FGH95合金长期时效过程中二次γ′相的“反粗化”分裂行为

利用场发射扫描电镜研究了FGH95粉末冶金高温合金在750℃/5000h时效过程中二次γ′相的尺寸、分布和形貌变化,为其在新型航空发动机中的应用提供理论依据。结果表明,随着时效时间增加,二次γ′相形态不稳定,其尺寸变化不符合体扩散控制的LSW规律。二次γ′相在0~500h发生"反粗化"的分裂,由碟状分裂为块状。在500~1000h阶段分裂的细小γ′相发生粗化,在1000h粗化到一定程度后又开始分裂,2000h后随着时效时间延长又逐渐粗化,椭球状二次γ′相逐渐增多。研究证明,γ′相粒子之间的弹性交互作用是导致其形态变化的主要原因,它属于降低界面能与弹性交互作用能总量的形貌转变机制。     

长期时效对FGH96粉末高温合金组织稳定性及性能的影响

研究了FGH96粉末高温合金经750℃长期时效1000和3000 h后的晶粒尺寸、晶界形貌、晶粒取向、γ'强化相和碳化物的演变规律及长期时效对合金650℃使用温度下拉伸性能的影响.结果 表明:750℃长期时效对合金的晶粒尺寸、晶界形貌和晶粒取向没有明显影响.然而,长期时效后,合金中γ '相形貌、尺寸和分布发生了显著的变化,大尺寸γ'相先长大后分裂再变小,平均尺寸变大、尺寸梯度降低、间距变大,由双峰分布最终演变为单峰分布;形貌由近球形、方状和蝶状先演变为不规则状,最终又演变回近球状、方状与蝶状.未长期时效合金的晶内和晶界处存在大量富含Ti、Nb元素的块状MC型的碳化物,并与MB型硼化物共存,经750℃长期时效3000 h后没有明显变化.而富含Cr元素的M23C6型小颗粒碳化物经750 ℃长期时效3000 h后,析出量增加并呈链状分布于晶界.长期时效后,FGH96合金650℃拉伸强度降低,塑性提高,主要原因是合金中的γ'相分裂、粗化及晶界处M23C6型碳化物析出呈链状分布所致.     

一种镍基单晶合金长期时效过程中γ'相的粗化行为

研究了一种新型镍基单晶高温合金长期时效过程中γ'相形貌的变化。结果表明,在950、1 000、1 050℃下时效0~1 500 h时,γ'相形态从最初的立方体形貌逐渐演化形成了不规则的条形、L形、迷宫形等。时效过程中,枝晶间γ'相的粗化速率明显高于枝晶干处的粗化速率。随时效温度地提高,γ'相的粗化速率加快。枝晶干处与枝晶间区域γ/γ'相界面共格应变能的差异是枝晶间与枝晶干区域γ'相粗化程度存在差异的主要原因。枝晶干处γ'相的粗化激活能与枝晶间处γ'相的粗化激活能分别为451 kJ·mol-1和345 kJ·mol-1。     

时效热处理对GH99中强化相γ'相的影响

采用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)分析了不同时效热处理制度下镍基GH99高温合金中γ'相的尺寸、形貌变化,采用维氏硬度计测试不同时效热处理制度下的合金硬度。结果表明:γ'相随着时效温度的升高和保温时间的延长而明显粗化,其粗化符合沉淀相粗化理论(LSW理论);随着γ'相的不断长大,部分γ'相的形貌由球形转变为立方形。经计算得到γ'相长大激活能约为248.8 k J/mol。此外发现硬度随γ'相尺寸的增大而逐渐增大,但当γ'相尺寸超过37.2 nm时,硬度随γ'相长大呈下降趋势,在750℃时得到合金的最大硬度为395.16 HV。     

激光立体成形Rene88DT高温合金γ'相的高温粗化行为研究

采用激光立体成形技术(LSF)制备Rene88DT高温合金,对其在760～840℃温度区间进行高温短时(4～16 h)时效处理,采用微观测试分析方法对高温短时时效处理后γ'相形态、尺寸变化及粗化动力学行为进行了研究.结果表明:激光立体成形Rene88DT高温合金在高温短时时效条件下,γ'相分布均匀,形态基本为球形,时效温度对γ'相的影响比时效时间更为显著;γ'相的粗化规律符合Lifshitz- Slyozov -Wagner (LSW)理论,γ '粗化激活能Q=211.65 kJ/mol,γ'相的粗化行为主要由Ti和Al在基体中的扩散所控制.     

GH2787压气机叶片热处理制度对组织和力学性能的影响

研究了不同热处理制度下GH2787压气机叶片的组织和力学性能。结果表明:通过降低固溶温度和减少固溶次数能明显细化晶粒,降低时效温度和增加时效次数能增加γ'相的析出,能有效提高室温力学性能和疲劳性能。采用两次固溶+一次时效和一次固溶+一次时效热处理后,γ'相尺寸较大,呈三角形貌单峰分布;采用一次固溶+二次时效处理后,一次γ'相呈立方形态,二次γ'相呈球状形貌的双峰分布。随着二次时效时间的增加,一次γ'相溶解和二次γ'相长大,γ'相尺寸形貌趋于球化。     

980℃长期时效对DD5镍基单晶高温合金组织与性能的影响

研究了二代单晶高温合金DD5在980℃无载荷时效处理后的组织及性能变化。结果表明:DD5合金980℃时效后组织基本稳定,5000 h时效后未发现TCP相的析出。980℃时效中,150 h时效后γ'相呈规则立方状并未发生明显长大,平均尺寸达到约0.5μm,1000 h时,γ'相基本呈立方形态分布,但平均尺寸约1μm,2500 h时γ'相粗化明显,5000 h时基本形成筏状组织。时效后,初生碳化物发生分解并有次生碳化物析出,包括点棒状MC(1),块状富Hf的MC(2),细小质点状M23C6。870℃抗拉强度值随时效时间延长逐渐下降,1000 h后下降5.5%,而5000 h后下降9.8%。持久寿命随时效时间延长呈逐渐递减趋势:980℃/207 MPa的持久寿命,1000 h后下降19%,5000 h后下降了43%;1070℃/140 MPa的持久寿命1000 h后下降38%,5000 h后下降了52%;1093℃/158 MPa的持久寿命1000 h后下降31%,5000 h后下降了52%。     

微量元素Hf对镍基粉末高温合金FGH97显微组织的影响

利用SEM和物理化学相分析方法研究了5种Hf含量的FGH97粉末高温合金中γ'相和MC型碳化物形貌、化学组成及含量.结果表明:Hf促进γ'相和MC相析出,改变γ'相和MC相的化学组成,对MC相的尺寸和形貌影响不大,显著影响γ'相的尺寸和形貌,促使γ'相的形态失稳,导致立方状γ'相发生分裂,使γ'相更快地进入稳定的立方状择优形态.在FGH97合金中添加Hf,可通过改变错配度d,从而改变γ'相发生分裂的临界尺寸Dc.建立了Dc与Hf含量w(Hf)的关系式:Dc=315.4+640.2w(Hf)-358.2[w(Hf)]2.随着Hf含量的增加,|d|逐渐变小,Dc增大.γ'相长大到临界尺寸时,γ'相由立方状分裂为八重小立方体状.     

热处理对低Re镍基单晶高温合金组织的影响

研究了不同参数的热处理制度(均匀化+固溶+一次时效+二次时效处理)对第二代低铼镍基单晶高温合金组织的影响。结果表明:均匀化和固溶处理几乎消除了合金元素的偏析和共晶组织。随着高温固溶处理温度的升高,γ'相的形貌从立方形逐渐变为近圆形,尺寸变化不明显,在1320℃时,立方度最佳且尺寸约为360 nm。随着一次时效温度的升高,γ'相尺寸逐渐由固溶态时的360 nm增大到435 nm;温度过高时(1200℃),出现γ'相的边角钝化、部分γ'相连接的现象。随着一次时效时间的延长,γ'相的立方度先逐渐升高,随后出现钝化现象。在900℃时进行二次时效,γ'相有着规则的立方度,尺寸细小均匀。该单晶合金的最佳热处理工艺为:1270℃/2 h+1280℃/2 h+1320℃/4 h,AC+1100℃/4 h,AC+900℃/24 h,AC。     

GH738高温合金长期时效过程中γ'相演变规律

研究了镍基GH738高温合金经两种热处理后分别在550、750、800和850℃下,时效0～ 4500 h后γ'强化相形貌与硬度性能之间的关联性.结果表明,在长期时效过程中,经两种热处理后,γ'强化相随温度升高和时间延长而长大,但温度比时间影响更明显;γ'相粗化速率随着时效温度的升高和γ'相初始尺寸的增大而增大;γ'相的粗化符合L-S-W熟化理论;长期时效中γ'相的长大初期粗化速率较高;经过550℃长期时效后组织及性能几乎没有变化,表明合金在该温度下具有良好的组织稳定性;同时获得两种热处理后长期时效γ'相长大激活能;两种热处理制度下,时效硬度随温度变化大致呈下降趋势,亚固溶热处理后合金时效硬度明显高于过固溶热处理后的硬度;同时发现在750、800和850℃温度下,随着温度升高合金强化相的数量逐渐降低,从而导致合金强化相体积分数的降低.     

560 ℃时效处理对GH4145合金螺栓组织的影响

研究了GH4145合金螺栓560 ℃时效处理后,显微组织、晶粒尺寸及γ'相形态的变化。试验结果表明：供货态GH4145合金螺栓560 ℃时效处理50 h,小尺寸晶粒数量显著增多,碳化物析出相数量有所减少,析出大量细小的球状γ'相;相对于时效处理50 h试样,时效100 h小尺寸晶粒和细小的球状γ'相显著长大;时效时间延长晶粒尺寸基本保持不变,球状γ'相最终达到尺寸均一化;时效过程中方形γ'相逐渐分解直至消失。     

蒸汽轮机用Waspaloy叶片材料长期时效组织及力学性能

研究了Waspaloy合金在标准热处理状态下,700℃长期时效过程中的组织和力学性能变化。结果表明,长期时效过程中Waspaloy合金析出相主要为MC型碳化物,M23C6型碳化物和γ'相,时效过程中并未发现有害TCP相。M23C6型碳化物在晶界呈链状分布,长期时效过程中其大小、分布基本不变,稳定性良好;γ'相在时效100 h后充分析出,尺寸随时效时间延长而长大,γ'粗化规律符合L-S-W理论,5000 h时效后γ'相形貌仍然为球形。时效100 h合金强度有小幅上升,随后随时效时间延长合金强度变化不大。     

高温时效对GH4145合金显微组织与力学性能的影响

研究了标准热处理态的GH4145合金在566℃高温时效过程中显微组织和力学性能的演变。结果表明:566℃下,随着时效时间的延长,时效初期合金的平均晶粒尺寸有所增大,而后基本保持不变。时效过程中部分尺寸较大的立方形二次γ'相发生了分裂,当时效时间超过500 h后,合金中还析出了尺寸细小的球形三次γ'相,且随着时效时间的进一步延长,其平均尺寸和体积分数均逐渐增大。试验合金的硬度和强度随时效时间的延长而逐渐增高,因此,GH4145合金螺栓在使用过程中容易出现硬度超标的问题。     

激光增材制造DD98M高温合金组织及稳定性研究

采用激光增材制造技术制备了DD98M镍基高温合金管状试样,研究了其沉积态、固溶时效态和长期时效态微观组织变化,对比分析了沉积态和固溶时效态试样中γ'相尺寸分布及在1000℃长期时效时γ'相的演化规律。结果表明:沉积态组织主要由外延生长的微细柱晶组成,枝晶间无γ-γ'共晶组织析出,试样中γ'相体积分数约为70%。合金中元素微偏析造成了枝晶干和枝晶间γ'相尺寸差异,其中枝晶干处为210 nm,枝晶间为560 nm。经固溶时效处理后,γ'相(约370 nm)均匀分布在γ基体上,其尺寸分布符合LSW模型。经1000℃长期时效500 h后,合金组织中无TCP相(拓扑密排相)生成,γ'相仍保持立方形貌,其尺寸几乎保持不变。固溶时效处理后,合金显微硬度从沉积态时的4420 MPa增加至4870 MPa,长期时效能降低合金硬度,降幅约5.9%。     

一种镍基单晶高温合金长期时效后γ'相的粗化动力学

研究了第二代镍基单晶高温合金DD5在870～980℃时效150～2000 h后γ′相的粗化动力学。结果表明:长期时效后DD5合金γ′相的形貌和尺寸取决于时效温度和时效时间,可用形貌稳定因子来表征;在870～980℃时效温度下,枝晶中γ′析出相发生粗化,γ′析出相的平均尺寸随时效时间和温度的增加而增大;动力学计算结果表明DD5合金在长期时效后,γ′相的粗化长大受合金元素扩散的控制,γ′析出相依然保持规则立方状,具有较好的组织稳定性。     

热处理对含铼镍基单晶高温合金显微组织的影响

通过光学显微镜和扫描电镜对一种Ni-Co-Cr-Mo-W-Re-Al-Ta系镍基高温合金经几种固溶热处理后的γ/γ'共晶变化情况,以及时效后γ'相形貌和分布情况进行了研究。结果表明:在1320℃下合金出现初熔现象。随固溶温度的提高,保温时间的延长,γ/γ'共晶减少;时效工艺为1180℃/4h时,一次γ'相的立方度较高,尺寸适中,分布均匀;当时效温度在1200℃以上时,γ基体通道中析出二次γ'相;当时效条件为1250℃/4hAC时,二次γ'相尺寸变大,数量增多。     

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.     

铸造高温合金K480及DD407热处理中γ'相的析出行为

选取两种典型铸造高温合金DD407及K480,研究其固溶及时效过程中γ'相析出行为。结果表明,经热力学平衡相图计算获知,铸造高温合金K480及DD407合金的凝固温度范围是158、30℃,室温下γ'相体积分数分别为54%,80%;合金在凝固或固溶后的冷却过程中,γ'相形核率低,长大速率高,γ'相粒子易于长大;当其尺寸超过临界尺寸就会发生分解;两合金经过固溶后,较大尺寸的一次γ'相溶解后重新析出较小的二次γ'相;在一次时效空冷热处理后,合金在立方状的二次γ'相通道周围析出弥散细小球形三次γ'相;经过二次时效后,三次γ'相回溶、扩散直至消失,同时二次γ'相进一步长大,立方度增加。     

DD5合金单晶双联整铸导向叶片的热工艺匹配性

研究了DD5合金单晶双联整铸导向叶片热工艺顺序对组织和性能的影响。结果表明,DD5合金标准热处理后,合金组织由碳化物、残留共晶相和规则立方状的γ'相组成。与标准热处理相比,时效前后的焊接,碳化物形貌和数量无明显变化,γ'相和基体通道尺寸呈不均匀分布,γ'相的立方化程度降低,可见锯齿状的γ'/γ相界面,基体通道可见细小不规则的二次γ'相。与时效后进行钎焊工艺相比,时效前进行钎焊工艺的γ'/γ相界面锯齿化程度较轻,γ'相的立方化程度稍好,对合金870 ℃拉伸性能、980 ℃/250 MPa和1093 ℃/158 MPa持久性能没有明显影响。考虑到叶片研制生产工序的安排,建议DD5合金导向叶片先进行标准热处理,再安排焊接工序。     

Hf含量对镍基粉末高温合金中γ′相形态的影响

研究了含Hf镍基粉末高温合金在长期时效处理过程中γ′相形态的演化过程.结果表明:合金在高温长期处理过程中立方状γ′相发生分裂、呈现出二重平行状和八重小立方体组态.八重小立方体组态作为择优形态不再发生分裂,处于低能稳定状态.不同Hf含量合金的错配度发生明显变化,γ′相的长大或粗化过程可以粗略地分为"界面控制"和"应变控制"2个阶段,γ′相间弹性相互作用能对合金中析出相的形态变化起着重要作用.