Ta、Co对新型高强抗热腐蚀单晶高温合金组织稳定性的影响

研究了Ta、Co对一种新型高强抗热腐蚀单晶高温合金微观组织及1000 ℃长期时效中组织稳定性的影响。结果表明,随Ta含量的增加,γ′相溶解温度提高,完全热处理后的γ′相尺寸先增大后减小,Co降低了γ′相溶解温度,减小了γ′相尺寸并且降低了γ′相的含量;1000 ℃长期时效过程中,随Ta含量的提高,γ′相粗化速率先降低后升高,Co降低了γ′相的粗化速率,γ/γ′两相错配度和元素的扩散是影响γ′相粗化速率的主要因素;Ta提高了合金中γ′相的含量,促使Re、W、Mo、Cr元素向γ基体中分配,促进了TCP相的析出,Co降低了Re、W、Mo、Cr元素在γ基体中的分配,降低了基体的过饱和度,抑制了TCP相的析出。     

单晶镍基合金蠕变期间γ＇相的定向生长及影响因素

通过测算不同成分Ni-Cr-Co—W-Mo-Al-Ta系单晶合金在蠕变期间元素扩散的迁移率和γ＇相定向粗化速率，研究了元素之间相互作用对扩散速率及γ＇相定向粗化速率的影响。结果表明：在γ＇相定向粗化期间，合金中γ＇相的筏形化速率随成分和应力不同而变化，且γ＇相筏形化时间随施加应力的提高而缩短，其中，元素扩散及γ＇相定向粗化的驱动力与施加应力及弹性模量相关。元素之间的相互作用对元素Al的扩散速率有影响，随合金中难熔元素Ta＋Mo总含量及Ta／W的比值增加，可提高Al的扩散激活能，降低Al的扩散速率，延长γ＇相的筏形化时间。在γ＇相定向筏化的扩散场中，由原子偏聚形成有序相是自由能降低的自发过程，其中较大半径的Al、Ta原子迁移至{100}晶面，可形成异类原子结合键及稳定的原子堆垛方式，是形成三Ll2结构γ＇有序相的主要原因。     

高温度梯度定向凝固冷却速率对DZ4125合金γ′相的影响

研究了高温度梯度定向凝固条件下冷却速率对DZ4125合金中γ′相形态、分布和尺寸的影响.结果发现,随着冷却速率的增大,合金的枝晶逐渐细化.当冷却速率达到36.4 K/s时,合金的凝固组织由粗枝晶变为超细枝晶.在此过程中,γ′相从立方形逐渐球形化,且枝晶干γ′相的球化速度比枝晶间的γ′相球化速度快.同时,枝晶干和枝晶间γ′相尺寸逐渐减小,枝晶干和枝晶间γ′相的均匀化程度增加.枝晶间γ′相比枝晶干γ′相的尺寸大,这种差别随冷却速率的增大而减小.造成γ′相在形貌和尺寸上变化的根本原因是冷却速率的变化引起γ固溶体中溶质的过饱和度ΔX,过饱和γ固溶体的过冷度ΔT,γ′相脱溶析出的临界形核功ΔG~＊和溶质在γ固溶体中扩散系数D的改变.     

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。     

单晶镍基合金蠕变期间γ￠相的定向生长及影响因素

通过测算不同成分Ni-Cr-Co-W-Mo-Al-Ta系单晶合金在蠕变期间元素扩散的迁移率和γ'相定向粗化速率,研究了元素之间相互作用对扩散速率及γ'相定向粗化速率的影响.结果表明:在γ'相定向粗化期间,合金中γ'相的筏形化速率随成分和应力不同而变化,且γ'相筏形化时间随施加应力的提高而缩短,其中,元素扩散及γ'相定向粗化的驱动力与施加应力及弹性模量相关.元素之间的相互作用对元素Al的扩散速率有影响,随合金中难熔元素Ta+Mo总含量及Ta/W的比值增加,可提高Al的扩散激活能,降低Al的扩散速率,延长γ'相的筏形化时间.在γ'相定向筏化的扩散场中,由原子偏聚形成有序相是自由能降低的自发过程,其中较大半径的Al、Ta原子迁移至{100}晶面,可形成异类原子结合键及稳定的原子堆垛方式,是形成Ll2结构γ'有序相的主要原因.     

GH4096合金在长期热暴露过程中的组织演化

基于粉末冶金René88DT合金的成分,采用新型定向凝固铸锭变形工艺研制了GH4096合金,并研究了其固溶时效热处理后在700~900 ℃长期热暴露过程中γ′相的粗化和晶界析出相的析出行为。结果表明:GH4096合金在700 ℃热暴露时具有良好的组织稳定性,晶内γ′相的尺寸稳定在70 nm左右,未发现明显的长大行为,晶界上未发现析出相;750 ℃热暴露500 h以上时,二次γ′相开始出现聚集长大现象,晶界开始出现不连续析出相,但γ′相的长大速度和晶界析出相的析出速度均比较低;800 ℃以上长期热暴露时,γ′相的粗化速度和晶界析出相的析出长大速度明显加快。长期热暴露后晶内二次γ′相的尺寸与Larsen-Miller参数近似呈线性关系,晶界析出相以M₃B₂和μ相为主。     

Ru对镍基单晶热暴露组织演变及持久性能的影响

对比研究了不含Ru的USTB-F7及添加2.5 wt％ Ru的USTB-F8两种镍基单晶高温合金的组织稳定性和持久性能.标准热处理与1100℃长期热暴露组织研究表明:合金USTB-F7中γ′相形貌介于球形和立方形之间,属中间态形貌;热暴露2000 h后,其形貌仍保持稳定,仅发生粗化而未发生筏排化.Ru的添加使Re元素在γ/γ′中的分配比增大,提高了合金USTB-F8的γ/γ′点阵错配度和γ'相的立方度,从而加速了长期热暴露过程中的筏排化进程,经2000 h热暴露发生了明显的筏排化现象.同时,合金USTB-F7热暴露700 h后在枝晶干处析出了富集Re、W和Cr元素的TCP相,Ru的加入有效地抑制了TCP相的析出,合金USTB-F8直至2000 h仍未析出TCP相.1100℃/140MPa持久性能测试表明,Ru显著提高合金的持久寿命,这与Ru增加合金中的y相体积分数和γ/γ′点阵错配度,促进筏排组织的形成,并减小时效组织中的γ通道宽度有关.     

定向凝固DZ4125柱晶高温合金晶粒生长过程组织演化及其竞争生长行为

采用Bridgman定向凝固法制备DZ4125柱晶高温合金定向试棒,研究在恒定抽拉速率下定向晶粒生长过程微观组织演化及晶粒间竞争生长行为。结果表明,随着定向凝固柱晶高温合金生长高度的增加,一次枝晶间距增加,γ′相尺寸减小,且γ′相形貌由蝴蝶状向立方体状、近球状转变,枝晶间处γ′相尺寸和数量均高于枝晶干处。碳化物和γ+γ′共晶组织主要分布于枝晶间区域,且随着生长高度的增加,碳化物形貌由细小块状逐渐向条状、骨架状转变。此外,由于晶体的竞争生长,随着生长高度增加柱状晶数量明显减少,表现为在最终生长区内主要存在定向起始段中心部晶粒。上述过程主要因为存在凸固液界面生长条件,晶粒向近炉壁侧倾斜发散生长,中心部晶粒淘汰边缘晶粒发生稳定生长。     

Cr含量对单晶高温合金显微组织和力学性能的影响（英文）

在真空定向凝固炉中制备Cr含量分别为2%和4%(质量分数)的两种单晶高温合金,保持其他合金元素含量不变,研究Cr含量对单晶高温合金组织、相稳定性、1100°C拉伸性能和1070°C、160 MPa条件下持久性能的影响。结果表明,随着Cr含量的增加,合金中γ′相尺寸减小,其均匀化和立方化程度稍有增加。经1100°C长期时效处理后,两种合金的γ′相都发生了粗化和筏排化,且筏排化速率随着Cr含量的增加而增加。两种合金中都有针状TCP相析出,并沿固定的方向生长,且TCP相的析出速率和析出量随着Cr含量的增加而增加。随着Cr含量的增加,合金的高温拉伸性能提高,而持久性能降低。Cr含量的增加提高了TCP相形成元素Re、W和Mo在γ基体中的过饱和程度,因而Cr含量的增加降低了合金的高温组织稳定性。     

Ta/W比对一种粉末高温合金相组成和形貌的影响

提高Ta、W元素的含量是新型镍基粉末高温合金设计和研究的趋势。为了研究Ta、W元素交互作用对粉末高温合金组织的影响，设计了一种高(W+Ta)的粉末高温合金，在保持(W+Ta)的总量(7.5%,质量分数)和其他元素含量相同的情况下，合金的Ta/W比从4.0/3.5逐步下降到3.0/4.5。结果表明：Ta/W比的变化对合金的晶粒组织基本没有影响，对碳化物、γ′相的分布和含量影响不大，但强烈影响二次γ′相的形貌和尺寸。随Ta/W比的下降，二次γ′相的尺寸逐渐增大，形貌由近方形转变为不规则形状，甚至产生分裂趋势；γ′相和γ基体的晶格常数均减小，但γ基体晶格常数减小更多，导致合金γ′相/γ基体间错配度增大。W元素随着Ta/W比的降低从倾向分配在γ基体转变为分布在γ′相；除W外，Ta/W比对其他合金元素在γ′相/γ基体间的分配系数影响不大。     

热暴露温度对单晶高温合金持久性能的影响

在定向凝固炉中采用螺旋选晶法制备了一种单晶高温合金试棒,经标准热处理后分别在980、1070、1100和1140℃热暴露500 h,研究了合金不同温度热暴露后的显微组织和1100℃、140 MPa条件下的持久性能。结果表明,合金在不同温度热暴露后,γ'相发生粗化或筏排化。随着热暴露温度增加,γ'相粗化或筏排化程度增加,γ相基体通道变宽。在980℃热暴露500 h后,合金中无TCP相析出,而1070、1100和1140℃热暴露500 h后有针状TCP相析出。随着热暴露温度升高,TCP相含量增加,持久寿命降低,伸长率先增加并在1140℃热暴露后减小。热暴露后γ'相粗化或筏排化、含量减少和TCP相析出是合金持久寿命降低的主要原因。     

定向凝固DZ4125柱晶高温合金晶粒生长过程组织演化及其竞争生长研究

采用Bridgman定向凝固方法制备DZ4125柱晶高温合金定向试棒,研究在恒定抽拉速率下定向晶粒生长过程微观组织演化及晶粒间竞争生长行为。结果表明,随着生长高度的增加,固液界面处温度梯度逐渐降低,一次枝晶间距增加。同时,γ′相尺寸随着生长高度的增加逐渐减小,且γ′相形貌由不规则的蝴蝶状向立方体状、近圆状转变。γ+γ′共晶组织和碳化物大多分布在枝晶间区域,且含量随着生长高度的增加逐渐增加。此外,由于定向凝固过程中晶粒的竞争生长,随着生长高度的增加柱状晶数量明显减少;在具有凸固液界面生长条件下晶粒表现为向近炉壁侧倾斜发散生长。     

高温度梯度定向凝固冷却速率对DZ4125合金γ'相的影响

研究了高温度梯度定向凝固条件下冷却速率对DZ4125合金中γ'相形态、分布和尺寸的影响.结果发现,随着冷却速率的增大,合金的枝晶逐渐细化.当冷却速率达到36.4 K/s时,合金的凝固组织由粗枝晶变为超细枝晶.在此过程中,γ'相从立方形逐渐球形化,且枝晶干γ'相的球化速度比枝晶间的γ'相球化速度快.同时,枝晶干和枝晶间γ'相尺寸逐渐减小,枝晶干和枝晶间γ'相的均匀化程度增加.枝晶间γ'相比枝晶干γ'相的尺寸大,这种差别随冷却速率的增大而减小.造成γ'相在形貌和尺寸上变化的根本原因是冷却速率的变化引起γ固溶体中溶质的过饱和度ΔX,过饱和γ固溶体的过冷度ΔT,γ'相脱溶析出的临界形核功ΔG*和溶质在γ固溶体中扩散系数D的改变.     

镍基单晶合金CMSX-2高温蠕变后的显微组织及合金元素分布特征

对单晶合金CMSX－2在1000℃下分别进行了载荷为95，120，165和216MPa的拉伸蠕变实验，在SEM下观察了合金试样枝晶干的枝晶间区域中γ′相的形态，有EDS方法分析了上述枝晶区域中合金元素的分布特点，对枝晶干和枝晶间区域中γ′形成元素Al,Ti,Ta的原子分数与基体固溶元素Cr,Co,W的原子分数的比值（CA1＋CTi CTa)/(Ccr CCo Cw)和同一元素在枝晶与在枝晶干中的原子分数比（Ci/Cc)Ta,Cr,Co,W以及共格错配度的变化对γ′相粗化程度和筏形化形态的影响分别进行了讨论。     

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.     

高性能镍基粉末高温合金固溶连续冷却γ′相多阶段析出行为和尺寸粗化动力学研究

本文采用示差扫描量热分析和热模拟连续冷却实验,系统地研究了新型高性能三代粉末高温合金在γ′相固溶线温度以上连续冷却过程中强化相γ′相多批次析出行为。研究结果表明,合金在0.1和0.4 ℃.s_-1冷却速率下可以获得γ′相多模尺寸分布显微组织。这种γ′相多批次析出与冷却速率密切相关,缓慢冷却是造成γ′相尺寸多模分布的主要因素。采用线性回归方法拟合得到二次γ′相平均尺寸与冷却速率定量关系。分析和讨论了在γ相基体上形成多模γ′相尺寸分布的动力学机理。对具有多模γ′相尺寸分布的合金进行时效处理发现,由于合金显微组织中大尺寸二次γ′相的形态不稳定,出现γ′相反粗化现象,即随着时效时间增加,γ′相尺寸逐渐减小。这种反粗化效应使合金强度升高,增强合金显微组织稳定性。讨论了反粗化效应的发生条件,对研发新型高性能粉末高温合金提供制造工艺和组织调控的理论依据。     

抽拉速率对DD5单晶高温合金定向凝固组织及偏析的影响

研究了高速凝固条件下抽拉速率对DD5单晶高温合金定向凝固组织的影响。结果表明：随着抽拉速率的增大,DD5合金枝晶组织逐渐细化,一次枝晶间距减小;偏析程度加重;γ′相尺寸减小且趋于规则的立方状,枝晶干γ′相的尺寸小于枝晶间;γ/γ′共晶含量、碳化物含量和显微疏松随抽拉速率增大而增加,而γ/γ′共晶和碳化物的尺寸减小。     

再热恢复处理对蠕变损伤定向凝固高温合金γ'相的影响

以定向凝固GTD111合金为研究对象,采用蠕变中断实验获得蠕变损伤合金,之后对损伤合金进行简单再热恢复处理,研究了恢复参数对合金组织的影响以及γ′相的恢复演化过程。结果表明,1180～1220℃下固溶处理可有效溶解粗化形变γ′相并析出二次γ′相,且二次γ′相尺寸随固溶温度和冷却速率的增加而减小,但当固溶温度增至1240℃,合金发生初熔;高温时效是二次γ′相长大和三次γ′相析出的过程,且二次γ′相尺寸和立方度随时效温度和保温时间的增加而增大;低温时效中三次γ′相继续析出和长大。GTD111损伤合金的合适恢复参数为:1220℃、2 h、AC+1121℃、2 h、AC+843℃、24 h、AC。由于恢复态合金具有更大体积分数的双尺寸形态γ′相,其在750℃、843 MPa下的持久寿命达到65 h,是原始合金持久寿命的1.3倍。     

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。     

Re含量对DD15单晶高温合金显微组织和持久性能的影响

在定向凝固炉中制备了3种不同Re含量（5%,6%,7%,质量分数）、其它合金元素相同的第4代单晶高温合金DD15,将其完全热处理后在1100℃长期时效1000 h,在1100℃/137 MPa条件下测试合金的持久性能。研究了Re含量对DD15单晶高温合金组织稳定性和持久性能的影响。结果表明,随着Re含量增加,γ′相尺寸减小,其体积分数和立方化程度稍有增加,长期时效时γ′相粗化、筏排化速率和TCP相析出量增加,合金的组织稳定性降低。合金的持久性能随着Re含量增加而显著降低。3种断裂试样中均发现了TCP相,其含量随着Re含量增加而增多,这是合金持久性能随Re含量增加而降低的主要原因。γ/γ′相界面位错网密度随着Re含量增加而增加。Re元素在γ基体中有强烈的偏析倾向,分配比随Re含量增加而显著升高。随着Re含量增加,合金的晶格错配度向负方向增加。