余液相中析出MC型碳化物.由计算得出的一次碳化物的成分变化结果,并结合扫描电镜图和能谱分析结果可推断出,FGH96高温合金中含有N时,首先从液态合金中析出以TiN为主要成分的M(C,N)相,随后的MC型碳化物会在其表面析出,形成以TiN为核心的一次碳化物.     

热挤压及热处理对镍基高温合金显微组织的影响(英文)

研究热挤压以及热处理对镍基高温合金FGH96原始颗粒边界(PPB)、γ′相、MC型碳化物及γ基体的影响。结果表明:PPB是由大的γ′相、MC型碳化物和少量的氧化物构成。可通过热挤压将γ′相尺寸由微米级细化到纳米级,并达到消除PPB的效果。热挤压态FGH96合金的晶粒长大激活能为402.6 kJ/mol,表明在低于γ′相完全溶解的温度时,晶粒长大受到γ′相的抑制。在稍高于γ′相完全溶解的温度时,MC型碳化物起到钉扎晶界的作用并阻碍晶粒异常长大。     

铪对粉末冶金高温合金FGH97粉末颗粒的影响

研究了不同Hf含量的FGH97合金松散粉末和断口中粉末的组织及析出相。结果表明,粉末颗粒内部的碳化物主要是富Nb、Ti、Hf的MC型碳化物,同时发现粉末颗粒内部存在Zr的氧化物。Hf能进入到粉末颗粒中MC碳化物内,并促进稳定MC碳化物的析出,适量的Hf有利于消除合金中原始粉末颗粒边界(PPB)。粉末颗粒表面的Hf以HfC和HfO2复合形式存在,Hf含量大于0.6%时会对PPB有不利影响。