高Cr铸造镍基高温合金K4648凝固行为的研究

采用等温凝固淬火工艺与差热扫描量热相结合的方法对高Cr铸造镍基高温合金K4648的凝周过程进行研究,得到合金在不同温度下的等温凝固组织、相析出顺序图和凝固特性曲线.结果表明:K4648合金的液相线温度为1340℃,由DSC确定的宏观同相线(3.1%残余液相,体积分数,下同)和等温凝固泫确定的微观固相线(0.5%残余液相)温度分别为1248和1180℃.K4648合金固、液相线温度范围内的初生相主要为MC碳化物和α-Cr相,它们的析出温度分别为1310和1190℃.初生α-Cr相同溶30%(原子分数)以上的Ni,显微硬度是基体的3倍,是一种脆性相.凝固过程中Cr的严重枝晶间偏析促进了该相的形成,初生α-Cr相在铸造过程中应加以控制.     

含Ta低Cr高W铸造镍基高温合金中α相的形成与转变

研究了不同含Ta量低Cr高W铸造镍基高温合金的铸态和1 100℃保温500 h、1 280℃保温20 min～3h热处理后的显微组织以及1 100℃,118 MPa条件下的持久性能.结果表明:低Cr高W铸造镍基高温合金中添加元素Ta会使共晶γ'相的数量显著增加.当(Ti Nb)含量恒定在2.1%(摩尔分数),(Ta Al)含量达14.4%(摩尔分数)时,合金凝固后期将形成α(W,Mo) γ'共晶;少量α相不会明显降低合金的持久性能,但α相在高于1 260℃下固溶处理或在1 100℃长时热暴露时是不稳定的,它会溶解或转变成块状M6C,从而损伤合金的高温持久性能;Ta是一种有利于提高高温合金高温强度的元素,但Ta含量应与合金中的Al含量相适应,须按等摩尔分数原则相互替换;具有Ni-10Co-1.5Cr-16W-2Mo-1Nb-5Al-4Ta成分的合金性能最佳.     

B对高W镍基高温合金凝固行为的影响

研究了B对一种高W镍基高温合金凝固行为的影响。结果表明,B阻碍了枝晶的长大,增加中心等轴晶晶区,细化铸锭晶粒;同时B加剧了合金中Nb,Ti,W等元素的偏析,抑制了凝固过程中η相的析出,使MC析出形态由长条状变为块状.     

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)。     

高Cr铸造Ni基高温合金K4648的显微组织

真空感应熔炼高Cr铸造Ni基高温合金K4648,重熔浇注成等轴晶成形试棒.对薄截面试棒和厚截面中柱管浇道进行(1 180℃,4 h)固溶处理和(1 180℃,4 h)+(900℃,16 h)标准热处理.铸态和热处理态试样通过光学金相、定量金相、扫描电镜及能谱分析和X射线衍射分析确定合金中相的种类、形貌和成分.结果表明:K4648合金铸态组织中主要存在γ基体、初生α相和MC碳化物;初生α相是Ni、Mo和w在Cr中的过饱和固溶体,其中Ni含量(摩尔分数)可达30%以上,本研究中的α相可命名为α-(Cr,Ni):在0.2 N载荷下,该α相的维氏显微硬度值为6.3 GPa,是一种硬而脆的相;经(1 180℃,4 h)同溶处理,初生α相和MC碳化物都会回溶,并且转变为M23C6碳化物,M23C6碳化物比初生α相具有更高的Cr含量和更低的Ni含量.固溶处理后特别是在厚截面试样中还残存未转变的α相和MC碳化物.(1 180℃,4 h)+(900℃,16 h)标准热处理后,合金内部广泛析出片状次生α相和γ'-Ni3(Al,Ti,Nb)相,且在晶界区补充析出粒状M23C6碳化物,起到强化合金的作用.     

铸造镍基高温合金中的初生μ相

研究了铸造镍基高温合金中初生μ相的形成条件及μ相的特征,结果表明：在碳量低于０．０７％的铸造镍基高温合金中,当难熔元素Ｃｒ,Ｍｏ,Ｗ,Ｎｂ,Ｈｆ总量超过１１％超过８％,Ｍｏ／（Ｗ＋Ｍｏ）（原子分数）超过０．１７时会形成初生μ相,该相在高温下是不稳定的,它会转变成Ｍ６Ｃ碳化物。Ｍｏ,Ｗ,ＣｒＨｆ,Ｎｂ,Ｃｏ是μ相形成元素,Ｍｏ在形成μ相方面作用更强,Ｗ,Ｃｒ,Ｈｆ,Ｎｂ的作用差别不明显,Ｃｏ的作用小     

W含量对一种高W镍基高温合金显微组织的影响

通过OM、SEM和XRD对高W镍基高温合金进行组织观察与分析,研究了W含量对镍基高温合金凝固组织的影响规律。结果表明,当W含量为14%(质量分数,下同)时,镍基合金中无α-W相析出。当W含量高于16%时,合金凝固期间可析出α-W,并且随W含量提高,合金的晶粒尺寸由1.04 mm减小至0.17 mm,共晶含量由6%增至10%;W含量对在枝晶间/枝晶干内的γ’相尺寸及形态无明显影响。由于α-W的析出温度较高,在凝固期间首先析出,并在残余液相收缩作用下,α-W向液相核心处发生转移并长大;同时α-W可作为异质形核的核心,降低枝晶形核的临界形核功,使18%W合金获得较小的晶粒尺寸。此外,在不同取向枝晶汇聚生长的作用下,残余液相中Al、Ti等元素形成较高的浓度梯度而发生共晶转变,这是18%W合金中共晶含量较高的主要原因。     

一种铸造镍基高温合金的凝固行为

M963合金的凝固顺序为：L→L γ→L （γ‘ MC） γ→（γ γ‘) （γ MC） γ→（γ γ‘） （γ MC） γ γ‘；凝固组织呈树枝状结构，由γ固溶体基体。γ‘析出组及分布在枝晶间区的骨架状MC碳化物和（γ＋γ‘）共晶组成；碳降低合金的液相线温度和（γ＋γ‘）共晶温度，提高MC碳化物的形成温度，增加MC碳化物的体积分数，降低（γ＋γ‘)共晶的体积分数；高熔点元素W和Co在枝晶干偏聚，Al,Ti,Nb,Cr和Mo在枝晶间偏聚。     

铸造镍基高温合金K35的高温氧化行为

测定了铸造镍基高温合金K35在850-1000℃温度范围内的氧化动力学曲线；并计算出其氧化激活能Qp1=274kJ／mol，Qp2=315kJ／mo1．其氧化动力学曲线都符合抛物线规律．900℃以下，K35合金属于完全抗氧化级；900-1000℃为抗氧化级．X射线衍射、扫描电镜和能谱分析表明，K35合金的氧化膜分为3个区域：外层是性质疏松的Ti及Cr氧化物混合层，并含有少量尖晶石Nicr2O4与NiAl2O4；中间层是性质致密的Cr2O3氧化层；内层(过渡层)是A12O3．     

大型镍基高温合金铸件中初生M_6C碳化物的分布规律

采用真空感应熔炼法制备一种大型镍基高温合金铸件。对铸件本体取完整的横截面进行宏观腐蚀,并利用OM、SEM和EDS对截面不同区域进行显微组织分析。结果表明:铸件截面的宏观组织区域分为激冷晶区、柱状晶区、等轴晶区和心部细晶区。激冷晶区富集初生M_6C碳化物,其体积分数高达40.2%。等轴晶、心部细晶和柱状晶区,M_6C体积分数显著减少,分别为6.5%,1.3%和0。在上述不同区域,M_6C的成分相对固定,为73.8%~78.5%的W,其他为少量的Ni、Co、Cr。M_6C碳化物富含Nb、Ta和Ti,靠近冒口区W含量略高。共晶γ'成分稳定,不同区域无明显差异。     

超高温度梯度下凝固速率对一种镍基单晶高温合金定向凝固组织的影响

采用区域熔炼液态金属冷却超高温度梯度定向凝固法(ZMLMC),研究凝固速率对一种镍基高温合金微观组织的影响。结果显示:在温度梯度基本不变的条件下,随着凝固速率的提高,枝晶结构逐渐细化,一次枝晶间距λ1与二次枝晶间距λ2减小,且λ1和λ2分别与V-1/4和V-1/2呈线性关系;γ’相尺寸随凝固速率的提高而减小,形貌逐渐趋向于立方状,而在同一速率下,枝晶干的γ’相形状相对较规则,接近立方形,枝晶间的γ’相则趋于无规,其尺寸也较枝晶干区域更为粗大;γ/γ’共晶尺寸随凝固速率的提高而减小,分布趋于弥散,但总的体积分数变化不大。     

Ni-Cr-W基高温合金二次M23C6析出行为

采用差示扫描量热法(DSC)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)系统研究了Ni-Cr-W基高温合金二次M23C6的析出行为。结果表明,合金中二次M23C6的析出温度范围为648～1147℃,当温度高于1160℃时M23C6发生固溶;初生M6C在1349℃发生分解;合金在1400℃时完全熔化。由于时效温度不同,合金中析出两种不同形貌的M23C6。在较低温度时(655～900℃)粗大片层状M23C6在晶界析出;在900℃以上M23C6的形貌由片层状转变为不连续颗粒状。降温速率对M23C6的析出形貌产生一定影响;同时,降温过程中晶界上不连续颗粒状M23C6的析出是导致弯曲晶界形成的主要原因。     

初生M6C的形成及其对高钨铸造模具高温合金的影响

高钨铸造合金已用于铸造大型模具，由于大量初生M6C碳化物的形成使模具变脆，需探明初生M6C的形成条件．实验表明当含碳量超过0．15％时，合金中易析出初生M6C，而10％Co起有效的抑制作用．初生M6C是在1375℃时形成的，它对通过固-液范围的冷却速度十分敏感，快冷抑制它的形成．铸件中M6C的形成存在明显的尺寸效应，枝晶间距大于150μm时的较厚截面极易形成毫米量级的M6C，严重的损伤合金的高温强度．因此对大截面的模具合金，为防止初生M6C的析出，合金中最好保持0．04％—0．07％C和10％—15％Co．     

Role of Ru on the Microstructural Evolution During Long-Term Aging of Ni-Based Single Crystal Superalloys

Two experimental alloys containing different contents of Ru were investigated to study the effect of Ru on the microstructural evolution during long-term thermal exposure. The increase in Ru promoted the formation of cubical, tiny, and even γ′ phase after full heat treatment. Moreover, the samples after full heat treatment were exposed at 1100 °C for different time. Based on the classical model by Lifshitz, Slyozov, and Wagner, the coarsening of γ′ phase of the alloy containing 2.5 and 3.5 wt.% Ru during the long-term aging was controlled by the interface reaction and diffusion, respectively. The γ/γ′ lattice misfit was more negative with the increment of Ru addition, which induced the formation of stable rafted γ′ phase in the alloy containing 3.5 wt.% Ru at the initiation of long-term aging. Besides, the increase in Ru reduced the diffusion coefficient, which could restrain the γ′ phase coarsening. The lower γ/γ′ lattice misfit of the alloy containing 2.5 wt.% Ru promoted the interface reaction, which induced the rapid coarsening of γ′ phase. Therefore, the increase in Ru improved the microstructural stability of the alloys. On the other hand, the raise of Ru induced “reverse partitioning” behavior, which was effective in suppressing the emergence of the topologically close-packed phase (TCP phase). The TCP phase occasionally occurred in the alloy containing 2.5 wt.% Ru, which was attributed to the high temperature and the supersaturation of the γ matrix. Moreover, the TCP phase was determined as μ phase, which had a high concentration of Co, Re, Mo, and W. A sketch map describing the evolution of the TCP phase was also constructed.     

低Re镍基单晶高温合金平衡相析出行为的热力学模拟计算

基于Pandat热力学计算软件及Pan Ni数据库,采用热力学相平衡计算方法,研究了合金成分对低铼DD6合金平衡相析出行为的影响。结果表明:DD6合金平衡相主要为γ相、γ'相、μ相及碳化物MC和M23C6,计算结果与实验结果吻合。γ'相析出量主要由Al、Ta和Nb含量控制,随Al、Ta和Nb含量增加,γ'相析出量显著增加,固溶温度明显升高,液相初凝与终凝温度逐渐降低。C含量决定MC和M23C6的析出量,MC和M23C6析出量随C含量增加而增大。μ相析出主要受Re、W、Mo和Cr的影响,随Re、W、Mo和Cr含量增加,μ相开始析出温度显著升高,析出温度范围明显变宽,最大析出量明显增大。     

冷却速度对Al-Cu-Li系合金析出相及其硬度的影响

对Al-Cu-Li系合金在不同固溶冷却速度下的析出相进行了研究。结果表明：在固溶后的冷却过程中会有第二相析出,随着冷却速度的提高,第二相析出量减少,第二相的尺寸减小,在以18℃/s的冷却速度从520℃冷却到室温时,合金中仍有δ′相和T1相的析出,但合金在快速水淬过程中几乎没有第二相的析出。通过硬度测试发现,合金的硬度随冷却速度的增加而增大,这是因为过冷固溶体的固溶度随冷却速度的增大而增大,因此,固溶强化是实验合金固溶处理的主要强化机制。     

冷却速度对Al-CU-Li系合金析出相及其硬度的影响

对Al-Cu-Li系合金在不同固溶冷却速度下的析出相进行了研究。结果表明：在固溶后的冷却过程中会有第二相析出，随着冷却速度的提高，第二相析出量减少，第二相的尺寸减小，在以18℃／s的冷却速度从520℃冷却到室温时，合金中仍有δ’相和T1相的析出，但合金在快速水淬过程中几乎没有第二相的析出。通过硬度测试发现．合金的硬度随冷却速度的增加而增大，这是因为过冷固溶体的固溶度随冷却速度的增大而增大，因此，固溶强化是实验合金固溶处理的主要强化机制。     

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。     

Influence of Selective Laser Melting Process Parameters on Microstructure and Properties of a Typical Ni-Based Superalloy

The influence of selective laser melting(SLM) process parameters on the microstructure and mechanical properties of a typical Ni-based superalloy was researched. The optimum parameters of P = 170 W, V = 0.8 m/s were determined, under which the SLMed samples exhibited both the largest relative density of 99.57% and the best mechanical properties, including the microhardness(329.3 ± 3.8 HV), yield strength(726 ± 8.1 MPa), ultimate tensile strength(900 ± 5.9 MPa) and elongation((31.9 ± 0.24)%). The...     

Effect of Long-Term Thermal Exposures on Tensile Behaviors of K416B Nickel-Based Superalloy

The effect of long-term thermal exposure on the tensile behavior of a high W content nickel-based superalloy K416B was investigated. The microstructure and the deformation characteristics were observed by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy, and the phase transformation of the alloy during long-term thermal exposure was analyzed by X-ray diffraction patterns and differential thermal analysis. Results showed that after thermal exposure at 1000 °C, the MC carbides in the K416B alloy decomposed into M₆C. During tensile deformation, dislocations slipping in γ matrix crossed over the M₆C by Orowan bowing mechanism. With the increase of thermal exposure time, the secondary M₆C reduced greatly the yield strength of the alloy at room temperature. Meanwhile, the continuous distribution of the secondary M₆C with great brittleness in the grain boundary could become the main source of crack, which might change the fracture characteristic of the alloy from trans-granular to intergranular.