单晶高温合金DD6再结晶晶界析出相特征及其形成机制

对单晶高温合金DD6进行表面吹砂处理,然后进行固溶与时效真空热处理,采用SEM,TEM,EPMA和Thermo-Calc的方法研究了单晶合金DD6再结晶晶界析出相的特征及其形成机制.结果表明,经过吹砂处理的DD6合金在固溶与时效热处理过程中发生再结晶.再结晶晶界出现析出相,分析表明析出相为M_6C碳化物,该碳化物呈粒状析出,尺寸约为0.5μm,数量极少,富含W,Re和Mo,且Cr,Nb和Co的含量与合金名义成分差别不大,而Al,Ta和Ni含量较低.由于再结晶晶界上C元素的聚集效应,C原子在晶界上达到一定浓度后即与一定数量的W,Mo等μ相形成元素发生相变反应,抑制了合金析出μ相的倾向.又因为DD6合金W含量较高,而Cr含量较低,抑制了M_(23)C_6碳化物,有利于析出M_6C碳化物.     

0Cr15Ni70Ti3AlNb合金平衡析出相热力学计算

采用Thermo-Calc热力学计算软件,模拟计算了0Cr15Ni70Ti3AlNb合金的平衡析出相和凝固过程。结果表明:0Cr15Ni70Ti3AlNb合金的平衡析出相主要包括γ、γ′、MC、M23C6;合金凝固过程中Ti和Nb属于正偏析,Cr、Fe、Si等属于负偏析。Al和Ti是影响0Cr15Ni70Ti3AlNb合金中γ′相析出温度和最大析出含量的主要因素。MC相的析出温度和最大析出含量主要由C元素决定。M23C6相的析出温度主要由Cr元素决定,M23C6相的析出量主要由C元素控制。0Cr15Ni70Ti3AlNb优化合金成分(质量分数)为C(0.03%~0.05%)-Al(0.7%~0.9%)-Ti(2%~2.25%)-Nb(0.75%~0.95%)-Cr(13.5%~15.5%)。研究结果可为合金的成分设计和热处理工艺制定提供理论指导。     

镍基单晶高温合金DD10的恒温氧化行为

采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)及能谱(EDX)等方法研究了不同钴含量的两种镍基单晶高温合金在900,1000和1100 ℃的恒温氧化行为。研究发现,增加合金中的Co含量,会降低合金的扩散激活能,引起氧化速率的略微增加。在900和1000 ℃氧化时符合抛物线规律,氧化膜分为3层：外层主要由Cr2O3和TiO2组成;中间层是很薄的CrTaO4和Ta2O5氧化层;内层是连续的Al2O3氧化层。在1100 ℃时氧化膜的严重剥落和CrO3的挥发使增重曲线略微偏离抛物线规律,生成了NiCr2O4, CoAl2O4, CoNiO2和Co2TiO4等尖晶石相,并发生了内氮化     

第二代单晶高温合金的低周疲劳行为

研究了含0.34%Hf DD6单晶高温合金在760℃下的低周疲劳行为,对其疲劳裂纹的萌生与扩展进行了分析。结果表明,含0.34%Hf DD6合金比含0.10%Hf的疲劳寿命稍有降低;其损伤以弹性损伤为主。疲劳裂纹萌生于试样表面、亚表面或试样内部后,先沿垂直应力轴方向扩展,后沿{111}面扩展。其断裂机制为类解理断裂。断口上有典型的疲劳条带。断裂组织分析表明,位错主要在基体通道中扩展,变形后期切过γ'相,形成滑移带。     

DD6单晶高温合金二次γ’相的析出

研究了DD6单晶高温合金二次γ’相的析出规律和二次γ’相对持久性能的影响。结果表明:DD6合金固溶保温后炉冷,基体通道内有细小的二次γ’相析出;固溶后1120℃/4 h一次时效空冷,基体通道内有大量的二次γ’相析出;固溶后1120℃/4 h一次时效炉冷,基体通道内没有二次γ’相析出;固溶并一次时效后在870℃二次时效过程中,随保温时间增加二次γ’相逐渐溶解,32 h时效后二次γ’相完全消失,在随后空冷过程中没有二次γ’相析出。基体通道内的二次γ’相阻碍基体中位错的运动,促使位错剪切一次γ’相,因此基体通道内的二次γ’相降低DD6合金760℃/785MPa持久寿命;DD6合金标准热处理后,基体通道内的二次γ’相消失,760℃/785 MPa持久寿命显著提高。     

690合金平衡相析出规律的热力学数值模拟

690合金中的相析出规律直接影响着其晶界应力腐蚀抗力。应用Thermo-Calc 软件模拟计算了690合金的成分变化和热处理温度对平衡相析出规律的影响。结果表明:C 含量明显影响 M23C6 的析出规律,而对γ′和α-Cr 相的影响较小;Cr 含量对 M23C6、γ′和α-Cr相的析出规律都有明显影响;Fe含量对相析出规律影响很小。由此得出结论:合金固溶温度应在1050 ℃以上,等温热处理温度应在700 ℃以上。     

DD6单晶高温合金的等温氧化行为(英文)

研究第二代单晶高温合金DD6在1050℃和1100℃下的等温氧化行为,分别采用SEM、XRD和EDS对氧化产物进行分析。结果表明,在1050℃和1100℃温度下,DD6合金的100h氧化动力学曲线遵循亚抛物线规律。在1050℃时,氧化产物分为两层,外层为NiO和少量的Al2O3,内层为Al2O3。而在1100℃时,氧化产物分为三层,外层为Al2O3和少量的NiO,中间层为Cr2O3和TaO2,内层由Al2O3组成。在这2种温度下的氧化物下面都形成了无γ′相的区域。     

新型Ni-Cr基GH648合金成分对热力学平衡相析出行为的影响

通过热力学平衡相计算方法并采用相应的Ni基数据库，对1种新型高铬的Ni-Cr基GH648合金成分对平衡相析出的影响规律进行系统研究。结果认为GH648合金析出的主要平衡相为α-Cr，γ′相和M23C6碳化物(主要为Cr23C6)，并进一步计算了合金成分对这些相的析出行为及合金初熔点和终熔点的影响规律。计算结果表明，Cr含量主要影响α-Cr的析出量及开始析出温度，并影响合金的初熔点，对以Cr为主的M23C6的析出行为没有明显影响。C显著影响碳化物的析出量，而Al，Ti增加显著增加γ′相的析出量和开始析出温度。     

镍基单晶高温合金雀斑组织特征

采用OM、SEM、EBSD、TEM等方法研究了第3代单晶高温合金DD9雀斑铸态、热处理态组织及化学成分特征。结果表明：雀斑是由取向杂乱、细小的等轴晶粒组成，通常平行于晶体生长方向，呈链状分布在铸件的表面，其深度与宽度为400~800 μm；雀斑区域含有大量γ/γ''共晶，且出现一定量的MC、M₆C型碳化物和疏松。热处理后雀斑区域等轴晶粒边界出现大尺寸γ''相及颗粒状的M₆C相。雀斑区域含有较多Ta、Al等元素，而Re、W等元素含量较少，雀斑区域成分更加接近枝晶间成分。     

取向偏离度对镍基单晶高温合金DD10低周疲劳行为的影响

本文研究了特定试验条件下,镍基单晶DD10取向偏离[001]的程度对其低周疲劳行为的影响。结果表明：取向偏离度对DD10合金的低周疲劳行为影响明显。疲劳寿命随取向偏离度的增加而明显降低,在同等偏离度下,晶体取向靠近[001]-[011]的合金低周寿命优于取向靠近[001]-[11]的合金;分析发现：不同取向偏离度合金DD10低周疲劳寿命的差异源于其每循环周次的可累计塑性变形的差异。另一方面,取向偏离度对疲劳总应力幅和塑性应变幅的影响却截然相反,但对疲劳裂纹萌生和扩展方式影响不大。     

镍基高温合金GH141平衡析出相的热力学计算分析

应用Thermo-Calc热力学计算软件,对GH141合金的平衡析出相和非平衡凝固过程进行了模拟计算。结果表明:GH141合金的平衡析出相有γ、γ′、σ、μ和碳化物(M C、M_6C、M_(23)C_6);合金凝固过程中Mo、Ti元素正偏析比较严重,这会降低合金的初熔点;Al、Ti含量对γ′相的开始析出温度和最大析出量有很大影响;C是碳化物最大析出量的控制元素,且M C、M_6C、M_(23)C_6碳化物的主要富集元素分别是Ti、Mo、Cr。研究结果为合金的成分设计和热处理提供一定的理论依据。     

难变形高温合金GH720Li平衡析出相的热力学计算

为了给热处理制度和热加工工艺提供理论依据,采用Thermo-Calc热力学计算软件,对GH720Li合金平衡析出相和非平衡凝固进行模拟计算分析.结果表明,合金凝固过程中Mo、Ti偏析比较严重,并给出Ti、Al含量对γ'相析出温度和析出量的定量计算结果.C含量的增加可以显著提高碳化物的析出量,但对碳化物的析出温度无影响;Cr对M23C6的析出量没有影响,但显著提高其析出温度.进一步对一次碳化物MC的析出温度与合金初熔点的关系进行定量计算.     

DD6单晶高温合金叶片小角度晶界组织

采用扫描电镜和透射电镜研究了DD6单晶高温合金叶片小角度晶界的铸态组织、热处理组织和长期时效组织.铸态小角度晶界组织中,粗大γ′相和块状共晶沿晶界析出;热处理小角度晶界组织中,晶界上有一薄层γ相,晶界两侧的γ′相立方化较好,但由于小角度晶界的存在,γ′立方体不完整;1070℃长期时效500 h小角度晶界组织中,晶界上析出粒状碳化物,无TCP相析出,DD6单晶高温合金小角度晶界组织有很好的稳定性.     

DD15单晶高温合金的蠕变各向异性

在定向凝固炉中制备了［001］、［011］和［111］3种不同取向的DD15单晶高温合金，研究了980 ℃/300 MPa条件下不同取向的蠕变性能。为对比分析不同蠕变时间后的微观组织，蠕变50和100 h后停止试验。采用扫描电镜和透射电镜分析不同取向的合金组织。结果表明，不同取向合金在垂直于生长方向的截面上具有不同的组织特征，［001］取向γ′相为规则的正方形，［011］取向γ′相为矩形，［111］取向γ′相为多边形。合金在 980 ℃/300 MPa条件下的蠕变性能呈现明显的各向异性，蠕变寿命按［111］、［001］、［011］取向的顺序减小，应变量按［001］、［011］、［111］取向的顺序降低。3种取向合金蠕变曲线的共同特征为具有非常短的蠕变第1阶段，与［001］和［111］ 取向相比，［011］取向合金具有较短的蠕变第3阶段。不同取向合金蠕变后的γ′相具有明显不同的筏排化程度。［001］取向合金的γ′相筏排化速率大于［011］和［111］取向合金。蠕变断裂后，［001］或［111］取向合金的位错密度大于［011］取向合金。     

DD6单晶高温合金再结晶形核位置和机制研究

采用压痕变形方法,利用扫描电镜研究了DD6单晶高温合金在不同温度和状态下的再结晶形核位置及形核机理。结果表明,在低于γ′相溶解温度(≤1 220℃)进行热处理,胞状再结晶可以在碳化物、显微疏松、共晶处形核,1 220℃热处理等轴状再结晶可在表面形核,形成表面再结晶层。在1 270℃热处理时除了第二相形核外,再结晶主要在枝晶干上形核,形成了枝晶状再结晶,再结晶形核的主要机制为亚晶聚合形核机制。     

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。     

单晶高温合金定向凝固过程中条带的形成机制

在单晶高温合金的定向凝固过程中,有时会形成条带.为此,对它的形成机制进行了研究.结果表明:条带具有明显的起始位置,一次枝晶与合金基体的一次枝晶方向平行,条带的宽度随单晶的生长过程没有变化,与小角度晶界有明显不同的特征.在单晶高温合金的凝固过程中,陶瓷型壳的表面缺陷可能是合金晶体形核的凹面靠背基底.当枝晶前方的过冷度超过晶粒形核所需要的过冷度时,合金的条带形成.用模拟试验对条带的形成机制进行了试验验证.     

DD6单晶合金气膜孔薄壁平板高温持久性能

在980℃/300 MPa条件下,对带气膜孔与无气膜孔的DD6单晶合金薄壁平板试样进行高温持久试验研究与有限元对比计算。结果表明：在相同名义应力条件下,带孔试样的高温持久寿命比无孔试样的高温持久寿命低,分别为69、90 h,气膜孔的存在破坏了试样的几何连续性,导致气膜孔周围应力集中为主要因素。通过断口宏、微观观察发现,无试样的断裂方式为微孔聚集型断裂,断口上分布着大量方形小平面特征;而带孔试样由于气膜孔改变了试样中的应力分布,在气膜孔附近产生了应力集中,当裂纹扩展至试样边缘,试样被瞬间剪断。基于晶体塑性理论建立了蠕变模型,将其编入ABAQUS的UMAT子程序中对带气膜孔和无气膜孔薄壁平板试样分别进行模拟分析,模拟结果显示与试样的断裂位置及形貌吻合,在工程应用条件下该模型是能用于薄壁平板的高温持久断裂寿命的预测。     

DD3单晶高温合金的高温蠕变断裂行为

通过对DD3单晶高温合金试棒进行1030℃／196MPa、1040℃／177MPa和1050℃／140MPa蠕变实验,并对试样断口形貌及其组织进行观察和分析,研究了第一代单晶高温合金DD3的高温蠕变断裂行为。蠕变试验结果表明：在1030～1050℃条件下,DD3合金具有优良的蠕变性能;蠕变开始不到10h,合金即进入稳态蠕变阶段。断口形貌及组织分析表明：高温条件下的DD3单晶高温合金蠕变断裂裂纹萌生于微孔,断裂模式为微孔聚集型断裂。     

Hf含量对DD6单晶高温合金铸态组织的影响

采用OM,SEM及EDS等方法研究了不同Hf含量对DD6单晶高温合金铸态组织的影响。结果表明,增加Hf含量,DD6合金凝固组织一次枝晶间距先增加后减小;共晶含量增加;枝晶干的γ′相无明显变化,枝晶间的γ′相稍有减小;合金的显微疏松无明显改变,合金元素偏析程度略有减小;合金含有颜色深浅明显不同的两种碳化物。