Ru对镍基单晶合金组织结构与蠕变行为的影响

通过对有/无Ru单晶镍基合金进行时效处理、蠕变性能测试及组织形貌观察,研究元素Ru对镍基单晶合金组织结构与蠕变行为的影响。结果表明:加入Ru使合金中元素Co由负偏析转为正偏析,热处理可大幅度降低元素在枝晶干/间的偏析程度。无Ru单晶镍基合金在1080℃时效期间沿{111}晶面析出富含难熔元素的针状μ相,而无Ru合金加入2%Ru(质量分数)后,可抑制合金中析出TCP相。与无Ru合金相比,2%Ru合金在980℃、200 MPa的蠕变寿命由123 h提高到333 h。合金在蠕变后期的变形机制是位错在基体中滑移和剪切筏状γ′相,其中,主、次滑移位错的交替开动,使其筏状γ′相转变成不规则的扭曲形态。与2%Ru合金相比,无Ru合金中析出大量的针状μ相,可促使裂纹的萌生和扩展,直到蠕变断裂,是使无Ru合金具有较低蠕变抗力和较短蠕变寿命的主要原因。     

热处理工艺对第二代镍基单晶高温合金DD5组织和性能的影响

采用光学显微镜和扫描电镜等研究了热处理工艺对第二代单晶高温合金DD5的元素偏析、γ′相、共晶相、碳化物和性能的影响,通过典型拉伸和持久性能测试对比,确定了DD5合金的最佳的热处理工艺。结果表明:经1290～1310℃固溶热处理2～4 h后再经过时效处理,合金的组织由平均尺寸约为0.5μm的规则立方状γ′强化相以及少量不规则γ′相、γ/γ′残余共晶相和碳化物组成,合金在870℃时的平均拉伸抗拉强度达到1010 MPa,1093℃/158 MPa下的平均持久寿命达到40 h。     

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。     

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.     

固溶时效处理工艺对一种四代镍基单晶高温合金组织、性能的影响

研究了固溶时效处理对一研制的Re、Ru含量分别为4.0%(质量分数)的第四代镍基单晶高温合金DD476的组织及持久性能的影响。铸态试样存在明显的成分偏析,由于Al、Ti元素较少,枝晶间的γ/γ’共晶组织含量偏低。固溶处理过程中,共晶组织在1310℃下基本消除,但直到1340℃才完全消除枝晶干和枝晶间的差异且此时除了Re其他元素偏析有明显的改善。四代单晶的优势在于提高了合金在高温下的力学性能尤其是持久性能,固溶时效后单晶合金在950℃/300MPa下持久寿命约为二代单晶的两倍,而在1150℃/100MPa下持久寿命与二代单晶MC2相比更是提高了10倍以上。整个固溶时效处理过程中没有出现TCP相,合金中Ru元素的添加可能是抑制TCP相析出的主要原因。     

Hf含量对DD6单晶高温合金组织和持久性能的影响

研究了Hf含量对DD6单晶高温合金热处理组织和持久性能的影响。结果表明,在本实验研究范围内,随着Hf含量的增加,热处理后合金残余共晶量增加,枝晶干的γ′相尺度无明显变化,枝晶间的γ′相尺度有所减小。在1100 ℃, 140 MPa条件下,随着Hf含量的增加,合金的持久寿命先升高后降低, 持久延伸率先快速增加, 然后慢速增加。讨论了不同Hf含量合金的显微组织与持久性能的关系     

热处理对镍基单晶高温合金微观组织和高温持久性能的影响

采用螺旋选晶法,制备了一种镍基单晶高温合金。在非真空箱式电阻炉中进行分级均匀化热处理,研究了热处理制度对合金显微组织及持久性能的影响。结果表明:合金的铸态组织由γ-Ni固溶体相、初生和次生的γ-′Ni3Al相、以及γ/γ′共晶相组成;1 305~1 310℃、16 h固溶处理后,次生γ′全部固溶,少量γ/γ′共晶没有完全固溶;1 315℃、16 h固溶处理后,γ/γ′共晶全部固溶;1 320℃、2 h固溶处理后,出现少量初熔;两次时效处理明显改变了γ′的尺寸、形貌及分布;合金经1 180℃、2 h 1 290℃、2 h 1 315℃、16 h AC 1 140℃、4 h AC 870℃、24 h AC完全热处理后,在1 100℃,137 MPa条件下持久寿命达到100 h。持久裂纹主要沿与拉应力垂直的枝晶间横向段萌生扩展,与γ/γ′共晶完全固溶状态相比,未固溶的γ/γ′共晶更容易成为主要裂纹源。     

M38合金的定向凝固特性及热处理的影响

M38合金经定向后与普通精铸M38合金比较,由于基本消除了垂直于主应力轴的横向晶界,因而其高温持久塑性得到显著提高。但由于该合金的结晶温度间隔宽,凝固速度慢,枝晶粗大,偏折严重,γ,γ+γ′共晶和MC相粗大,不均,导致其高温持久寿命降低。而采用通用的1120℃/2h空冷+850℃/24h空冷的热处理制度,不能有效地提高定向M38合金高温持久寿命。本文采用新的热处理制度即1190℃/2h空冷+1090℃/2h空冷+850℃/2h空冷,由于均匀了显微组织,减小了偏析,细化了γ′相,γ+γ′共晶及初生MC充分分解和溶解,并且由粒状的M_(22)C_6组成了链状晶界。因而在基本保持较高的持久塑性前提下,较大幅度地提高定向M38合金的持久寿命。     

DD5单晶高温合金在长期时效和持久性能试验中的γ′相演化

研究了DD5单晶高温合金在热处理态、长期时效态(1 100℃/500 h)和持久性能测试过程中的γ′相演化。结果表明:1 100℃时效500 h后,γ′相全部由立方体形态转化成条状组织,基体通道宽度接近γ′相宽度并析出大量粒状二次γ′相,γ/γ′相界面形成大量错配位错网。与热处理态相比,长期时效态合金在871℃/552 MPa和1 038℃/172 MPa条件下持久寿命明显降低。长期时效态合金在871℃/552 MPa条件下持久试验后,一次γ′相保持长期时效后形态,但基体通道中的二次γ′相形成了N型筏形组织。长期时效态合金在1 038℃/172 MPa条件下持久试验后一次γ′相形成垂直于拉应力的N型筏。     

DZ125基合金蠕变期间组织演化及元素的定向扩散

通过蠕变曲线测试和显微组织形貌观察,结合元素扩散迁移率热力学计算,研究了完全热处理后DZ125定向凝固镍基高温合金在980℃蠕变过程中γ′相的演化规律.结果表明:合金完全热处理后并没有消除组织不均匀性,粗大的γ′相位于枝晶间区域,细小γ′相位于枝晶干区域.在980℃/200 MPa蠕变期间,合金枝晶干区域的γ′相经22...     

均匀化温度对K4169合金显微组织和持久性能的影响

研究了两种均匀化温度下的热处理对K4169合金显微组织、Nb偏析和持久性能的影响。结果表明,随着均匀化温度的提高,合金中Laves的体积分数逐渐降低。1120℃时,Nb元素仍强烈偏析于枝晶间;当温度升高至1160℃时,Nb元素的偏析程度得到显著改善。经固溶和时效处理后,δ相分别主要以魏氏组织和颗粒状析出,1160℃处理试样中γ′′相的体积分数较大。650℃/620 MPa持久性能测试结果表明,持久寿命随均匀化温度的提高显著增加,但延伸率有所降低。持久断裂类型由穿晶韧性断裂变为沿晶-穿晶复合脆性断裂。     

K439B铸造高温合金800℃长期时效组织与性能演变

对K439B合金开展800℃、3000 h长期时效,研究合金显微组织及力学性能的演变,分析室温拉伸及815℃、379 MPa持久性能的变形机制。结果表明：热处理态K439B合金中的γ’相呈球状,晶界存在MC及M₂₃C₆ 2种碳化物,而枝晶间仅存在MC碳化物。在800℃长期时效过程中,γ’相的粗化遵循Ostwald熟化机制且形貌趋于立方化,γ′相粗化速率为71.7 nm³/h;晶界和枝晶间MC碳化物发生退化,M₂₃C₆碳化物析出含量逐渐增加。时效3000 h后晶界γ’相与M₂₃C₆碳化物存在■的位向关系。热处理态合金的室温抗拉强度和屈服强度分别为1159.0和911.5 MPa,815℃、379 MPa持久寿命为150.4 h。长期时效后γ’相尺寸增加使得位错的运动方式由以位错在基体中滑移为主向位错切入γ′相为主转变,γ′相中出现了更多的堆垛层错,合金室温拉伸强度和815℃、379 MPa持久寿命均降低。     

Ru和Cr对镍基单晶高温合金γ/γ′热处理组织演变的影响

通过对6种不同Ru(0—5.1%,质量分数,下同)和Cr(0—5.7%)含量的镍基单晶高温合金1100℃的时效和热处理组织观察与γ/γ′两相的成分分析,研究了Ru和Cr的独立和交互作用对合金元素成分分配比及热处理组织演变的影响.经1100℃/8 h时效后,在枝晶干处,不含Ru和Cr的基础合金γ′相接近球形,Re在该合金γ/γ′两相中的成分分配比较低,错配度接近于0.在基础合金中加入高Ru后,γ′相立方度和Re的成分分配比略有增大,错配度变负;在不含Ru合金与含Ru合金中,随着Cr含量的增大,γ′相的立方度和Re的成分分配比均显著增大,错配度明显变负.1100℃非加载下的长期热处理研究表明:γ′相接近球形且错配度接近于0的合金γ′相形貌稳定,在2000 h内只出现了粗化,没有发生筏排化现象;γ′相呈中间态并且错配度较小的合金γ′相粗化趋势较为明显;γ′相接近立方体形且错配度中等的合金在热处理800 h后形成近似筏排组织;同时加入Ru和Cr,随着Re的成分分配比和错配度的增大,γ′相为立方体形或长方体形的合金筏排化时间提前;其中高Ru中Cr合金热处理200 h就出现筏排化趋势,而错配度最高的高Ru高Cr合金热处理...     

固溶处理对1种镍基单晶高温合金组织的影响

采用光镜、扫描电镜对1种镍基单晶高温合金的铸态组织和不同温度固溶处理后的组织进行了观察，研究了不同温度固溶处理对γ′相尺寸、γ／γ′共晶、成分偏析的影响。结果表明：合金枝晶间γ′相的固溶温度高于枝晶干γ′相的固溶温度，随固溶处理温度的升高，γ′相尺寸略有增加，γ／γ′共晶量及成分偏析降低；1290℃，4h，AC固溶处理后合金枝晶干、间γ′相全部固溶，1310℃，4h，AC固溶处理后合金中γ/γ′共晶全部消除，1320℃固溶处理时，合金中出现初溶现象；确定1310℃，4h，AC为合金的固溶处理工艺。     

LMC法定向凝固抽拉速率对DD488单晶高温合金组织和持久性能的影响

研究了液态金属冷却(LMC)法定向凝固抽拉速率对DD488单晶高温合金组织和980℃/250 MPa持久性能的影响。结果表明:增大抽拉速率能够显著细化合金的枝晶组织,减小铸态共晶含量和γ'相尺寸。同时,随着抽拉速率的增大,标准热处理后的γ通道宽度减小,γ'相体积分数增加。抽拉速率较小时(5 mm/min),合金980℃/250 MPa持久寿命为70.3 h,随着抽拉速率提高至8 mm/min,持久寿命增大到107.5 h。DD488合金持久寿命的提高得益于在较高的抽拉速率下合金标准热处理组织中的γ'相体积分数增加,γ通道宽度减小,并且共晶组织基本消除。     

热等静压对单晶高温合金组织和持久性能的影响

在高温度梯度真空定向凝固炉中,采用螺旋选晶法制备了单晶高温合金,再在1180℃/150 MPa条件下对其进行热等静压,然后进行标准热处理,研究了热等静压对单晶高温合金组织和不同条件下持久性能的影响。结果表明,合金热等静压后,铸态组织的共晶含量基本保持不变,γ′相尺寸增加,立方化程度增加,γ基体通道变宽。热处理组织的γ′相尺寸稍有减小,立方化程度增加。在760℃/800 MPa和980℃/250 MPa条件下,合金的持久寿命增加;而在1100℃/140 MPa条件下,粒状碳化物的析出导致持久寿命没有提高,与未热等静压的合金持平。     

固溶冷速对CHS-104合金显微组织和高温力学性能的影响

研究了固溶后冷却速度对CHS-104合金显微组织和高温力学性能的影响.结果表明,合金铸态组织由γ基体、γ'相、γ/γ'共晶相和碳化物组成,碳化物为MC型,主要元素为Ti、Nb、W.固溶处理后,合金析出的]’相近似球形.其中,空冷时的尺寸为0.1～0.3μm,而炉冷后则增大至0.2～0.8μm.两种冷速固溶后Al、Cr、Mo、Nb元素在枝晶杆和枝晶间的偏析程度减弱,偏析比趋于1.合金力学性能测试结果表明,固溶后炉冷较空冷时的900℃抗拉强度降低,由552 MPa降到526MPa,但塑性显著提高,伸长率从9.9％增至21.7％,提高了119％;900℃、200MPa条件下的持久寿命由89.2h降到83.2h.合金拉伸/持久断裂以沿晶/穿晶复合方式呈现.     

Ni基单晶高温合金原树枝状晶结构典型区域γ和γ′相成分的测算

导出了高温合金γ和γ′相的元素分配比和分配系数,以CMSX-2合金为研究对象,用EDAX区域扫描测得热处理后未变形试样和经持久变形至断裂试样原树枝状晶三个典型区域（枝晶干、枝晶臂和枝晶间）的成分,使用分配系数法计算了各区域中γ和γ′相的成分,分析了各区成分分布的特点及其与合金持久寿命的对应关系。     

浇注温度对K417G合金组织及力学性能的影响

研究了不同浇注温度下的K417G合金试样。结果表明,1 450℃浇注,合金中碳化物以块状为主,γ′相边缘钝化,γ′尺寸为1μm左右;1 500℃浇注,合金中碳化物以长条形为主,γ′相边缘清晰,立方度较好,γ′尺寸为0.8μm左右。1 450℃浇注的合金屈服强度及断裂强度均高于1 500℃浇注的合金。合金拉伸裂纹主要产生于碳化物处,1 450℃浇注的合金,碳化物尺寸较小,产生裂纹需要的应力较大;1 500℃浇注的合金,碳化物细长,碳化物断裂所需应力较小。在760℃/645 MPa条件下,1 450℃浇注的合金,平均持久寿命可达到219 h,而1 500℃浇注的合金,平均持久寿命仅为25 h。前者的断裂方式为穿晶断裂,后者为沿枝晶断裂,断口上存在有部分疏松组织。     

高温条件下Ru对镍基单晶合金元素浓度分布及蠕变性能的影响

对无Ru和2%Ru镍基单晶高温合金在高温条件下进行蠕变性能测试。采用三维原子探针技术分别对有/无Ru合金在蠕变前/后各元素于γ/γ′两相的浓度分布进行测定。结果表明:2%Ru合金表现出了更好的高温蠕变性能,在1100℃/137 MPa条件下,2%Ru合金的蠕变寿命是125 h,而无Ru合金的蠕变寿命仅为58 h。元素Ru可提高元素在γ、γ′两相溶解度,降低元素在γ/γ′两相浓度比,提高合金中γ′相的合金化程度。经1100℃、137 MPa高温蠕变后,无Ru合金中各元素于γ/γ′两相中的浓度分布发生明显改变,其中元素W的浓度比由1/2.875(摩尔分数比)变为1/8.81,同时,各元素于γ/γ′两相界面处的浓度梯度明显增大。这种浓度分布的变化导致g相中难溶元素的含量增大,并析出TCP相,TCP相可破坏γ′相连续筏型结构,大幅降低合金蠕变性能。2%Ru合金中各元素在γ/γ′两相中的浓度分布和相界面处的浓度梯度均无明显变化。这表明高温蠕变可对合金中各元素在γ/γ′两相中的浓度分布和相界面的浓度梯度产生影响,元素Ru可抑制这种影响的产生。