DD6单晶高温合金初熔组织演变机制研究

分析第二代单晶高温合金DD6在略高于固溶热处理窗口的温度1 330 ℃下保温的初熔组织演变。结果表明:保温0.5 h后，枝晶间发生明显初熔，并大量形成典型初熔组织，部分初熔组织中心形成显微孔洞；随保温时间延长，初熔逐渐消退并演变为正常合金组织；保温8 h后，初熔组织完全消失，仅留下初熔形成的微孔。应用热力学、动力学计算分析试验结果可知:DD6合金在铸态下枝晶偏析显著，枝晶间固相线温度明显低于枝晶干，在略高于枝晶间固相线的温度下保温，初始阶段枝晶间发生初熔；继续保温，元素均匀化程度改善，枝晶间固相线温度升高，初熔组织逐渐消退，最终演变为正常合金组织。     

过冷DD3单晶高温合金凝固组织演化

用复合熔盐净化与循环过热相结合的方法,研究了ＤＤ３单晶高温合金过冷熔体凝固组织的演化规律,获得了最大过冷度２１０Ｋ,在所获得的过冷度范围内,其凝固组织的形态发生三次突变;第一次是在过冷度为３０Ｋ时,因枝晶熟化,重熔,高度发牵树枝晶转变为第一类粒状晶;第二次发生在过冷度为７８Ｋ时,因枝晶熟化抑制,组织转变为细枝晶;当过冷度大于等于１８０Ｋ时,组织因枝晶发生碎断和再结晶而转变为第二类粒状晶     

热处理工艺对DD6单晶高温合金组织的影响

以DD6单晶高温合金为对象,研究了不同热处理工艺对其微观组织的影响。结果表明,DD6单晶高温合金中二次γ'相的析出位置在基体通道中。冷却速度对二次γ'相有很大影响,一次γ'相的尺寸受冷却方式的影响不大。经过二次时效处理后,二次γ'相被溶解。     

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。     

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.     

DD6单晶高温合金的杂晶组织研究

选择带有杂晶的DD6单晶高温合金叶片,切割制备成杂晶试样,用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了杂晶试样的铸态和热处理组织。结果表明,杂晶晶界两边的枝晶相对方向明显不同,分为倾侧晶界和扭转晶界。杂晶的铸态组织中,晶界由粗大γ′相和与它连接在一起的大块共晶组成,晶界上析出了碳化物。杂晶热处理组织中,晶界两边的晶格方向明显不同,晶界上析出了M6C块状碳化物。倾侧晶界组织和厚度差别较大,扭转晶界厚度变化较小,晶界间隙较大。     

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。     

熔体过热时间对DD3单晶高温合金凝固组织的影响

在定向凝固固/液界面温度梯度及凝固速率保持恒定条件下,研究了熔体过热时间对Ni基DD3单晶高温合金凝固组织的影响.结果表明,当熔体超温处理温度为1640℃,过热时间由30 min增至60 min时,枝晶间距进一步减小,枝间γ′相更加细小且规整,在此温度过热90 min时,将导致凝固组织粗化.当熔体超温处理温度为1780℃,随过热时间由30 min延长至60 min时,枝晶间距与枝间,γ′相都变大,且枝间γ′相不再规整.     

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。     

Hf含量对DD6单晶高温合金组织和持久性能的影响

研究了Hf含量对DD6单晶高温合金热处理组织和持久性能的影响。结果表明,在本实验研究范围内,随着Hf含量的增加,热处理后合金残余共晶量增加,枝晶干的γ′相尺度无明显变化,枝晶间的γ′相尺度有所减小。在1100 ℃, 140 MPa条件下,随着Hf含量的增加,合金的持久寿命先升高后降低, 持久延伸率先快速增加, 然后慢速增加。讨论了不同Hf含量合金的显微组织与持久性能的关系     

DD5单晶高温合金钎焊接头的微观组织和力学性能分析

采用Co基钎料在1 180℃/60 min条件下钎焊DD5镍基单晶高温合金,利用SEM,EPMA分析接头的显微组织,讨论接头的焊缝间隙对显微组织和相分布的影响.结果表明,当钎焊间隙为10 μm时,焊缝组织与母材相似,由γ和γ'相构成,其中弥散分布着细小的M₃B₂相;随焊缝间隙的增加,焊缝中形成骨架状M₃B₂相,富钴的γ-Ni,Ni-Si化合物等脆性相;当焊缝间隙大于200 μm时,焊缝中间形成球状的钴基固溶体,在钴基固溶体之间分布着多种化合物相.对接头进行高温拉伸性能测试可知,随着钎焊间隙减小,接头的高温性能提高,接头在870℃的抗拉强度最高可达到792 MPa.     

真空热处理对DD6单晶合金表面氧化的影响

采用扫描电子显微镜（SEM）自带的INCA250能谱仪对DD6单晶合金真空热处理过程中真空度、真空充气压力、加热温度、保温时间对其表面氧化作用的影响规律进行了研究。结果表明,在不同真空热处理工艺制度下,该合金表面Al、Cr元素含量与O元素含量的变化呈现出一定的相关性,形成的氧化物主要为Al2O3、Cr2O3。表面氧化行为主要受到加热温度、真空充气压力的影响,保温时间对其影响相对有限。该合金的最佳加热温度为1315 ℃,最佳真空充气压力为80 Pa。     

Effect of carbon on microstructure and mechanical properties of DD99 single crystal superalloy

The effects of carbon on the microstructure and mechanical properties of DD99 single crystal superalloy were investigated. The results show that stress rupture life of DD99 alloy possesses peak value at carbon content of 0.03%（mass fraction）. As carbon addition is greater than 0.03%, the stress-rupture life decreases with the increase of carbon content. The tensile strength and yield strength of DD99 alloy reach peak value at 0.08% carbon and 760 ℃. On the contrary, the tensile strength and yield strength have minimal values at 0.08% carbon and 900℃. The tensile ductility of DD99 alloy basically decreases with the increase of carbon content at 760 ℃ or 900 ℃. The amount of carbides greatly increases with the addition of carbon content. Dislocation moving is retarded by carbides so that dislocation networks are apt to form, which has an important role on the mechanical properties in DD99 single crystal superalloy.     

热处理工艺对铸造高温合金K480组织的影响

采用光学显微镜、扫描电镜对K480镍基高温合金的铸态组织和不同固溶、时效处理后的组织进行了观察。研究了不同固溶和时效处理对K480合金组织行为的影响。结果表明,合金经过1130℃亚固溶处理后,组织为大小两种尺寸的γ’相;经过1190、1210和1230℃过固溶处理后空冷,析出均匀的γ’相,并且随着固溶温度的升高,碳化物和共晶的含量逐渐降低。一次时效处理,固溶态γ’相平均尺寸随时效温度升高而增大,合金经1050、1090和1110℃×4 h时效后,γ基体通道中均有更细小的三次γ’相析出,而在之后的二次时效和全时效过程中,这些细小的三次γ’相又重新溶解到基体或周围的大尺寸γ’相中。     

镍基单晶高温合金在不同条件下的蠕变性能和组织演化(英文)

研究[001]取向的镍基单晶高温合金在不同测试条件下的蠕变性能,采用扫描电镜和透射电镜研究合金蠕变断裂后的γ′相、TCP相和位错组织演化特征。结果表明:合金具有良好的蠕变性能,蠕变曲线显示出两种不同的蠕变变形特征。在(760°C,600 MPa)、(850°C,550 MPa)条件下,蠕变第一阶段较长;在(980°C,250 MPa)、(1070°C,140 MPa)和(1100°C,120 MPa)条件下,蠕变第一阶段很短。蠕变断裂后,在(760°C,600 MPa)条件下γ′相形态变化不大;在(850°C,550 MPa)条件下γ′相已经合并长大;在(980°C,250 MPa)条件下基体γ被γ′相包围;在(1070°C,140 MPa)条件下基体γ不再连续;在(1100°C,120 MPa)条件下基体γ厚度进一步增加。在(760°C,600MPa)、(850°C,550 MPa)和(980°C,250 MPa)条件下合金无TCP相析出,而在(1070°C,140 MPa)和(1100°C,120MPa)条件下有针状TCP相析出。在低温高应力下,变形特征为位错包括层错的剪切机制;在高温低应力下为位错绕过机制,并在γ/γ′相界面形成位错网。     

熔体过热处理对DD98镍基单晶高温合金持久性能的影响

研究了在不同熔体过热处理条件下一种镍基单晶高温合金的高温持久性能,并观察了持久断裂后的断口及变形组织。结果表明:随着熔体处理温度的提高和保温时间的加长,γ’筏型组织的完善程度增加,厚度减小;断口上韧窝数量、尺寸、形状均不同,显示出韧性断裂特征;热处理态单晶高温合金在1010℃,248 MPa下的高温持久寿命有大幅度提高、高温伸长率增加38.9%。     

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。     

基于DD5单晶高温合金制件的时效处理转炉试验

为验证DD5单晶高温合金制件时效处理工艺转入新引进国产真空炉是否满足工艺要求,同时与进口真空炉中完成时效处理后的试样进行对比以确认差异,特开展了时效处理工艺转炉试验。采用DD5单晶高温合金航空发动机涡轮叶片和试棒分别在新引进国产真空炉和进口真空炉中完成时效处理后,分别对叶片的宏观组织、微观组织和表面贫Cr层以及试棒的高温拉伸性能进行了测试与分析。结果表明:在时效处理阶段,国产真空炉与进口真空炉在参数控制能力相当,能够满足DD5单晶合金制件的时效处理要求,可替代进口真空炉完成时效处理。