镍基铸造高温合金中合金元素的偏析规律

研究了用Ni-x二元相图来判断镍基铸造高温合金中合金元素x处于正偏析、负偏析或者基本不偏析状态以及偏析严重程度的可能性,并用实验验证了正确性。     

低偏析高温合金

研究了微量元素对高温合金凝固偏析的影响，发现通过控制微量元素含量可减轻合金主元素的偏析，并据此开发了一系列高性能的低偏析铸造、定向和变形高温合金。低偏析铸造高温合金的使用温度可比普通同类合金高２５℃；低偏析定向高温合金在无Ｈｆ的条件下，具有比同类定向合金更好的纵向和横向力学性能，纵向力学性能达到第一代单晶高温合金的水平，而且具有理想的工艺性能；低偏析变形高温合金的工艺性能明显改善。     

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。     

DZ68镍基高温合金的凝固偏析

利用硅-碳管炉制备凝固样品,采用金相显微镜观察DZ68合金的凝固过程,利用电子探针测定DZ68合金凝固过程中的元素含量,研究DZ68合金的凝固过程及合金元素、杂质元素的偏析行为.结果表明:DZ68合金的凝固过程主要在1 370～1 310 ℃内完成,合金的终凝温度介于1 180～1 200 ℃之间;DZ68合金中主元素W、Re、Ta、Al的偏析系数经测定分别为2.2、4.5、0.58和0.8,其中W和Re为强烈负偏析元素,Ta是强烈正偏析元素;有害杂质元素S、P、B和Si在枝晶间发生严重偏聚.热力学分析表明,这些偏聚的杂质元素在枝晶间可能形成Ni3P、Ni3S2和M3B2等低熔点化合物,从理论上解释了DZ68合金终凝温度降低的原因.     

铸造镍基高温合金IN792的凝固和偏析行为研究

采用等温凝固淬火试验(ISQ)与差热扫描量热(DSC)分析的方法对铸造镍基高温合金IN792的凝固过程和元素在固、液相中的分配进行研究,得到了合金的等温凝固组织、相析出顺序图、凝固特性曲线以及元素在不同温度下的偏析特性。ISQ结果表明:IN792合金的液相线温度为1328℃,开始析出MC碳化物的温度为1310℃,开始形成(γ+γ’)共晶的温度为1225℃,于1190℃开始析出二次γ’相。由DSC测得的合金宏观固相线温度(尚存体积分数5%残余液体)和由ISQ测得的微观固相线温度(终凝温度)分别为1250和1180℃,两者相差达70℃,这一温度范围往往是热裂缺陷形成的敏感区间。IN792合金在液相线下30℃范围内液体量锐减,析出了体积分数约85%的γ枝晶。1300～1270℃是合金枝晶间液体由连通转为断开的温度范围,它与铸件疏松形成密切相关。在1325～1190℃温度区间,IN792合金中元素W、Co分配系数大于1,倾向富集于枝晶干固相,为负偏析元素;Zr、Mo、Ti、Ta、Cr分配系数小于1,倾向富集于枝晶间液相,为正偏析元素;Al在凝固早期富集于液相而后来倾向于分布在枝晶干固相区,随着凝固温度降低逐步转变为负偏析元素。在1325～1210℃温度范围内,随着凝固温度降低,Al、Ni的分配系数升高,而Mo、Cr的分配系数降低。相反,在1210～1180℃温度区间,随着凝固温度降低,Ni、Al的分配系数降低,而Mo、Cr的则升高。     

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。     

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。     

低偏析高温合金

研究了微量元素对高温合凝固偏析的影响，发现通过控制向量元素含量可减轻合金主元素的偏析，并据此开发了一系列高性能的低偏析定向高温合金在无Ｈｆ的条件下，具有比同类定向合金硬 好的纵向和横向力学性能，纵向力学性能达到第一代单晶高温合金的水平，而且具有理想的工艺性能；低偏析变形高温合金的工艺性能明显改善。     

中速生长条件下单晶高温合金组织及偏析研究

本文利用高梯度定向凝固设备研究了镍基高温合金在中等凝固速率条件下枝晶组织和偏析变化的基本规律,实验发现采用高梯度定向凝固技术可以得到具有超细枝晶组织的单晶高温合金材料,枝晶偏析在低速生长时随冷却速率的增加而增加,而在高速生长时形成的超细枝晶组织中,枝晶偏析随冷却速率的增加而减小。     

一种镍基单晶高温合金的高温度梯度定向凝固组织及枝晶偏析

采用双区加热和液态金属冷却法 (LMC) 相结合, 对一种含4%Re (质量分数) 的镍基单晶高温合金进行了高温度梯度定向凝固. 结果表明: 与传统的“ 高速凝固法 (HRS) ” (温度梯度G=20-40 K/cm, 抽拉速率V=50-100 μm/s, 一次枝晶间距 λ₁=200-400 μm)相比, 该技术可以显著提高凝固界面前沿的温度梯度 (G=238 K/cm) 和抽拉速率 (V=500 μm/s). 随着抽拉速率的提高, 凝固界面形态呈现出平面、胞状、粗大枝晶和细枝晶形态, 一次枝晶间距不断减小, 通过固态相变析出的γ' 强化相也被显著细化, 当G=238 K/cm, V=500 μm/s时, λ₁和枝晶干γ' 相平均尺寸分别减小到61.3和0.04 μm. 电子探针测定表明, 随着抽拉速率的提高, 枝晶偏析呈现先增大后减小的趋势. 这是高温度梯度条件下, 固相反扩散作用强烈影响元素在枝晶中分布的结果.     

凝固界面形态对单晶高温合金组织与溶质偏析的影响

本文研究凝固界面形态对抗热腐蚀单晶镍基高温合金凝固组织与溶质偏析行为的影响。结果表明,当液-固界面形态由胞状向树枝状转化时,一次主干间距及溶质偏析程度急剧增大,而在树枝状凝固范围内则随凝固速度的增大而显著降低,一次主干间距愈大,溶质偏析愈严重,在一次主干间距达到极大值的粗树枝状组织中,在γ/γ′共晶组织前沿区域发现了一种高铬低熔点新型共晶组织。     

INTERFACE MORPHOLOGIES AND SOLUTE SEGREGATION OF Al-Li ALLOY 8090 DURING UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION

The solid-liquid interface morphology and solute segregation behaviour of AI-Li alloy 8090during unidirectional solidification were studied by the liquid metal quenehing method undervaried processing conditions.When solidification rate,RO.75 mm/min (temper-ature gradient,G_L=130℃/cm),the structure revealed of planar or dendritic interfacerespectively.With the increase of R,the interface morphology becomes cellular from planargradually,within a narrow range.And the greater the R,the,finer the dendrite.Segregationof element Cu and impurity elements Fe and Si are quite severe,the interface morphologymarkedly influences on solute segregation.During solidification at coarse dendrite interface,their segregation ratios are rather great and solidified structure is coarse.     

8090Al—Li合金定向凝固界面形态与溶质偏析

本文阐述了定向凝固参数对8090Al-Li合金固液界面形态和溶质偏析行为的影响。结果表明:当下拉速度R<0.13mm/min(温度梯度G_L=130℃/cm)时,可得到平面凝固组织,当R>0.75mm/min(G_L=130℃/cm)时,可获得枝晶组织,且R越大,枝晶越细小。胞晶组织存在范围很窄,元素Cu偏析较严重,杂质元素Fe,Si也有很大偏析,界面形态对溶质偏析行为有显著影响。以粗枝晶凝固时,偏析比较大,凝固组织粗大。     

微量元素在Ni基合金凝固过程中分配行为的模拟

以多元合金系在凝固过程中组元的液固界面平衡方程,即组元在液固相中的化学位相等为基础建立了一个反映多元系凝固偏析的简易模型,利用它对多元合金系凝固初期的特征进行了定性描述,并对某些微量元素在Ｎｉ基合金凝固过程中的分配行为进行了计算模拟,得到的结果与实验结果较好地相符,从定性说明和计算模拟的角度,方便地确定出对Ｎｉ基合金凝固偏析起决定性作用的微量元素 。     

EFFECT OF P，S AND Si ON THE SOLIDIFICATION，SEGREGATION，MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES IN Fe－Ni BASE SUPERALLOYS

ＥＦＦＥＣＴＯＦＰ,ＳＡＮＤＳｉＯＮＴＨＥＳＯＬＩＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮ,ＳＥＧＲＥＧＡＴＩＯＮ,ＭＩＣＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＡＮＤＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳＩＮＦｅ－ＮｉＢＡＳＥＳＵＰＥＲＡＬＬＯＹＳＺ．Ｑ．Ｈｕ;Ｗ．Ｒ．ＳｕｎａｎｄＳ...     

THE SEGREGATION OF SULFUR AND PHOSPHORVS IN NICKEL-BASE ALLOY 718

1.IntroductionSurfaceandinterfacialsegregationiscurrentlyaveryactiveareaofresearch.Thisphenomenonhasbeenstudiedextensivelyinbinaryandternaryalloysll--31.Commercialsteelsandsuperalloysarecomplexsystemswithmanyelementalspecies.Whileimpuritysegregationhasbeenwidelystudiedinsteels,comparativelylittleisknownaboutthesuperalloys.Cleansuperalloyproductionisvanguardofthesuperalloyindustryandcleanlinesshasbeenbasicallyconsidetedintwocategories:inclusionsanddetrimentalelementsco.t.oll4].Sulfurandphospho…     

铸造镍基高温合金K445的热疲劳行为

利用开有V形缺口的平板试样,研究了新型铸造镍基高温合金K445在最高温度分别为800,850,900℃,最低温度为室温的热循环下的热疲劳行为．通过光学显微镜和扫描电镜观察合金的组织和热疲劳裂纹形貌,研究热疲劳损伤机制．结果表明,热疲劳主裂纹主要从V形缺口处萌生,沿晶界扩展,而二次裂纹则穿晶扩展．当最高循环温度为800℃时,碳化物的组成和分布起主要作用,（Ti,Ta）C型碳化物的开裂处以及碳化物与基体的界面处是裂纹优先扩展区域．当最高循环温度为900℃时,高温氧化起重要作用,应力辅助作用下的晶界氧脆是主要损伤机制．     

SOLIDIFICATION BEHAVIOR AND MICROSTRUCTURE EVOLUTION OF Si BEARING TiAl ALLOY

１　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｉＡｌａｌｌｏｙｓｈａｖｅｂｅｅｎｒｅｃｅｉｖｉｎｇａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇａｔｔｅｎｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｅｘｃｅｌｌｅｎｔｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，ｇｏｏｄｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄｃｒｅｅｐｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ［１－３］．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｓｅａｌｌｏｙｓｓｕｆｆｅｒｆｒｏｍａｌｏｗｄｕｃｔｉｌｉｔｙｕｐｔｏａｂｏｕｔ６００℃．Ｅｘｔｅｎｓｉｖｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆａｌｌｏ…     

偏析对DZ483镍基高温合金糊状区内液相密度的影响

为研究DZ483合金在凝固过程中的元素偏析行为对糊状区内液相密度的影响,采用等温凝固结合水淬法对合金进行不同温度下的凝固实验.利用OM和SEM观察试样的凝固组织,利用EDS测量固相和剩余液相的元素含量,并根据剩余液相的成分计算其密度.结果表明,DZ483合金的开始凝固温度略低于1335℃,在1325℃液相中开始析出富含Ta和Ti的MC;W和Co为负偏析元素,Mo,Ta和Ti为正偏析元素,而Al和Cr几乎不发生偏析;剩余液相的密度随温度降低基本呈下降趋势,但在1325至1315℃之间有所回升.计算结果表明,温度对液相密度的影响很小,合金元素的偏析对液相密度的影响占主要地位.其中,Mo和Ta的偏析导致液相密度增加,而Ti和W的偏析导致液相密度明显降低.备合金元素的偏析对密度变化的贡献由大到小顺序为:Ti>Ta>W>Cr>Mo>Al>Co.MC的形成消耗了大量的Ti和Ta,对合金元素的偏析造成一定的影响,从而导致液相密度在1325至1315℃之间有所增加.