含Hf和Ta新型镍基高温合金粉末中碳化物相

对含Hf和Ta新型镍基高温合金FGH98Ⅰ等离子旋转电极(PREP)雾化原始和不同温度下预热处理粉末中的碳化物相进行了研究.结果表明:原始粉末中MC′型碳化物可分为两类,一类为富Ti、Ta和Nb,另一类为含Ta、Hf和Zr.两类碳化物均含有一定量非碳化物形成元素Co和Ni及中等强碳化物形成元素Cr和Mo,并以块状、粒状分布于枝晶或胞晶间;随着预热处理温度升高,粉末中富Ti、Ta和Nb的MC′型碳化物转变为MC型碳化物,且其所含Ti、Ta和Nb的总量增大;含Ta、Hf和Zr的MC′型碳化物发生分解和转变,析出稳定的M23C6、M6C和MC型碳化物,M23C6碳化物的析出和溶解温度为950℃和1150℃,M23C6和M6C碳化物共存温度为1000～1100℃.另外,粉末中微量元素Hf和Ta主要以碳化物和γ′相参与碳化物反应.     

微量元素Hf消除FGH96合金中原始粉末颗粒边界组织机制的探讨

粉末冶金高温合金中原始粉末颗粒边界组织(PPBS)由碳化物和少量碳氧化物组成。采用SEM、TEM以及AES等研究了粉末颗粒内、表面上以及合金中PPB上碳化物的结构和组成,依据热力学和扩散理论分析了Hf消除原始粉末颗粒边界组织(PPBS)的微观机制。结果表明:快速凝固粉末颗粒表面形成含有Ti、Nb、Cr、Mo、W的MC型亚稳定碳化物MC′,在HIP过程中粉末颗粒表面上的MC′相转变成稳定的MC相,以及粉末颗粒内的Ti、C元素向烧结颈处扩散,HIP后在粉末颗粒边界上形成富Ti和Nb的MC型碳化物(Ti,Nb)C。加入微量Hf后,在粉末颗粒内形成了更多更稳定的含Hf的MC型碳化物(Ti,Nb,Hf)C,C、Ti被"绑定"在碳化物(Ti,Nb,Hf)C中,抑制了C、Ti向烧结颈处扩散,从而抑制了MC型碳化物在粉末颗粒边界上的析出。     

含Hf镍基粉末高温合金快速凝固粉末颗粒特性

采用扫描电镜、透射电镜及其附带的能谱仪和碳复型萃取技术等多种手段研究了不同Hf含量的FGH96合金粉末颗粒显微组织、枝晶间合金元素偏析和析出相.发现Hf含量可以改变粉末颗粒内部树枝晶、胞状长大晶和微晶凝固组织的比例,粉末的快速凝固组织形态主要取决于冷却速率和固液界面前沿温度梯度与长大速度的比值.不同Hf含量的FGH96合金粉末颗粒中,Nb、Ti、Zr和Al均富集于枝晶间,Co、Cr、W和Ni均富集于枝晶轴.当Hf质量分数为0.3%时,Ti、Nb、Zr、Hf等强碳化物形成元素的枝晶偏析程度最小.在快速凝固粉末颗粒中,Hf对氧含量比碳含量更敏感,优先形成更稳定的氧化物HfO₂.      

消除粉末高温合金中原始颗粒边界机制北大核心

采用SEM、TEM研究了高温合金粉末颗粒内部与合金中碳化物的类型和组成,采用热力学软件计算了不同Hf含量FGH4096的碳化物组成,结果表明,粉末高温合金中原始颗粒边界上的析出物为以TiC为主的MC型碳化物,MC型碳化物(TiC、ZrC、HfC、NbC、TaC)在镍基高温合金中按溶解度从大到小为TiC>NbC>TaC>ZrC>HfC。TiC在FGH4096中的溶解度较HfC的大,雾化粉末快速凝固过程中,加入Hf的FGH4096合金碳化物析出量大于不加Hf的FGH4096合金碳化物析出量,HfC均匀形核于整个粉末颗粒中。在热等静压过程中,Hf与C的结合力强而形成HfC,最终在FGH4096合金中形成(Hf,Ti,Nb)C,致使C元素无法扩散至粉末颗粒表面形成TiC,避免了原始粉末颗粒边界的形成。加入Zr消除FGH4096中原始颗粒边界的机制与添加Hf的FGH4096相同。     

镍基粉末高温合金枝晶间亚稳碳化物

对急冷凝固镍基高温合金松散粉末热等静压成型合金中亚稳碳化物及其相间反应进行了研究.随着热处理温度的升高,粉末中合金元素的分布逐渐均匀化,但枝晶间MC能在较高的温度下保持稳定,使Ti和Zr在该处仍有较高含量.原始粉末中枝晶间主要分布着块状和花状的MC型碳化物,在预热处理过程中粉末枝晶间块状碳化物分解,发生M₂₃C₆和M₆C的析出反应,而花状碳化物的成分及形貌则保持相对稳定.成型合金残余枝晶间分布的碳化物主要由块状M₆C和MC及花状MC组成,形变再结晶可以促进枝晶间碳化物的溶解.      

镍基高温合金GH4738的凝固偏析和碳化物析出行为

高温合金铸锭凝固过程内部各区域散热条件不同,冷却速率存在明显差异。采用差示扫描量热分析(DSC)、高温共聚焦显微镜(HT-CLSM)原位观察和定向凝固(DS)的方法,研究了宽冷速范围下GH4738合金的凝固偏析和碳化物析出行为。结果表明, GH4738合金的凝固顺序为L→γ+L,L→γ+L+MC,L→γ+MC+η+(γ+γ′),其中MC型碳化物、η相和(γ+γ′)共晶相为合金凝固过程中的主要偏析产物;Ti、Mo元素是合金的主要枝晶间偏析元素;提高冷却速率能有效降低凝固前沿残余液相中的溶质富集程度;铸态组织中的的碳化物主要为富Ti的MC型碳化物(TiC、Ti(N)C)和以TiN或Al₂O₃为核心的MC型复合碳化物(Al₂O₃-TiC、TiN-TiC);随着冷却速率降低,碳化物平均尺寸增大,体积分数减小,形貌由小块状向长条状、汉字状和大块状演变。     

镍基高温合金GH4706析出相的热力学计算与分析

应用Thermo-Calc热力学计算软件,模拟元素含量及热处理温度对镍基高温合金GH4706平衡相析出规律的影响。结果表明:平衡析出相的种类和析出温度范围与微观组织观测和差热分析的实验结果基本一致。MC碳化物的初始析出温度随Nb、Ti含量增加而降低,而析出量主要受C含量影响;η相初始析出温度与析出量随Ti含量增加而增大,受Nb、Fe影响较小;γ'相初始析出温度与析出量随Al含量增加而升高,受Ti、Nb含量影响较小;合金凝固过程中Nb、Ti会产生显著正偏析,Cr产生负偏析;Nb、Ti含量增加提高合金初熔点,降低合金的终熔点,使凝固温度范围变窄。     

含氮高锰奥氏体热作模具钢析出相的研究

利用Thermo-Calc软件对含氮高锰奥氏体热作模具钢凝固过程进行了计算,利用扫描电子显微镜观察分析了退火态组织和析出相,对碳氮化钒沉淀析出行为进行定量理论计算,研究碳氮化钒在奥氏体中析出规律和碳氮化钒中C与N元素互相置换行为.结果表明:电渣锭经过830℃退火后的组织为γ-Fe+MC+M_2C,MC相几乎与奥氏体同时析出,通过扫描电镜和能谱分析可知MC为富钒的V(C,N),M_2C为富钼的合金碳化物,MC相形貌为不规则多边条状或片状,M_2C相形貌呈鱼骨状或螺旋状.在凝固过程中先析出VN,因此高温下平衡析出的碳氮化钒明显富氮;随着温度降低,C、N、V元素固溶量均逐渐降低,由于C从奥氏体中析出相对含量比N多并且C置换VN中的N元素,因此低温下平衡析出的碳氮化钒明显富碳.     

0Cr20Ni65Ti3AlNb合金平衡析出相热力学计算

利用JMatPro热力学计算软件,对0Cr20Ni65Ti3AlNb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：合金的主要平衡析出相有γ相、γ′相、MC和M₂₃C₆型碳化物相、η相,合金的非平衡凝固过程中Nb、Ti元素偏析比较严重,会降低合金的初、终熔点;Al含量对γ′相析出温度和析出量影响最大;C是MC和M₂₃C₆型碳化物相主要形成元素,对其析出温度和析出量起决定作用;η相的开始析出温度和析出量主要受Ti含量影响,过多的η相析出会影响合金的机械性能,因此,在成分设计过程中需合理控制合金的Ti含量。     

粉末高温合金FGH96中的原始粉末颗粒边界及其对合金拉伸断裂行为的影响

采用等离子电极旋转雾化法和热等静压法(hot isostatic press,HIP)分别制备FGH96粉末与合金,对原始及高温(1 150℃)预热处理后的FGH96粉末表面析出相以及HIPed FGH96合金的原始粉末颗粒边界(prior particleboundary,简称PPB)进行分析,进而研究PPB对合金室温和750℃拉伸断裂行为的影响。研究发现:原始粉末表面无明显析出相,1 150℃预热处理后粉末表面有块状MC和细小氧化物分布;热等静压法制备的FGH96合金及其热处理后,PPB析出相主要由颗粒和块状的金属碳化物MC及富Zr的氧化物颗粒组成;该合金经过固溶和时效处理后,颗粒状MC部分溶解而块状MC长大,PPB碳化物的尺寸分布由单峰分布转变为双峰分布;常温拉伸时微孔在PPB上形成并扩展,合金沿PPB断裂;750℃拉伸时,合金强度与塑性较常温下明显降低,部分M23C6在晶界析出,块状和颗粒状碳化物部分溶解,为M23C6提供碳源,合金断口呈现沿晶和沿PPB混合断裂的形貌。     

SUS 445J2超纯铁素体不锈钢冷轧断带原因分析

利用金相、扫描电镜能谱和电子背散射衍射(EBSD)等分析手段对445J2不锈钢冷轧断带的原因进行了分析.结果表明:445J2不锈钢钢带中心层析出大块状富铌碳化物是钢板冷轧断带的主要原因,裂纹在中心层大块状碳化物处萌生.445J2不锈钢在凝固后期,Nb、Ti、C等元素在中心层偏析富集导致块状富铌碳化物析出;此外,中心层条带状组织和周围粗大的铁素体晶粒也降低了材料的塑性,裂纹沿粗大的铁素体晶粒扩展,最终钢带断裂失效.可通过降低钢坯凝固冷却速率,提高浇注温度,使用电磁搅拌离散Nb、C元素富集,生成大量等轴晶,有效避免在中心层生成有害块状富铌碳化物.     

高温氧化对FGH96高温合金粉末表面状态的影响

通过模拟FGH96高温合金粉末在热等静压固结阶段的高温加热过程，利用多种表面分析方法，研究高温氧化对粉末表面状态的影响。结果表明，近热等静压加热温度条件下的高温氧化过程显著改变了FGH96高温合金粉末的表面形貌、表面元素分布和析出相组成。随加热温度的升高和保温时间的延长，胞状晶为主、树枝晶为辅的表面凝固组织被氧化物/碳化物层所覆盖，高温氧化过程促进粉末基体内部的Ni、Ti、Zr、Nb、Al和C原子逐渐扩散到粉末表面，粉末表面预先存在的氧化物（ZrO2）为MC型碳化物（(Ti, Nb)C）的形核提供了结构条件。控制粉末表面氧化物的形成可以有效限制合金中形成原始颗粒边界缺陷。     

挤压态Mg-13Gd-4Y-0.4Zr合金高温时效析出机制

利用扫描电镜和能谱仪对挤压态Mg-13Gd-4Y-0.4Zr合金在300℃/2～32h的时效析出相进行研究。结果表明,经300℃/2～4h时效后合金中有大量白色块状相析出,它是由大量的合金元素组成;经300℃/8～32h时效后,合金中析出两种相,一种是白色块状相,另一种是在晶内析出的片状相,它含有的溶质元素略高于基体。晶内析出的片状相沿3个方向排列析出,3个方向之间互成120℃夹角,呈现出严格的位向关系。析出物的形态和分布取决于溶质元素的浓度。在溶质元素浓度高的区域先析出含有大量溶质元素白色块状相;随后析出的片状相的疏密程度也取决于溶质元素的浓度。     

一种高Mo镍基高温合金碳化物析出及退化转变规律研究

试验研究了一种高Mo镍基高温合金在不同温度下晶界碳化物的析出情况。结果表明,在高于1 000℃保温处理1 h,晶界上析出颗粒状碳化物,主要为富Mo、Ti的M_6C型碳化物;当温度低于1 000℃时,晶界析出棉絮状碳化物,主要为富Cr、Mo的M_(23)C_6型碳化物。另外,试验结果表明,在一定温度下保温处理,MC碳化物会退化转变为M_6C,这主要与合金中Mo含量高有关。     

微合金高强度钢纳米级析出相的分析

用化学相分析加X-射线小角散射法对微合金高强度钢70A(％:0．05C,1．90Mn,0．01V,0．13Ti, 0．06Nb)和B2C(％:0．06C,2．34Mn,0．03V,0．03Ti,0．04Nb,0．0067B)的析出相结构、质量分数和粒度分布进行了研究。结果发现,微合金化钢亦存在大量纳米级M3C和M23C6碳化物,70A钢中<36 nm的M3C+M23C6碳化物质量分数为0．0664％,同尺寸的MC碳化物为0．0371％;B2C钢中<36 nm的M3C+M₂₃C₆碳化物的质量分数为0.134 1％,同尺寸的MC为0．008 4％。     

熔体过热处理对高温合金M963的影响

研究了熔体过热处理对高W、Mo的M963镍基高温合金显微组织、瞬时强度及高温持久性能的影响.结果表明与未进行过热处理的合金相比,过热处理后M963合金的二次枝晶间距缩短,γ+γ'共晶尺寸减小.初生的MC型碳化物由分布很不均匀的粗大块状变为分布较为均匀的细小汉字状.同时碳化物中固溶的Nb、Ti的含量减少,而高熔点元素W、Mo的含量相应增加.γ'强化相的尺寸减小,瞬时极限拉仲强度提高18%,延伸率提高12%,持久寿命提高182%.     

两种新型生物医用低弹性模量亚稳β钛合金的设计与性能研究

采用无细胞毒性的合金元素Nb、Zr和Mo,应用d-电子合金设计方法设计了两种理论上具有较低弹性模量的新型亚稳B钛合金Ti35Nb8Zr2Mo和Ti20Nb15Zr10Mo。利用WK-Ⅱ型非自耗真空电弧凝壳炉制备了这两种合金,研究了这两种合金的基本力学性能。X-射线分析结果表明设计的两种合金处于固溶态时均由单一的β组成的,符合本研究设计β钛合金的要求。设计的两种合金经不同热处理后,Ti35Nb8Zr2Mo的最低压缩模量为17．7Gpa,Ti20Nb15Zr10Mo的最低压缩模量为14．7GPa,均低于Ti6A14V（锻态）的压缩模量21．8GPa。     

熔炼次数对M17返回料合金成分、组织和性能的影响

实验结果表明,M17铸造高温合金(%:0.16C、8.79Cr、5.79A1、4.93Ti、3.29Mo、15.20Co、0.78V、0.015B、0.073Zr、0.002S、0.001P、0.001 1O、0.001 0N)经25 kg真空感应炉返回重熔后,Si含量随重熔次数的增加而略有增加,合金中主要元素和其它杂质元素S、P、H的含量变化不大,而氧、氮略有增加;合金中初生碳化物由新合金中的草书体逐渐向返回合金块状转变,初生碳化物的遗传性堵塞合金凝固时的补缩通道,使返回料合金的疏松倾向增大,高温塑性下降较大。     

H13热作模具钢中液析碳化物的研究进展

从凝固偏析理论、凝固方法、生产工艺及合金设计等方面,综述了H13钢中液析碳化物的研究进展,阐明了H13钢的生产工艺对液析碳化物析出的影响.H13钢中的液析碳化物是由于凝固偏析而在枝晶间区域产生的,根据形貌的不同可分为多边形、长条形、块状及共晶的层片状;根据结构不同可分为MC型、M₆C型、M₇C₃或M₂₃C₆型;根据成分的不同可分为富Mo型、富V型和富Ti、Nb型.H13钢在服役过程中,受外力作用时会在液析碳化物处形成裂纹,严重降低材料的韧性,控制液析碳化物的数量和尺寸可以减小其危害.工业生产条件下控制H13钢中液析碳化物的主要手段有凝固控制、变质处理、铸锭高温扩散和合金成分优化等.其中凝固过程控制及变质处理可以控制液析碳化物的尺寸、数量及在凝固过程中的生成时机,但无法完全避免液析碳化物的产生.对H13钢进行合金成分优化可以改变液析碳化物的稳定性.铸锭高温扩散是控制H13钢中液析碳化物的最主要手段,但工业生产中采用的具体加热温度和保温时间有待进一步研究.      

锆对急冷凝固FGH96合金粉末显微组织和元素偏析的影响

采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及其附带的能谱仪,对不同Zr含量的急冷凝固FGH96合金粉末的显微组织、热学凝固参数和枝晶间合金元素偏析进行研究。结果表明:通过调整Zr含量,可以改变粉末颗粒内部树枝晶、胞状长大晶和微晶凝固组织的比例;粉末凝固组织形态主要取决于冷却速率T-、固液界面前沿温度梯度G和长大速度R;不同Zr含量的FGH96合金粉末颗粒中,Mo、Nb、Ti、Zr等元素富集于枝晶间,Co、Cr、W和Ni富集于枝晶轴,随Zr含量增加,Ti、Nb、Zr等元素的枝晶偏析程度减小。