Re和Ta对抗热腐蚀单晶高温合金900℃长期时效组织稳定性的影响

开展了不同Re和Ta含量抗热腐蚀单晶高温合金900℃长期时效的实验研究,定量分析了0～7500 h时效过程中γ′形貌、尺寸的演化和拓扑密排(TCP)相析出规律。结果表明,2Ta2Re、5Ta0Re、5Ta2Re、8Ta0Re和8Ta2Re 5种合金中,随Ta和Re含量增加,γ′相尺寸变小,且γ′相粗化速率变慢,粗化速率分别为:1.445×10-5、1.569×10-5、1.390×10-5、1.465×10-5和1.384×10-5μm3/h。提高Ta和Re的含量可以降低合金的有效扩散系数并增加扩散激活能,从而降低粗化速率,其中Re的作用更显著。时效2000 h后,含Re合金依次析出了TCP相,高Ta含Re合金析出较严重。Ta和Re交互作用影响了γ和γ′两相元素的分配行为,其中8Ta2Re合金Ta进入γ′相使其晶格常数变大的同时,也促进了Re、W、Cr等元素在γ基体中的分配,促进TCP相析出。     

热处理对一种抗热腐蚀单晶高温合金组织和持久性能的影响

研究了热处理对一种抗热腐蚀单晶高温合金微观组织及1070 ℃/140 MPa持久性能的影响。结果表明：长时间的均匀化热处理显著降低了元素偏析;随着均匀化时间的延长,微孔面积分数逐渐增加,平均尺寸不断增大,微孔的密度呈先升高后降低的变化趋势;随一级时效温度的升高,γ′相尺寸逐渐增大,γ′相面积分数先增加后减少;合金的持久寿命随一级时效温度的提高先升高后降低,一级时效温度为1100 ℃时,立方状γ′相尺寸约370 nm且正方度较好,γ′相的面积分数最大,持久寿命最高;持久断口具有韧性断裂特征,亚晶界处的碳化物和微孔是引起持久试样断裂的主要裂纹源。     

应用d—电子合金设计理论发展新型抗热腐蚀单晶镍基高温合金 Ⅰ.相稳定性临界条件的确定

为应用d-电子合金设计理论(或新相分计算法(New PHACOMP))设计发展新型抗热腐蚀单晶高温合金,首先对高Cr抗热腐蚀IN738LC系列合金Ni—16Cr—9.5Al—4.0Ti-8.0Co—0.55Nb—0.06Zr—0.05B—0.47C-Ta—W—Mo(at-％)的相稳定性进行了综合评价得出抑制σ相析出的稳定性临界条件为Mdt<0.991或Mdγ<0.93同时证明这两个临界电子参数具有等价性,可以用Mdt代替Mdγ简化合金设计过程.这一结果可适用于其它高Cr系列抗热腐蚀镍基合金的d-电子合金设计     

偏离度对抗热腐蚀单晶高温合金DD483拉伸性能的影响

用螺旋选晶器法制备DD483抗热腐蚀单晶高温合金,在偏离度小于10°时测试合金从室温到1 000 ℃的瞬时拉伸性能;研究0~30°范围内偏离度对合金室温和950 ℃拉伸性能的影响。结果表明：由于单相γ′的反常屈服行为,750 ℃时合金的抗拉强度达到峰值1 300 MPa,屈服强度达到1 105 MPa;偏离度在0~30°范围内,DD483合金室温及950℃时的屈服强度和抗拉强度均随偏离度增加而减小,塑性随偏离度的增加而增大;不同偏离度样品的室温拉伸的变形机制并没有明显差别,拉伸性能的差异主要在于Schmid因子和弹性模量的不同;950 ℃时由于开动滑移系数目的增加,偏离度对合金拉伸强度的影响相对室温的影响减小。     

应用d—电子合金设计理论发展新型抗热腐蚀单晶镍基高温合金——Ⅱ合金元素对显微组织和性能的影响

本文系统地研究了Ti,Ta和Nb三个γ′形成元素在抗热腐蚀合金系统Ni-16Cr—9Al-4Co—2W—1Mo—Ti-Ta—Nb(at-％)中的作用该合金系统是根据d-电子合金设计理论和镍基高温合金合金化的特点选出的根据DTA和图象仪分析结果确定了凝固反应温度以及共晶(γ+γ′)体积分数在Ti-Ta—Nb浓度三角形中的等值线分布,与参考合金IN738LC相比较,在所研究的大部分成分范围内,设计合金表现出很低的共晶(γ+γ′)析出(<0.4v-％),较低的凝固范围(<65℃)和较宽的热处理温度范围(>100℃),说明合金具有良好的组织稳定性,单晶铸造性能和热处理工艺性能.经长期时效(900℃/500h)后,无TCP相析出,在很宽的成分范围内,试验合金表现出良好的抗热腐蚀性能(900℃/24h坩埚试验,失重<20mg/cm~2)综合各项结果,给出了可供选择合金成分进行最后单晶生长及力学性能评价的具有较好综合性能的成分范围     

应用d－电子合金设计理论发展新型抗热腐蚀单晶镍基高温合金──Ⅲ．性能评价

根据ｄ－电子合金理论研究了合金系统Ｎｉ－１６Ｃｒ－９Ａ１－２Ｗ－１Ｍｏ－４Ｃｏ－Ｔｉ－Ｔａ－Ｎｂ（ａｔ．－％）的热腐蚀行为。选择了最佳成分范围内的４种成分进行单晶生长及性能评价。确定了性能匹配最佳的合金成分（ａｔ．－％）为：Ｎｉ－１６Ｃｒ－９Ａ１－２Ｗ－１Ｍｏ－４Ｃｏ－３．１２５Ｔｉ－０．８７５Ｔａ。完成了整个合金设计过程．该合金抗热腐蚀能力达到或超过ＩＮ７３８ＬＣ，使用温度比ＩＮ７３８ＬＣ高７０－９０℃，其持久强度达到ＣＭＳＸ－２的水平，试验证明ｄ－电子合金设计理论可以用于研制开发高性能抗热腐蚀单晶镍基高温合金．     

Ta对一种抗热腐蚀镍基单晶高温合金长时热暴露组织和蠕变性能的影响

为进一步提高燃机叶片的服役温度,获得综合性能更优的镍基单晶高温合金,本工作研究了Ta含量对镍基单晶高温合金在900℃长时热暴露过程中组织损伤和性能退化规律的影响。利用SEM和TEM-EDS分析了Ta含量对抗热腐蚀镍基单晶高温合金微观组织及900℃、275 MPa蠕变性能的影响。通过对比相同热暴露时间的不同Ta含量合金(2Ta、5Ta和8Ta)组织发现,随Ta含量的增加,γ’相尺寸无明显变化,但立方度有所提高,γ基体中的三次γ’相数量减少。随Ta含量由2%增加到5%,除热暴露4000 h时2种合金γ’相体积分数较为接近外,其余热暴露时间下5Ta合金的γ’相体积分数均高于2Ta合金;Ta含量进一步增加至8%,热暴露不同时间后γ’相体积分数均有所增加。随热暴露时间的延长,3种合金的900℃、275 MPa蠕变性能变化趋势存在差异：2Ta合金热暴露0～4000 h无明显变化,热暴露8000 h后性能明显降低;5Ta和8Ta合金的持久寿命均随热暴露时间的延长先升高后降低,分别在热暴露500和2000 h时达到峰值。随Ta含量的增加,合金稳态蠕变速率不断降低、蠕变寿命明显延长、峰值蠕变寿命向后推移...     

Pt-Al涂层对一种镍基单晶高温合金抗热腐蚀行为的影响

采用电镀Pt和化学气相沉积渗铝法在一种镍基单晶高温合金表面制备Pt-Al涂层,该涂层为单一β-(Ni,Pt)Al相结构.选用涂盐法分别在无涂层和Pt-Al涂层试样表面涂覆Na2SO4盐,并在900℃常压炉中进行热腐蚀实验.通过热腐蚀动力学、热腐蚀产物、热腐蚀宏观表面形貌和微观结构的对比,分析Pt-Al涂层对镍基单晶高温合金热腐蚀行为的影响.采用XRD、SEM、EDS和EPMA等检测方法进行分析.实验结果表明:经900℃热腐蚀后,Pt-Al涂层可以提高基体合金的抗热腐蚀性能,Pt-Al涂层试样的热腐蚀速率小于无涂层试样;β-(Ni,Pt)Al相中的Pt原子能够抑制S原子向β-(Ni,Pt)Al相中扩散,将S原子阻隔在氧化物-金属界面处,从而降低基体合金的热腐蚀速率;Pt原子也能够将大量难熔的Ta原子阻隔在互扩散区内,仅有少量的Ta原子扩散到氧化物中,减少了Ta2O5的形成;此外,Pt-Al涂层能够在一定程度上抑制氧化膜-金属界面处孔洞的形成.     

镍基单晶高温合金组织稳定性的数学统计分析

镍基单晶高温合金的组织稳定性与难熔元素铼(Re)和钌(Ru)的含量之间有着紧密的联系。总结了在镍基单晶高温合金的发展过程中难熔元素Re和Ru添加的特点;综述了难熔元素Re和Ru对镍基单晶高温合金的组织稳定性的影响,并指出了其中存在的问题,展望了未来研究发展的方向。     

Mo和Re对含Ru新型单晶高温合金组织稳定性的影响

制备名义成分分别含0.4%Mo-6.4%Re、2.8%Mo-6.4%Re和0.4%Mo-6.7%Re的3种新型镍基单晶高温合金。分析合金经过热处理后的元素分配配比,经过1100℃,0～1000 h的热暴露后的γ′相演化、拓扑密排相（TCP）析出规律。结果表明,Re含量的微量增加和Mo含量的大幅增加会明显增加各元素在枝晶干和枝晶间、γ/γ′两相间的偏聚,低扩散元素Re等在枝晶干和γ相的偏析降低了热暴露过程中γ′相的粗化速率。Re的微量增加,促进P相析出数量增多,但P相的长大受到一定限制,原因是Re促进P相形成元素Re、W和Ru在枝晶干的偏聚,促进P相形核,使P相数量增多,但大量析出的P相互相接触交叉,反而降低了长大速率。Mo含量的大幅增加,使得在1100℃长时热暴露过程中同时存在μ相和P相,且μ相优先析出,数量多,尺寸大,而P相析出时间延迟,数量少,尺寸小,原因是Mo促进μ相的主要组成元素Re、W、Mo在枝晶干的偏聚,尤其是Mo含量的提高,促进μ相优先析出,随着μ相形成元素的消耗,以及P相在1100℃下更稳定,促使P相在μ相之后析出。     

Ta对一种镍基单晶合金微观组织及蠕变机制的影响

利用螺旋选晶法制备不同Ta含量的镍基单晶合金,研究Ta对合金微观组织及蠕变机制的影响.结果表明:Ta改变了合金中γ '相的形貌,随着Ta含量的提高,γ’相由椭圆形向方形转变;Ta促进了Mo在γ基体中的溶解,增大了合金的错配度;Ta对镍基单晶合金的高温蠕变寿命有较大影响,随着Ta含量的提高,合金的蠕变寿命增加;Ta促进了γ/γ’界面的位错网的发展与完善,影响了蠕变变形过程中位错的运动方式.     

单晶高温合金的选晶行为

对高温合金单晶选晶生长工艺进行了实验研究,揭示了螺旋选晶器和缩颈选晶器的选晶原理。实验结果表明,在螺旋选晶器中,晶体横向择优生长与螺旋结构的耦合作用,形成连续选晶过程,是螺旋选晶的主要原理,其选晶作用良好;而在缩颈选晶器中,几乎只存在单一的机械阻隔选晶行为,多重缩颈结构对于改善选晶作用并不明显,选晶效果不好。     

Filtration of Non-ferrous Alloys in Gating Systems—an Investigation using a Hydraulic Analogy

The authors show how a simulation study, using a hydraulic analogy, of in-mould filtration of non-ferrous alloys has made it possible:

To measure the additional head losses introduced by the placement of a filtration device in a filling system, and so work out the dimensions of a filter-insert chamber that introduces the smallest head losses, and b to test and compare filters of several types, such as extruded multicellular and ceramic foam filters, filters of sintered materials, and metal grids.

The influence of the thickness of one type of filter and the fineness of another on the evolution of head losses were checked, together with the effect of clogging under well-defined modelling conditions.     

燃气涡轮用单晶高温合金的成本因素

介绍了单晶合金研制和应用中的成本考虑因素。通过降Re和Ru的合金成分的调整可以提高合金的长时组织稳定性,大幅降低合金的成本。适量C,B,Hf能提高合金可靠性,有利于提高单晶叶片的成品率、重新因溶处理可有效的延长单晶合金的使用寿命。应用计算材料学可大大缩短合金的研制周期,返回料的应用既降低了成本,又符合环保要求。     

非平衡凝固MC型碳化物的稳定性研究

对Ｒｅｎｅ’Ｎ４单昌镍基高温合金激光表面快速熔凝过程中形成的ＭＣ型碳化物的稳定性进行了研究，结果表明，非平衡凝固的ＭＣ型碳化物稳定性较差，外界条件对其非平衡形态间的转化具有明显影响，碳化物的形态和化学成份均有向平衡态转变的趋势。     

单晶DD3与细晶FGH4095高温合金摩擦焊接头组织

对单晶DD3与粉末细晶FGH4095高温合金摩擦焊接接头,采用光学显微镜及SEM-EDS分析了接头组织、焊合区成分变化及接头连接机理.结果表明,焊合区两侧材料均形成了动态再结晶晶粒;连接界面位于两侧动态再结晶晶粒之间;连接界面两侧合金元素发生了扩散;两侧动态再结晶晶粒均有向对方弓形凸入长大的趋势,通过形成共同晶粒,实现两种异质材料的连接;FGH4095侧的动态再结晶晶粒向DD3一侧长大的趋势较大.DD3与FGH4095摩擦焊接过程中发生了摩擦面转移,实际的摩擦变形主要在DD3摩擦带内部,接头组织变化梯度大.     

SOLIDIFICATION AND MICROSEGREGATION BEHAVIORS OF NICKEL-BASE SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY SOLIDIFIED AT MEDIUM COOLING RATE

ＳＯＬＩＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮＡＮＤＭＩＣＲＯＳＥＧＲＥＧＡＴＩＯＮＢＥＨＡＶＩＯＲＳＯＦＮＩＣＫＥＬＢＡＳＥＳＩＮＧＬＥＣＲＹＳＴＡＬＳＵＰＥＲＡＬＬＯＹＳＯＬＩＤＩＦＩＥＤＡＴＭＥＤＩＵＭＣＯＯＬＩＮＧＲＡＴＥ①ＤｕＷｅｉ,ＬｉＪｉａｎｇｕｏａｎ...     

定向凝固和单晶高温合金的再结晶

本文系统分析了定向凝固和单晶高温合金再结晶的特点、危害以及影响再结晶的主要因素,阐述了再结晶的物理本质.再结晶行为受合金元素、变形程度、热处理温度及时间、变形速率、变形工艺等的影响.再结晶的物理本质是由铸态γ'相溶解控制的高能态畸变组织向低能态无畸变组织转变的过程.镍基定向凝固高温合金再结晶开始温度在1050℃左右,钴基定向凝固高温合金在1100℃左右.定向凝固和单晶高温合金的动态再结晶行为主要与高温氧污染和自由表面有关.再结晶对高温持久、疲劳性能影响较大,含再结晶层的断口源区表现为沿晶断裂.目前定向凝固构件上的再结晶检测普遍采用金相方法.