新型718合金的元素强化作用及组织稳定性研究

通过对718合金中沉淀强化元素Al，Ti以及固溶强化元素W含量的调整，研究了δ相形成规律及合金中γ″／γ′复合析出组织的形成条件，同时分析了合金的微观组织与力学性能之间的关系。结果表明，维持理想的（Al＋Ti＋Nb）含量（at％）及（Al＋Ti）／Nb原子分数比可以显著减少针状δ相的析出，得到稳定的γ″／γ′复合析出组织并提高合金的拉伸强度、持久及硬度等多项力学性能。而在718合金基础上，采用W强化的合金与原型718合金相比也显现出了更为优异的力学性能。     

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。     

INFLUENCES OF ASSOCIATED AND SEPARATE PRECIPITATION OFγ′WITH γ" ON THERMAL STRUCTURE STABILITY IN INCONEL718 TYPE ALLOYS

用透射电镜观察了Inconel718及其改型合金中的时效析出组织调整Nb,Ti,Al的含量及比例,可以得到与通常合金中γ′和γ″单独析出有所不同的γ′和γ″的复合组织及包覆组织两类析出形态、其中γ″在γ′上析出的包覆组织具有较好的高温长期时效组织稳定性过时效试验结果表明.改型合金不同于Inconel718合金γ″致δ的相转变,却以强化相溶解而使材料软化     

INCONEL718型合金中γ″和γ′的复合及单独析出对组织稳定性的影响

用透射电镜观察了Inconel718及其改型合金中的时效析出组织调整Nb,Ti,Al的含量及比例,可以得到与通常合金中γ′和γ″单独析出有所不同的γ′和γ″的复合组织及包覆组织两类析出形态、其中γ″在γ′上析出的包覆组织具有较好的高温长期时效组织稳定性过时效试验结果表明.改型合金不同于Inconel718合金γ″致δ的相转变,却以强化相溶解而使材料软化     

Fe-Ni基合金时效过程中γ'相析出的原子探针层析技术研究

将一种Fe-Ni基沉淀强化奥氏体合金在980℃固溶后水淬,在620℃经过不同时间时效。利用硬度测试及原子探针层析技术(APT)研究时效过程中g'相的析出行为及其对材料硬度的影响。结果表明,当时效时间小于6 h时,合金硬度增加较快,由时效前的145 HV迅速增加至205 HV,随后硬度增加速率缓慢;时效120 h时,硬度为251 HV。APT结果表明,合金经固溶处理后,合金元素均匀分布在基体中。在时效最初阶段,Ti发生了较为明显的偏聚,形成含有Fe、Ni和Al等元素的富Ti纳米团簇。随着时效时间延长,富Ti纳米团簇中的Ni和Al原子的含量逐步增多,而Fe、Cr及Mo等原子的含量不断减少;当时效至120 h时,团簇中Ni与Ti+Al比值近似于3,即已完全形成g'相,表明g'相析出是形核-长大过程。合金硬度的变化与时效过程中g'相的数量密度和体积分数有关。     

K447A合金的热处理组织和拉伸性能研究

通过对K447A合金在不同热处理状态下的显微组织观察和拉伸性能测试,研究了合金显微组织的演变规律及其对拉伸性能的影响。结果表明,合金铸态组织主要包括γ基体、γ′相、碳化物及γ/γ′共晶,碳化物多分布于晶内枝晶干和晶界。固溶处理后,γ′相由大、小两种尺寸的组成,碳化物发生"碎化",且由γ′相包覆,同时枝晶间处析出了细小的MC型碳化物。高温(1100℃)时效热处理使γ′相长大,同时再次析出细小γ′相;低温(870℃)时效热处理则使γ′相形貌接近长方形。拉伸性能结果表明,合金经固溶热处理和时效热处理后的抗拉强度相近,但时效热处理后的伸长率有所增加。     

一种新型镍基高温合金长期时效后的组织和性能

研究了一种新型镍基高温合金在不同温度下长期时效后的组织及冲击韧性、硬度等性能．结果表明，合金在593℃和704℃时效l000h后，主要析出相是γ′和MC，在704℃以上又析出了M23C6．合金在750℃时效l000h后晶界处开始析出η相，而在849℃时效l000h后晶内出现了大量的片状η相，呈魏氏体分布．γ′相随时效温度的增加生长迅速，且在849℃时效l000h后出现回溶．没有发现σ等脆性相的出现．随着时效温度的提高，合金的冲击韧性下降，由韧性断裂变为脆性断裂．室温显微硬度随时效温度的提高而降低，主要由γ′的长大所致；合金在标准热处理条件下的高温显微硬度高于室温显微硬度．     

U720LI合金高温析出γ′相的失稳分解

对U720LI镍基高温合金连续冷却过程中析出的高温γ′相的分解现象进行了观察研究.结果表明。自固溶温度快冷至室温时,发现有大量细小的γ′相析出,其尺寸大多位于40-60 nm之间,均匀分布.当试样自固溶温度缓冷至650℃然后快冷至室温时.发现有两类大小的γ′相析出,一类在200 nm左右,为高温析出γ′相;另一类集中分布在50-65 nm之间,为低温析出γ′相.重点研究了高温析出γ′相的分解现象,在高温析出γ′/γ相界,适合非经典的形核和长大的条件,在高温γ′/γ相界面上的Al和Ti等元素的偏聚区,可以作为过饱和γ基体析出γ′相的析出核心,γ′相中的Al和Ti的自由能梯度导致高温析出γ′相中Al和Ti等γ′形成元素向细小γ′相核心作短距离扩散,使细小γ′相长大和高温粗大γ′相分解.此种析出的γ′相的尺寸只有10-20 nm.上述缓冷试样经时效后,发现高温粗大γ′相的分解现象更加明显.     

Ti/Al比对GH984G合金长期时效过程中γ′沉淀相粗化行为及拉伸性能的影响

研究了2种Ti/Al比对新型Ni-Fe-Cr基合金GH984G在长达上万小时高温时效过程中γ′淀相的粗化行为及其拉伸性能的影响规律.结果表明:随时效温度从700℃升高至800℃,球形γ′沉淀相的粗化速率明显增大.在700和750℃长期时效过程中,高Ti/Al比和低Ti/Al比合金γ′沉淀相的粗化行为均符合Lifshitz-Slyozof-Wagner(LSW)理论,受扩散过程控制,高Ti/Al比合金中γ′沉淀相的粗化速率较高.800℃长期时效过程中,2种Ti/Al比合金γ′沉淀相的粗化行为偏离LSW理论.此外,时效时间小于3×103h时,高Ti/Al比合金的γ′沉淀相长大较快,进一步延长时效时间,低Ti/Al比合金的γ′沉淀相长大速率较快.Ti/Al比对合金标准热处理态和700~800℃时效10480 h后合金的700℃拉伸性能无明显影响.通过选取合适的Ti/Al比,可以控制γ′沉淀相的粗化行为,增强合金组织稳定性.     

Al对IN718合金拉伸性能及稳定性的影响

Al对IN718合金拉伸性能及其稳定性影响的研究结果表明,在标准热处理状态下,Al增加合金中γ"和γ'相析出总量,提高合金室温和680℃的抗拉伸强度,但Al抑制晶界δ相析出,促进Laves相、M7C3相和σ相等在晶界析出,恶化合金的拉伸塑性.经680℃长期时效以后,γ"和γ'相粒子长大,其中高Al合金中析出的γ"/γ'"包覆组织"的长大速率比常规合金中的γ"相小,但两者拉伸强度下降的速度基本相同;合金晶界状态恶化,使室温拉伸塑性明显降低;强化相粒子长大,合金基体的高温强度降低,使680℃拉伸塑性升高.     

一种改型Inconel718合金的组织与性能的研究

采用化学相分析、显微组织分析和显微硬度测试等方法,研究了一种改型镍基高温合金718A在标准热处理状态的显微组织和力学性能。试验结果表明,原型718合金和改型718A合金的主要析出相皆为γ″、γ′、δ、MC相。在标准热处理状态下,改型718A合金中强化相γ′和γ″的量较原型718合金明显增多,而对于组织稳定性不利的8相的析出量则较718合金少。此外,改型718A合金的显微硬度与原型合金相比有了明显的提高,因此具有广阔的应用前景。     

热处理对SLM成形的Inconel 718合金组织的影响

研究了固溶+双级时效处理对激光选区熔化(SLM)工艺制备的Inconel 718高温合金微观组织形态和析出相的影响。结果表明,SLM沉积态合金为椭圆状晶组织,其由细小柱状晶组成。沉积态合金经固溶处理后转变成等轴细晶组织,且随固溶温度升高,晶粒尺寸增大。经固溶+双级时效处理后,合金会在晶界和晶内析出多种析出相,在940~1 020℃固溶过程中晶界析出短棒状δ相(Ni3Nb),在620~720℃时效过程中晶内析出针状δ、圆盘状γ″(Ni3Nb)和黑点状γ′相(Ni3Al,Ti)。     

Inconel 751合金长期时效过程中γ′析出相的长大行为

对经过标准热处理的Inconel 751合金,在700℃和850℃进行了长期时效处理。对长期时效处理后的合金组织进行了观察,采用Thermo-calc软件对合金γ′相的析出进行了热力学验证计算。结果表明,Inconel 751合金在700℃时效时,γ′相长大较为缓慢,而在850℃时效时γ′相迅速长大;随着时效温度的升高和保温时间的延长,合金中小颗粒γ′相数量减少,单位面积内的γ′颗粒数目减少,大γ′颗粒数目增加,即发生了Ostwald熟化;Inconel751合金中γ′相主要为N i3(A l,Ti),在700℃和850℃时效过程中,γ′颗粒长大受A l和Ti扩散控制。     

时效温度对0Cr15Ni70Ti3AlNb合金组织和性能的影响

采用相分析、SEM、万能拉伸试验机等手段,研究了不同时效温度对0Cr15Ni70Ti3AlNb合金组织和性能的影响。结果表明:0Cr15Ni70Ti3AlNb合金在不同的时效温度下析出相有MC相、M23C6相和γ′相。MC和M23C6碳化物在650、670、690℃时的含量基本保持不变。随着时效温度的升高,γ′相的含量和尺寸不断增加。时效温度从650℃升高到720℃,γ′相质量分数由4.971%增加至10.744%,γ′相晶粒尺寸由11.0 nm增大到38.8 nm。在650℃保温14 h后,基体内部析出细小的球状γ′相,当时效温度为750℃时,合金内部出现链状的γ′相,当时效温度为810和840℃时,合金中存在方形的γ′相。随着时效温度的升高,合金室温抗拉强度和屈服强度呈现先增高后减小的趋势,当时效温度高于750℃后,室温抗拉强度和屈服强度均迅速下降,时效温度为720℃时,合金的冲击韧性值最小。     

Ti、Al对Fe-Ni基合金时效硬化行为的影响

Fe-Ni基沉淀强化奥氏体合金的性能强烈依赖于γ'相,而Ti、Al含量的改变,直接影响到γ'相的析出行为,从而影响合金的性能。本文采用光学显微镜、扫描电镜和显微硬度研究了Ti、Al含量对γ'及η相析出规律的影响,揭示了不同Ti、Al含量Fe-Ni基合金的时效硬化行为。结果表明,提高合金中的(Ti+Al)含量,γ'相的析出数量增加;提高Ti/Al比对γ'相的析出数量影响不大,但会加快γ'相的长大速率。Ti、Al的扩散速率决定γ'相及η相的析出行为,从而造成不同Ti、Al含量Fe-Ni基合金时效硬化行为的差异。     

非平衡凝固AZ91D镁合金热稳定性及力学性能

采用铜模喷铸技术制备出AZ91D镁合金非平衡凝固试样,并对其热稳定性进行了研究。采用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析仪及维氏显微硬度计对不同温度热处理镁合金的晶粒形貌、溶质含量及显微硬度变化进行对比研究。实验结果表明,当热处理温度200℃,保温时间240 min时,晶粒形貌未发生明显变化,但由于时效效应的存在,导致过饱和α-Mg固溶体中沉淀相析出,Al元素溶质含量有所下降,合金显微硬度略有升高。相同保温时间条件下,随热处理温度升高,β-Mg17Al12共晶相体积分数不断降低,固溶到基体中导致Al元素含量增加。与此同时,初生α-Mg相晶界逐渐清晰并发生明显的晶粒长大现象,合金显微硬度呈整体下降趋势。     

长时间时效对GH625合金析出相和拉伸性能的影响

采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉伸实验研究长时时效对GH625合金析出相及其拉伸性能的影响,并采用绝热法和Rietveld全谱拟合法对合金在720℃长时时效过程中主要析出相的体积分数进行了定量分析,进一步研究了析出相的体积分数与合金拉伸性能的关系。结果表明:GH625合金在720℃长时间时效过程中存在着γ相→γ′相→γ″相→δ相的转变;随着时效时间的延长,γ″相与δ相的体积分数始终在增大,而γ′相的体积分数则先增加后减少。析出相对GH625合金的拉伸性能有较大的影响。γ′相和γ″相的析出能够提高合金的强度,但大量尺寸过大的γ″相对合金的塑性不利;大量δ相的析出和长大使得合金的强度减小,但屈服强度比有所增加,而合金塑性则大幅降低。     

合金元素对Co-8.8Al-9.8W合金显微组织及γ′相转变温度的影响

为了研究Ni,Nb,Ta,Ti和Mo元素对Co-8.8Al-9.8W基合金(摩尔分数,%)显微组织及γ′相溶解温度的影响,借助DSC和SEM等方法研究几种合金元素对合金γ/γ′两相显微组织形貌和γ′相转变温度的影响。结果表明:Ni和Mo元素降低γ′相的溶解温度,而Nb、Ta和Ti元素提高了γ′相的溶解温度,且Ta的提高效果最明显。几种合金化合金经过(900℃,50 h)时效处理后均形成γ/γ′两相组织。Ni和Mo元素能使合金中γ′相形貌由立方形变为近立方形或球形(如2Ni合金),而其他合金元素并没有明显改变γ′相的立方形貌。Ni、Mo与Nb元素使合金中γ′相的体积分数减少,Ni减少的程度较为显著;但Nb、Ta和Ti元素使γ′相保持较高的体积分数。     

不同使用温度下DD6单晶高温合金的组织演变行为

对完全热处理后的第二代单晶高温合金DD6分别在1100、1150、1200、1250、1300和1320℃温度下保温1 h后再进行空冷处理。用扫描电镜(SEM)分析经不同温度处理后合金的显微组织,通过JMat Pro相图计算和差热分析讨论合金的组织演变机理。结果表明:DD6合金在1100、1150和1200℃保温处理后,γ′相尺寸稍有增大;1250℃保温处理后,γ′相尺寸明显增大,大小分布极不均匀,大部分γ′/γ相界面为锯齿状;1300℃保温处理后,少部分未完全回溶的γ′相具有锯齿状的γ′/γ相界面,大部分γ′相回溶后重新析出不规则、细小的γ′相;1320℃保温处理后,γ′相完全回溶后重新析出不规则、细小的γ′相。合金经不同温度处理后,γ′相长大或溶解、或重新析出的相大小、形态和体积分数均不相同。在1100℃热处理后,合金中γ′相体积分数比完全热处理合金稍有增加;在其他温度下处理后,合金中γ′相体积分数比完全热处理合金的均不同程度地减小。合金完全热处理后和经过1320℃保温处理后,基体通道中没有二次γ′相析出;而在1100~1300℃热处理后,基体通道中析出细小的二次γ′相。合金在不同温度处理后得到明显不同特征的组织,表明使用温度对合金的组织有显著的影响。     

单晶高温合金DD6高温显微组织演化规律研究

我国自主研发的低成本DD6镍基高温合金,具有优良的拉伸性能和高温蠕变性能等,在涡轮机部件等领域具有广阔的应用前景。本研究从建立单晶叶片使用失效评价方式的角度出发,模拟叶片实际使用温度对DD6进行了加热处理,研究和分析了DD6合金在模拟使用温度下保温50 h后微观组织随温度的演化规律。研究发现,在模拟使用状态加热的过程中,随加热温度的升高,γ′相首先发生连接、合并,尺寸不断增大,随后向γ基体中溶解,这与Al、Nb等γ′相形成元素从γ′相向γ基体中的扩散有关。加热到1150℃以上在冷却到室温的过程中,较宽的基体通道内会析出颗粒状的二次γ′相,且二次γ′相颗粒随着加热温度的升高进一步长大。二次γ′相的析出是因为γ基体中Al、Nb元素过饱和引起了成分过冷,而其长大从热力学上看是为了减小界面能,从动力学上看与加热温度及长大时间有关。