型壳保温温度对DD98单晶合金组织和性能的影响

研究了不同的型壳保温温度对一种铸造单晶高温合金DD98铸态组织、热处理组织和持久性能的影响。结果表明，随着上下区型壳保温温度的升高，固液界面前沿的温度梯度增大，而糊状区的宽度减小。铸态下，随着上下区型壳保温温度的升高，其一次和二次枝晶间距均减小，枝晶间和枝晶干上的γ’尺寸差别减小，并且枝晶间的γ’形状也逐渐变得规则，合金的显微偏析程度降低。热处理后，高的型壳保温温度可获得尺寸细小的γ’和较少的残留共晶。合金的持久寿命随着型壳保温温度的升高而增加，但相应的持久延伸率降低。     

一种高硼定向凝固合金的初熔行为及其对力学性能的影响

系统研究了高硼DZ444定向凝固合金的初熔行为及其对力学性能的影响。结果表明,在铸态合金中,枝晶间包含大量g/g′共晶、MC碳化物和由硼化物、Ni5Hf及h相组成的"团聚相"。在固溶处理期间,团聚相周围受硼化物显著影响的g基体首先发生初熔。硼化物不是初熔的形核点,但是对初熔的形成具有关键作用。较高的B含量,使得合金具有较低的初熔温度,介于1160~1170℃之间,明显低于正常合金。提升温度或延长保温时间,初熔现象变得更加严重。采用水淬方式,初熔倾向于凝固为典型的g枝晶和大量细小的沉淀相颗粒;而采用空冷方式时,初熔依次凝固为团聚相、g基体和g/g′共晶相,团聚相形貌与铸态时没有明显差异。完整热处理时,固溶温度由1210℃提升到1230℃,初熔略微增加,而当温度达1250℃时,初熔区尺寸和面积分数剧烈增大,对合金造成严重破坏。由于温度较低,合金的高、低温时效对初熔组织影响不是很大。随着初熔区尺寸和面积分数增加,初熔区消耗了大量的固溶强化元素,同时初熔区内部易萌生大量微裂纹,从而使合金的拉伸性能稍有下降,持久性能显著降低。     

热处理过程中DD6单晶高温合金的组织演化规律与力学性能

研究了DD6单晶高温合金在热处理过程中的显微组织演化规律以及初熔组织的生成机理。通过研究不同固溶时效处理对γ′相形貌、尺寸分布和体积分数的影响且分析了完全热处理后合金的显微硬度和拉伸性能,从而确定了合金最佳的热处理工艺。结果表明,通过差热分析法和金相观察法确定合金的初熔温度在1300~1310 ℃。在1315 ℃固溶处理4 h,枝晶间/枝晶干γ′相尺寸趋于一致,呈立方状均匀排列。在固溶处理过程中,γ/γ′共晶组织熔化生成了不规则初熔组织。在不同的一次时效工艺下,1120 ℃时效4 h空冷后,γ′相立方度更好,尺寸分布更均匀。合金最佳的热处理工艺为1290 ℃×1 h+1300 ℃×2 h+1315 ℃×4 h, AC+1120 ℃×4 h, AC+870 ℃×32 h, AC。合金在完全热处理后,随拉伸温度从室温升高至850 ℃时,强度达到峰值,温度继续升高,强度下降;在760 ℃拉伸时塑性最差,随着拉伸温度从760 ℃升高到950 ℃,塑性提高。     

固溶温度对DD6单晶高温合金组织与性能的影响

针对DD6单晶高温合金进行了不同固溶温度的工艺试验,研究4种不同固溶温度对合金组织、性能的影响。结果表明:合金在1320℃及1330℃两个温度下固溶处理过程中发生初熔,经1300℃及1310℃固溶处理后未发现初熔组织。和1310℃相比,在1300℃固溶处理后仍有较多的残留共晶组织。合金固溶温度由1300℃升高至1310℃时,在合金后续时效处理时析出的γ'相更加均匀、细小。高温力学性能测试结果表明,经1310℃固溶处理并两次时效处理后,DD6合金的高温拉伸和持久断裂力学性能优于1300℃固溶处理和时效处理的DD6合金。     

DD98合金重凝行为的研究

研究了第二代单晶高温合金DD98在标准固溶处理温度"0℃内,合金组织对热处理制度的响应.结果表明,合金的显微组织除与热处理温度和冷却速率密切相关外,还与晶体取向有关,<001>取向的单晶合金初熔温度比＜011>和<111>高约5℃C.当热处理温度较高时,单晶枝晶间区域发生初熔,重熔后在重凝区域中丫相以离异共晶方式规则析出,分布规律与母相一致.     

DD9镍基单晶高温合金固溶处理初熔组织研究

研究了DD9单晶合金固溶处理过程中组织的变化以及初熔组织的生成机理。结果表明,初熔组织分为两类,即γ/γ′共晶组织熔化生成的不规则初熔组织及固溶微孔熔化生成的规则初熔组织。初熔组织严重降低铸件的高温性能,在1100℃、137 MPa条件下,初熔组织使铸件的使用寿命缩短35h。两种初熔组织都可以通过延长较低温度下的保温时间,促进元素的扩散来消除。     

高温合金差示扫描量热分析(DSC)的影响因素研究III：合金状态和升降温速率

摘 要：对固溶强化型镍基高温合金625进行升、降温差示扫描量热分析（DSC）试验,研究了同一合金不同状态（粉末态、粉末+热等静压态和铸态）以及升/降温速率（5-10℃/min）对相变温度的影响。采用场发射扫描电镜（FESEM）、电子探针（EPMA）对不同状态625合金的微观组织和元素分布进行表征。结果表明：（1）铸态比粉末态合金的枝晶间距大2个数量级,而热等静压态合金为无枝晶偏析的细等轴晶结构。（2）升、降温速率对DSC曲线中加热时基体开始熔化（等于固溶强化型合金的初熔温度）和冷却时开始凝固温度（偏离基线的拐点）无影响,但对合金加热熔化结束、冷却时大量凝固析出温度（峰位）和终凝温度（拐点）有明显影响。采用加热、冷却曲线相应相变温度平均值的方法可减少DSC试验和样品条件的影响,获得相对固定且更具可比性的合金相变温度。（3）合金状态对初熔温度和DSC升温曲线固相线温度附近的圆弧段有明显影响。根据DSC加热曲线固相线温度附近的圆弧大小可以判断合金的偏析倾向,弱偏析倾向的粉末态和热等静压态PM625合金DSC加热曲线固相线附近区域拐点尖锐,表现为合金开始熔化温度（偏离基线的拐点）与名义固相线温度（切线交点）差异很小,分别仅为5℃和6℃;偏析倾向较大的铸态IN625合金的DSC加热曲线中固相线温度附近区域为较大圆弧,开始熔化温度与名义固相线温度差异可达52℃。铸态625合金的初熔温度比热等静压态和粉末态分别低45℃和40℃,在实际热处理和热等静压等热工艺参数选择时应注意圆弧段较大的合金降低初熔温度的影响。在所有DSC冷却曲线中,由于完全熔化重新凝固消除了合金原始显微组织特征,不同状态625合金固相线温度区域附近曲线形态相似,均为较大的圆弧。     

高硅镍铜合金NCu30-4-2-1热处理组织演变

采用高温显微镜、维氏显微硬度计、透射电子显微镜及差示扫描量热仪等手段研究了高硅镍铜合金NCu30-4-2-1热处理组织演变规律。结果表明,合金铸态组织由树枝状α-Ni基固溶体相以及枝晶间呈网状分布的α+β共晶相组成;固溶温度为850℃时,合金组织无明显变化;固溶温度为950℃保温2 h时,枝晶组织基本消失,合金中β强化相基本溶入固溶体基体中,形成单相过饱和固溶体基体组织;固溶温度为1050℃时,晶粒异常长大。在固溶处理950℃×2 h+时效处理600℃×8 h下,主要析出相为细小弥散分布的β'-Ni3Si相,与基体保持良好共格关系,合金硬度达到450 HV。     

高温合金差示扫描量热分析(DSC)的影响因素:粉末粒度和显微组织

对固溶强化型625镍基高温合金粉末进行升、降温差示扫描量热分析(DSC)试验,研究了不同粉末粒度(37,45～53,75～105,105～150,150～355μm)对相变温度的影响。采用场发射扫描电镜(FESEM)、电子探针(EPMA)和同步辐射X射线衍射(SXRD)对625合金粉末的形貌、元素分布和相组成进行表征。结果表明:不同粒径PM625粉末均为树枝晶结构,枝晶间距在2～10μm范围,元素Ni和Cr倾向分布于枝晶干,Mo和Nb偏析于枝晶间。不同粒度的PM625粉末中均仅存在基体γ相。PM625粉末DSC加热曲线固相线附近区域拐点尖锐,表现为合金开始熔化温度(偏离基线的拐点)与名义固相线温度(切线交点)差异很小,不同粒度间的差异仅为2～5℃。合金完全熔化后重新冷却的过程中原始粉末的低偏析特性消失,冷却曲线固相线区域圆弧较大,名义固相线和终凝温度差较大,为53～65℃。DSC试验升温过程中不同粒径粉末的固、液相线以及初熔温度最大差异分别为3, 2和2℃,降温过程不同粒径粉末固、液相线温度差分别为6和2℃。0～355μm粉末粒径范围内,粒径对固溶强化型PM625高温合金粉末相变温度无明显影响。     

AlSi9Mg合金在近液相线区保温过程中枝晶组织的演变

采用AlSi9Mg合金为试验原料，通过改变、控制浇注温度和半固态保温时间，研究了在近液相线区不同温度、不同保温时间下半固态合金的组织演变规律及成因。结果表明：随着保温时间的延长，合金固相显微组织逐渐从最初的树枝晶经蔷薇状形态向颗粒状晶粒转变。在605℃保温30-40min时，得到的细小、均匀、圆整的颗粒状非枝晶组织，满足半固态加工要求。     

Influence of solution heat treatment on microstructure and stress rupture properties of a Ni3Al base single crystal superalloy IC6SX

The effect of solution heat treatment at different temperatures on the microstructure and stress rupture properties of a Ni₃Al base single crystal superalloy IC6SX has been investigated in this paper. The experimental results show that the as-cast alloy exhibited a typical dendritic structure with three phases of γ′, γ and NiMo. After solution heat treated at 1240 °C, the NiMo phase dissolved entirely. With the temperature increasing, the γ′ phase in interdendritic region dissolved earlier than that in dendritic region. When solution heat treatment temperature reached to 1280 °C, all of the γ′ solutioned and a uniform microstructure was observed. Furthermore, increasing the temperature up to 1340 °C, a small amount of incipient melting occurred in the alloy. The stress rupture life of IC6SX at 1100 °C/130 MPa increased with the rising of temperature and reached to the top value under the solution heat treatment temperature of 1280 °C. The optimum solution heat treatment considered to be 1280 °C/10 h followed by flowing air cooling.     

DD3单晶高温合金的高温蠕变断裂行为

通过对DD3单晶高温合金试棒进行1030℃／196MPa、1040℃／177MPa和1050℃／140MPa蠕变实验,并对试样断口形貌及其组织进行观察和分析,研究了第一代单晶高温合金DD3的高温蠕变断裂行为。蠕变试验结果表明：在1030～1050℃条件下,DD3合金具有优良的蠕变性能;蠕变开始不到10h,合金即进入稳态蠕变阶段。断口形貌及组织分析表明：高温条件下的DD3单晶高温合金蠕变断裂裂纹萌生于微孔,断裂模式为微孔聚集型断裂。     

第二代单晶高温合金DD6在980℃长期时效后的显微组织与持久性能

选用980℃时效温度、分别对[001]取向标准热处理后的第2代单晶高温合金DD6进行100，200，300，400，600，800及1000h的长期时效，研究了合金的显微组织与持久性能。结果表明：DD6合金980℃／1000h长期时效后，无TCP相析出，组织稳定性优良：DD6合金980℃／1000h长期时效后980℃／248．2MPa的持久寿命高于180h，合金具有优异、稳定的持久性能。     

Incipient Melting Behavior and Its Influences on the Mechanical Properties of a Directionally Solidified Ni-Based Superalloy with High Boron ContentEI北大核心CSCD

A new directionally solidified Ni-based superalloy is developed for industrial gas turbine applications, which has high strength and excellent hot corrosion resistance at high temperatures. The high strength of the alloy is primarily derived from precipitation hardening by ordered L12 gamma' phase. To achieve a uniform distribution of precipitated gamma' particles for optimized mechanical properties, the suitable heat treatments are used. However, the heat treatment temperature in Ni-based superalloys is limited by the problem of incipient melting. Incipient melting microstructrue evolution during heat treatment has been hardly reported. Therefore, the behaviors of incipient melting and its effect on mechanical properties in the new directionally solidified superalloy DZ444 with high boron have been investigated in this work. The results show that some interdendritic regions of the as-cast DZ444 sample exhibit many of gamma'/gamma eutectic, MC carbides and multi-phase eutectic-like constituent which are composed of boride, Ni5Hf and eta phases. During solution treatments, incipient melting does not occur in boride or Ni5Hf phase with low melting point firstly, but appears in gamma matrix around multi-phase eutectic-like constituent which is affected significantly by borides. Compared to DZ444 alloy with the normal boron content, incipient melting occurs at the lower temperature in the range between 1160 degrees C and 1170 degrees C. Incipient melting can occur significantly with the increase of the solid solution temperature or time. Incipient melting consists of typical gamma dentrites and a lot of tiny precipitation particles after the water quenching (WQ) method following solution treatment. However, incipient melting forms multi-phase eutectic-like constituent, gamma matrix and gamma'/gamma eutectic successively during air cooling (AC) following solution treatment, and the morphology of multi-phase eutectic-like constituent is similar to that of as-cast alloy. Firstly, a so-called incipiently melted circle (IMC) forms around multi-phase eutectic-like constituent; with the increase of the solid solution temperature or time, IMC extends inwards which makes gamma matrix and multi-phase eutectic-like constituent in this circle melt successively. Finally, a incipiently melted pool forms gradually. Incipient melting is limited to the IMC below 1200. and the area of incipient melting changes with temperature or time correspondingly. However, incipiently melted region (IMR) expands outwards continuously which makes gamma matrix outside the incipiently melted circle melt when the temperature is higher than 1210 degrees C. Especially, IMR swallows up plenty of gamma matrix, and many matrix islands, regions unmelted, exist in IMR above 1250 degrees C which destroys the continuity of the matrix significantly. The incipient melting has a minor effect on the tensile properties, nevertheless, decreases the creep-rupture properties remarkably. The degradation of mechanical properties mainly results from the increasing of the incipient melting area fraction and size.     

抽拉速率对螺旋选晶器选晶行为和晶体取向演变的影响

采用宏观-微观耦合的元胞自动机（CAFE）方法,研究了不同抽拉速率对螺旋选晶器的选晶行为和晶体取向演变的影响,并通过实验对仿真结果进行了验证。结果表明：在相同的抽拉速率下,随着与激冷面距离的增大,枝晶数目逐渐减少,一次枝晶臂间距逐渐增大。随着抽拉速度由2 mm/min增加到8 mm/min,一次枝晶臂间距逐渐减小,枝晶茎数增加,枝晶间距逐渐减小,枝晶组织逐渐细化。在模拟过程中,在螺旋选择器启动块的3种抽拉速率下,固态组织的数量、面积和颜色都是相似的;在螺旋部分,在5 mm/min提取速率下晶体的微结构数量比其他2个提取速率下的少,并且面积更大,颜色更浅。从选晶器的晶粒组织演变和金相组织分析结果可以得出,中等抽拉速率（5 mm/min）下选晶器的选晶效率优于其他2种抽拉速率。     

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.     

DD8镍基高温合金单晶制备中的杂晶长大机制

研究了ＤＤ８镍基高温合金单晶制备中择优生长晶向偏离热流杂晶的长大机制。实验结果表明：在一定条件下择优生长晶向偏离热流方向的晶粒能够淘汰择优生长晶向平行于热流方向的晶粒。研究表明,镍基高温合金单晶制备中的晶粒淘汰并不取决于择优生长晶向与热流方向平行,而是晶粒枝晶的三维相对位置,这很好地解释了高温合金单晶制备时经常发生的预定晶向之外的杂晶长大现象。