AN INVESTIGATION OF FRECKLES IN AN IRON-NICKEL BASE WROUGHT SUPERALLOY

Fe-35Ni-15Cr型铁基高温合金中的点状偏析,元素偏析是第一位的,碳硼化物及其它金属间化合物偏聚是第二位的,二者是因果关系.点状偏析是由若干枝晶组成,和枝晶间一样聚集了Ti,Al,Si,Mo,Ni和微量元素C,B,S等,这样就促使偏析区生成较多的γ′相、Ti(C,N)和M_3B_2相,此外还生成脆性相σ;点状偏析区硬度比基体高,熔化温度比基体区大约低40℃;高温长时间均匀化处理不能完全消除,因此,它给合金的工艺性能和力学性能带来了不良影响。点状偏析实际上属于重力偏析的一种,它是在合金液凝固结晶过程中,溶质元素偏析形成的上浮液流造成的,其形成倾向正比于凝固过程中金属的熔池深度.     

一种新型镍铁基焊丝熔敷金属组织及性能研究

对一种700℃先进超超临界锅炉用新型镍铁基高温合金焊丝熔敷金属进行了研究。根据热力学模拟计算,其热力学稳态相包括γ基体、γ'、Ti C、硼化物、M23C6相。根据模拟计算的熔敷金属连续冷却转变曲线和等温转变曲线,结合热物性分析,存在少量γ'相在冷却过程中形核。对焊丝钨极氩弧焊的熔敷金属进行表征,结果表明:凝固过程中由于C、Ti元素强烈向枝晶间偏析,导致凝固末期在枝晶间形成了一次Ti C相,其他合金元素则无显著偏析,且焊丝熔敷金属中并无有害相析出。焊丝熔敷金属室温及高温力学性能较好,且相对较低的热膨胀系数能降低结晶裂纹的敏感性。     

GH4151合金的凝固偏析行为及均匀化热处理研究

GH4151合金是一种承温能力高达800℃的新型涡轮盘用铸锻变形高温合金,该合金在凝固过程中元素偏析严重,主要偏析元素包括Nb、Mo和Ti等元素,同时合金中包含大量的C元素,在熔炼凝固后期由于残余液相中的元素富集,枝晶间会析出大量有害相,包括（γ-γ′）共晶,Laves相,η相和MC碳化物。实验通过研究C含量对各偏析元素的影响发现,增加C含量可减轻Nb元素在枝晶间的偏析,此外,随C含量的增加枝晶更发达,枝晶间区域减少。随后通过研究在1160～1210℃不同温度下的均匀化热处理对各枝晶间析出相的影响发现,（γ-γ′）共晶和Laves相的熔点约为1180℃,η相的熔点约为1200℃,MC碳化物的熔点超过1300℃;同时,发现1170℃/16 h+1200℃/8 h双步均匀化热处理不仅可以消除铸锭中的偏析,而且避免了低熔点相过烧而产生的孔洞,使坯料更加有利于后续开坯变形。     

高合金化GH4065镍基变形高温合金点状偏析研究

以真空感应熔炼+电渣重熔+真空自耗重熔三联冶炼GH4065高合金化镍基变形高温合金棒材(直径280 mm)为对象,系统研究了该合金点状偏析的低倍组织、元素分布、第二相及晶粒形貌,分析了典型溶质元素对点状偏析行为的影响,探讨点状偏析的形成规律与机制及控制思路。结果表明,GH4065合金点状偏析主要源于枝晶间富Ti、Nb等元素的熔体密度较小冲破枝晶臂流动形成的通道偏析;锻造后生成较多的板条状η相、块状M_3B_2型硼化物与MC型碳化物。热力学相计算亦证实了点状偏析区较正常组织区域更容易生成η相、M_3B_2和MC。热处理后,与正常组织区域相比,点状偏析中仍存在板条状η相,一次γ′相的尺寸和数量明显增加,二次γ′相尺寸和形貌基本相同但数量减少。分析发现,由于点状偏析区的成分变化使得γ′相回溶温度升高,导致锻造中粗大γ′相阻碍再结晶长大,点状偏析区晶粒尺寸小于正常组织区域。采取前道次冶炼精细化控制、释放电极残余应力、适度降低真空自耗重熔熔化速率、加强真空自耗重熔冷却等措施,可以有效降低点状偏析的形成倾向。     

Ni添加量对Co-Al-W基单晶高温合金凝固特性的影响

基于实验研究、热力学计算与动力学分析,研究了Ni含量对Co-Al-W基单晶高温合金凝固特性的影响。结果表明：无Ni和添加Ni的Co基单晶高温合金均具有典型的枝晶组织,但Ni的添加增大了合金的一次枝晶间距。同时,Ni的添加增大了Al和W元素的显微偏析倾向,降低了Ta元素的显微偏析倾向,但对Ti元素的显微偏析倾向的影响较小。无Ni合金的枝晶间析出相为初生γ′相和(β+γ′)共晶相,而含Ni合金的枝晶间析出相为初生γ′相,即Ni的添加改变了合金的凝固路径与铸态组织。同时,Ni的添加对Co-Al-W基单晶高温合金凝固特征温度的影响不明显。     

镍基高温合金GH4282的凝固和偏析行为

采用差示扫描量热（DSC）分析、显微组织观察和热力学计算相结合的方法对镍基高温合金GH4282的凝固过程和元素偏析行为进行研究,得到了合金的凝固顺序以及元素偏析特征。结果表明,GH4282合金的凝固顺序为：γ基体、MC碳化物以及少量的硼化物。由DSC测得的合金GH4282合金的固-液相温度范围为1316~1367 ℃,MC、M6C型碳化物和γ′相的溶解温度分别为1338 ℃、1092 ℃和1003 ℃。热力学计算结果表明,GH4282合金在凝固过程C、B、Ti和Mo偏聚于枝晶间,Al偏析于枝晶干,Cr、Fe和Co几乎不发生偏析,这与铸态组织观察到的元素偏析特征是一致的。     

GH742y合金凝固偏析行为

采用组织分析和差热分析相结合的方法系统研究GH742y合金的凝固偏析行为和铸态组织形成规律。GH742y合金枝晶偏析严重,组织析出复杂:Cr、Co、W、V和Al偏析于枝晶干,而Nb、Ti和Mo等元素在枝晶间的富集导致一次和二次γ′相、(γ γ′)共晶、MC碳化物、M6C碳化物、Laves相和δ相的析出;稀土元素La和Ce的偏析导致Ni5Ce相和富氧硫稀土相的枝晶间析出。相分计算表明,严重的元素偏析以及大量富Nb和Ti相的析出是σ相和μ相等有害TCP相析出的主要原因。GH742y合金的凝固顺序为:γ基体、MC碳化物、一次γ′相、(γ γ′)共晶、Laves相、Ni5Ce相和M6C碳化物。     

单晶镍基高温合金DD8激光快速熔凝组织

DD8单晶镍基高温合金经激光扫描快速熔凝后, 熔池表面宽度随扫描速率增加变窄; 一次枝晶间距随冷却速率增加而减小. 分析表明: 熔凝后元素的枝晶偏析不明显, 合金成分趋于均匀. 熔凝后的凝固形态由熔池底部到表面依次为准平面凝固、胞状凝固、胞枝状凝固和细密枝晶凝固. 准平面和胞状凝固区由γ固溶体及弥散γ'相 (20 nm) 组成. 在胞枝晶和枝晶凝固区, 枝晶间出现一种高Ti含量条状相. 在过渡区, γ固溶体及γ'相皆部分熔凝, 未全溶的γ'相成为熔凝再析出弥散γ'相的核心, 过渡区γ'相呈堆状分布.     

一种新型高温合金凝固组织和元素偏析行为研究

采用热力学平衡模拟计算、差热分析(DTA)和等温凝固淬火试验(ISQ)相结合的方法对一种新型镍基高温合金K4750合金的凝固组织和主要元素的偏析行为进行研究。结果表明,实际K4750合金的固相线温度为1270℃,液相线温度为1350℃,MC型碳化物析出温度为1320℃;凝固顺序为L→γ(1350℃),L→γ+MC(1320℃)。K4750合金在凝固初期凝固速度较快,液相体积分数下降明显,凝固后期速度开始变慢,在1310～1290℃温度区间内枝晶间连通残余液相开始断开,同时会有大块状的MC相析出,进一步阻碍液相的连通,从而极易导致合金凝固疏松的形成。合金中W、Fe、Cr的溶质分配系数大于1,富集于枝晶干,为负偏析元素;Ti、Nb、C、Mo的溶质分配系数小于1,富集于枝晶间的液相中,为正偏析元素。     

难变形高温合金GH4175铸态组织及均匀化工艺

采用热力学计算、光学显微镜、扫描电镜和能谱分析等方法对GH4175合金铸锭进行显微组织、析出相和元素偏析情况分析,并研究了均匀化处理过程中合金组织演变和元素再分配的变化规律.结果 表明:GH4175合金铸锭枝晶偏析严重,Nb、Mo、Ti元素偏聚于枝晶间,Nb元素的偏析最为严重,主要析出相为γ'相、M23C6、MC、Laves相及针状8相.合金铸锭在1150℃时出现低熔点相熔化现象,在1200℃时出现枝晶初熔.合金铸锭均匀化应采用低温预处理加高温扩散的两段式,经1140℃×10 h+1190℃×30 h均匀化处理后,合金中的有害低熔点相回溶,枝晶偏析基本消除,是比较合理的均匀化工艺.     

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.     

718Plus合金铸锭的元素偏析及均匀化工艺

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等研究了镍基718Plus合金铸锭的组织特点、元素偏析规律及均匀化过程中枝晶间低熔点偏析相的回溶情况.结果 表明:在合金非平衡凝固过程中,Nb和Mo为易偏析元素,在枝晶间形成γ+Laves的共晶相.合金经1150℃×48 h的均匀化工艺处理后,偏析元素扩散均匀,Laves相的回溶情况较为理想,实验结果与利用残余偏析指数6的计算结果基本一致.     

一种亚共析铀铌合金的凝固特点及显微偏析研究

分析了一种亚共析U-Nb合金的凝固过程,获得了该合金的固相线、液相线温度和固-液两相区的残余液相体积。发现凝固末期残余液体不能形成液体网,凝固枝晶很快互相连接,形成一些较大的孤立的液体池。凝固末期这种不能补缩的液体池易形成严重的疏松,理论初步计算合金的显微疏松量约为1.6%。发现合金中铌是严重的负偏析合金元素,凝固中期和凝固末期偏析系数k仅为0.16和0.11,极易在枝晶干偏聚造成枝晶偏析。     

不同冷却速率对GH4151高温合金定向凝固组织及元素偏析的影响

为了进一步降低合金凝固偏析程度和优化真空自耗冶炼(VAR)工艺,利用液态金属冷却法(LMC)对GH4151合金进行定向凝固实验,采用光学显微镜、扫描电镜及电子探针等研究了冷却速率对GH4151合金定向凝固组织及元素偏析的影响。结果表明：随着冷却速率的增加,一次枝晶间距λ₁及二次枝晶间距λ₂均逐渐减小,两者与冷却速率间满足相似的函数关系。而且,枝晶干及枝晶间γ′相尺寸也随冷却速率的增加逐渐减小,组织均匀性提高。对凝固组织元素成分分布的电子探针分析表明：GH4151合金主要偏析元素为W、Nb、Ti,偏离程度在20%以上,且3种元素显微偏析程度均随冷却速率的增加而加重,原因在于随着冷却速率增加,凝固前沿固相层可供溶质扩散的时间减少,扩散效果减弱。     

冷却速度对GH4710合金凝固过程偏析行为的影响

采用凝固重熔物理模拟实验,研究了不同冷速下GH4710合金凝固过程的元素偏析规律。结果表明,不同冷却速度下,GH4710合金中Ti元素的偏析程度最严重,Al、Co、Cr的偏析程度较低,当冷速超过3℃/min时,Al、Co、Cr的偏析系数受冷速变化的影响不明显。进一步的相图计算及微观分析表明,GH4710合金在非平衡凝固条件下,沉淀强化元素Al、Ti主要为正偏析元素,主要在枝晶间形成γ'相或γ/γ'共晶相,而合金中固溶强化元素Cr、Co元素在固相中富集,在液相中贫乏,具有典型的负偏析特征。GH4710合金元素的偏析行为主要取决于凝固过程的冷却速率及非平衡相变的综合作用。     

增压涡轮用镍基高温合金的凝固特性和热裂倾向性

研究了增压涡轮用镍基高温合金K418和K419的凝固特性和热裂倾向性。同时研究了合金元素的偏析行为和析出相。结果表明,凝固末期多种强枝晶间偏析元素在液相中的偏聚导致K419合金的凝固行为较K418复杂。多种元素在枝晶间剩余液相中的偏聚导致K419合金的液相线极低。K419合金凝固过程中漫长的剩余液相期的存在严重削弱了枝晶间结合力,增加了其热裂倾向性。基于一种热裂敏感区模型提出热裂倾向性系数判据,K419合金的热裂倾向性系数高于K418合金。     

纵向静磁场对单晶高温合金DD483组织及蠕变性能的影响

在静磁场下进行高温合金DD483的定向凝固实验,研究了不同磁场强度对单晶镍基高温合金DD483凝固组织枝晶形貌、合金元素偏析系数、析出相和蠕变性能的影响.结果表明:纵向静磁场的施加使高温合金DD483单晶生长性受到破坏,强的磁场使得枝晶定向生长形态受到破坏,形成“雀斑组织”,对一次枝晶间距影响不大.施加磁场使得该单晶合金中合金元素的偏析降低;也使单晶高温合金DD483凝固态组织中γ’析出尺寸降低、碳化物和共晶组织尺寸和含量显著减小.同时磁场对该合金的单晶性和枝晶的定向生长行为的破坏使得合金的蠕变性能降低.     

电子束热作用对DD407单晶熔凝区裂纹形成的影响

使用电子束对DD407单晶高温合金进行焊接,采用光学显微镜和扫描电镜观察分析了熔凝区裂纹形态及分布特征,采用EDS测定了试样枝晶干与枝晶间区域的化学成分,计算了元素的偏析比并分析了裂纹形成原因。结果表明:在电子束热作用下,DD407单晶熔凝区中主要产生纵向裂纹、横向裂纹、弧坑裂纹、晶间裂纹,当其它工艺参数不变时,熔凝区凝固裂纹含量随着电子束流的增大先增大后减小;DD407单晶在焊接凝固过程中,杂晶区合金元素偏析严重,导致低熔点共晶组织聚集并形成低熔点液态薄膜,在凝固收缩拉应力作用下,使得杂晶区常形成凝固裂纹。     

电子束焊热作用对DD407单晶熔凝区裂纹形成的影响

使用电子束焊对DD407单晶高温合金进行焊接,采用光学显微镜和扫描电镜观察分析了熔凝区裂纹形态及分布特征,采用EDS测定了试样枝晶干与枝晶间区域的化学成分,计算了元素的偏析比并分析了裂纹形成原因。结果表明：在电子束热作用下,DD407单晶熔凝区中主要产生纵向裂纹、横向裂纹、弧坑裂纹、晶间裂纹,当其它工艺参数不变时,熔凝区凝固裂纹含量随着电子束流的增大而先增大后减小;DD407单晶在焊接凝固过程中,杂晶区合金元素偏析严重,导致低熔点共晶组织聚集并形成低熔点液态薄膜,在凝固收缩拉应力作用下,使得杂晶区常形成凝固裂纹。     

Inconel 706合金宏观偏析“黑斑”的形成特征及组织行为

为了研究Inconel 706合金宏观偏析“黑斑”区相变行为及析出相的形成特征，对黑斑区和正常区的相析出特征进行了系统的对比分析，并用热力学相计算手段对合金黑斑区的相变规律和元素的热力学平衡分配进行了计算分析。结果认为，Inconel 706合金宏观偏析黑斑主要是由富Nb的Laves相和富Ti的η，δ相的严重偏聚粗化导致的。从黑斑的组织行为分析及热力学相计算可以认为，Nb在凝固过程中发生了极为明显的枝晶间液态偏聚，同时Ti和Al也有一定程度的偏聚，这些元素不同程度的液态偏聚行为是造成合金黑斑区相富集的主要原因。