B含量对K417G合金凝固过程中组织演变和力学性能的影响

研究了B含量对K417G合金凝固过程中相析出以及铸态组织和力学性能的影响。研究不仅证实了B显著促进元素偏析以及凝固后期(γ+γ')共晶析出,还发现B对K417G合金凝固早期基体γ相的析出和长大具有明显影响。B降低基体γ相的析出温度,抑制γ相的形核,并阻碍γ相生长。当B含量低于0.036%时,由于B降低γ相形核率,导致K417G合金的晶粒组织随B含量增加明显粗化。当B含量增加至0.060%时,尽管B仍然降低γ相形核率,但由于其阻碍γ相枝晶的早期生长,使熔体内部过冷度升高,局部发生晶粒细化。B对K417G合金力学性能的影响决定于硼化物的晶界析出形态,当B含量低于0.036%时,硼化物以颗粒状在晶界析出并对晶界产生强化作用,合金的900℃拉伸性能和900℃、315 MPa持久性能随B含量的增加而显著提高。当B含量达到0.060%时,共晶态硼化物在(γ+γ')前沿析出,导致共晶态硼化物与(γ+γ')的界面显著弱化,拉伸和持久性能显著降低。     

一种含硼第三代镍基单晶高温合金的初熔及固溶处理研究

采用电子探针测试结合Thermo-Calc软件计算,研究了一种含0.001 wt%硼第三代单晶高温合金枝晶间区域的初熔过程。结果表明,初熔相为M2B,初熔温度为1265 ℃,远低于用差示扫描量热仪测得的共晶熔化温度1352 ℃。采用扫描电镜分析固溶处理过程中合金组织的演化过程,发现共晶组织中马赛克状共晶和扇状共晶率先溶解,粗大γ′最后溶解。初熔区域空冷可发生均质形核,重新凝固后的共晶组织呈圆形,初熔组织中粗大γ′组织较初始凝固的粗大γ′组织更细,而相比残余共晶组织,初熔组织中含有马赛克状共晶和扇状共晶。在通用分步固溶处理制度的基础上,通过低于硼化物初熔的首步处理和适当提高最终固溶温度（ST2）,可以有效避免初熔并完全消除共晶。     

一种含硼第三代镍基单晶高温合金的初熔及固溶处理

采用电子探针测试结合Thermo-Calc软件计算,研究了一种含0.001%(质量分数)硼第三代单晶高温合金枝晶间区域的初熔过程。结果表明,初熔相为M_2B,初熔温度为1265℃,远低于用差示扫描量热仪测得的共晶熔化温度1352℃。采用扫描电镜分析固溶处理过程中合金组织的演化过程,发现共晶组织中马赛克状共晶和扇状共晶率先溶解,粗大γ′最后溶解。初熔区域空冷可发生均质形核,重新凝固后的共晶组织呈圆形,初熔组织中粗大γ′组织较初始凝固的粗大γ′组织更细,而相比残余共晶组织,初熔组织中含有马赛克状共晶和扇状共晶。在通用分步固溶处理制度的基础上,通过低于硼化物初熔的首步处理和适当提高最终固溶温度(ST2),可以有效避免初熔并完全消除共晶。     

热处理制度对K417G铸造高温合金组织和性能的影响

对K417G合金经过“1 080℃/4 h,AC+870℃/12 h,AC”固溶+时效热处理后的显微组织、性能进行了研究。结果表明,与铸态相比,经“1 080℃/4 h,AC”固溶处理后,铸态部分γ′相已经溶解,并且初生γ′相附近聚集着尺寸更小的二次γ′相颗粒;室温抗拉强度和塑性提高,而900℃抗拉强度变化不大,塑性指标却明显降低。再经“870℃/12 h,AC”时效处理后,γ′相呈现为规则的立方形,二次γ′相有所长大,尺寸约为20～100 nm;900℃塑性指标有一定提升,其他力学性能与铸态相比变化不明显。     

热处理对新型镍钴基高温合金组织及硬度的影响

利用CALPHAD方法设计了3种不同(W+Ta)含量的新型镍钴基高温合金,并根据平衡相图确定合金固溶及时效处理制度。利用OM、SEM以及EDS等手段对新型镍钴基高温合金热处理后的微观组织特征进行了分析。结果表明,3种镍钴基高温合金,铸态组织均由γ相、γ′相、γ+γ′共晶组织及碳化物组成,γ+γ′共晶组织呈放射状。经固溶处理后,铸态一次γ′相完全消除,800℃时效后析出三次γ′相。随着时效时间的增加,合金中γ′相尺寸增大,合金的硬度也呈上升趋势,但W+Ta含量高的合金在800℃时效析出的γ′相发生了分裂,硬度先增加后减少。     

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。     

热处理对镍基单晶高温合金微观组织和高温持久性能的影响

采用螺旋选晶法,制备了一种镍基单晶高温合金。在非真空箱式电阻炉中进行分级均匀化热处理,研究了热处理制度对合金显微组织及持久性能的影响。结果表明:合金的铸态组织由γ-Ni固溶体相、初生和次生的γ-′Ni3Al相、以及γ/γ′共晶相组成;1 305~1 310℃、16 h固溶处理后,次生γ′全部固溶,少量γ/γ′共晶没有完全固溶;1 315℃、16 h固溶处理后,γ/γ′共晶全部固溶;1 320℃、2 h固溶处理后,出现少量初熔;两次时效处理明显改变了γ′的尺寸、形貌及分布;合金经1 180℃、2 h 1 290℃、2 h 1 315℃、16 h AC 1 140℃、4 h AC 870℃、24 h AC完全热处理后,在1 100℃,137 MPa条件下持久寿命达到100 h。持久裂纹主要沿与拉应力垂直的枝晶间横向段萌生扩展,与γ/γ′共晶完全固溶状态相比,未固溶的γ/γ′共晶更容易成为主要裂纹源。     

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。     

难变形高温合金GH4975的铸态组织及均匀化

应用FESEM、EBSD、萃取相分析及热模拟压缩等实验方法研究了难变形高温合金GH4975的铸态组织,铸态热压缩及均匀化过程中的组织演变。结果表明,GH4975合金铸态组织的主要析出相为γ′相、一次MC碳化物相及共晶相。合金中的主要偏析元素为Ti、Nb和W。铸态合金经热压缩后极易开裂,开裂主要由一次碳化物、共晶相及一次粗大γ′相的不协调变形导致。经1180℃、50 h均匀化热处理后,合金中的元素偏析完全消除。在1180℃均匀化过程中除共晶相回溶外,一次碳化物的数量和形态发生了明显的变化。均匀化后合金中的强化相和一次碳化物发生了综合互协调作用,使合金的热变形能力显著提高。     

固溶处理对1种镍基单晶高温合金组织的影响

采用光镜、扫描电镜对1种镍基单晶高温合金的铸态组织和不同温度固溶处理后的组织进行了观察，研究了不同温度固溶处理对γ′相尺寸、γ／γ′共晶、成分偏析的影响。结果表明：合金枝晶间γ′相的固溶温度高于枝晶干γ′相的固溶温度，随固溶处理温度的升高，γ′相尺寸略有增加，γ／γ′共晶量及成分偏析降低；1290℃，4h，AC固溶处理后合金枝晶干、间γ′相全部固溶，1310℃，4h，AC固溶处理后合金中γ/γ′共晶全部消除，1320℃固溶处理时，合金中出现初溶现象；确定1310℃，4h，AC为合金的固溶处理工艺。     

合金状态对单晶高温合金DD6再结晶的影响

对单晶高温合金DD6进行表面吹砂处理,然后在1100～1250℃加热4h,研究其铸态与标准热处理状态的表面再结晶行为。结果表明:当加热温度为1200℃时,铸态合金出现等轴再结晶晶粒;而加热温度为1150℃时,热处理态合金出现等轴再结晶晶粒,铸态与热处理态合金的再结晶是由胞状再结晶晶粒和等轴再结晶晶粒组成的;随着加热温度的升高,等轴再结晶晶粒逐渐长大,胞状再结晶晶粒逐渐减少,胞状再结晶内部粗大的γ′相由长条状向颗粒状转变。由于铸态合金含有一定数量的粗大γ′相以及γ+γ′共晶组织,在相同的条件下,铸态合金的再结晶倾向小于热处理态合金的。     

热等静压处理对K439B高温合金显微组织的影响

对K439B合金进行了1165 ℃/150 MPa,4 h热等静压处理,采用光学显微镜和扫描电镜对比研究了铸态和热等静压态K439B合金的显微组织。结果表明:铸态K439B合金存在0.25%的显微疏松,热等静压后显微疏松基本消除(0.013%)。与铸态相比,经过热等静压处理后合金中的γ/γ′共晶组织体积分数和尺寸减小,各元素分布更加均匀,凝固偏析系数均更接近1。铸态K439B合金枝晶干处γ′相尺寸和体积分数分别是116.9 nm和17.8%,枝晶间部位γ′相尺寸和体积分数分别为244.4 nm和24.9%。热等静压后合金枝晶干部位的γ′相尺寸及体积分数分别为148.0 nm和17.5%,枝晶间部位γ′相尺寸和体积分数分别为159.1 nm和22.8%。热等静压处理使合金枝晶干、枝晶间部位的γ′相尺寸、体积分数和形貌接近,同时γ′相分布变得均匀。     

影响含Hf定向凝固合金初熔的某些因素

含Hf的镍基高温合金存在Ni_5Hf相,它是影响合金初熔的主要因素之一。当该相的量大于1.0v-%时,在加热示差热分析(DTA)曲线上的1135-1160℃处出现Ni_5Hf相的熔化峰。P.D法定向铸锭上、下端存在明显的Ni_5Hf偏析,因而对初熔的敏感性明显不同。Ni_5Hf相的初熔促进了共晶γ′和M_3B_2的熔化。低碳与无碳含Hf合金的初熔倾向更大,缓冷组织和固溶处理的升温速度对初熔是敏感的。高于3V-%的初熔量将会降低合金的持久强度,其断裂主要沿Ni_5Hf初熔区和共晶γ′之间的界面扩展。采用1150℃8h预处理能消除全部的Ni_5Hf相,有效地控制含Hf合金的初熔。     

FACTORS INFLUENCED INCIPIENT MELTING IN Hf-BEARING DS Ni-BASE SUPERALLOYS

含Hf的镍基高温合金存在Ni_5Hf相,它是影响合金初熔的主要因素之一。当该相的量大于1.0v-％时,在加热示差热分析(DTA)曲线上的1135-1160℃处出现Ni_5Hf相的熔化峰。P.D法定向铸锭上、下端存在明显的Ni_5Hf偏析,因而对初熔的敏感性明显不同。 Ni_5Hf相的初熔促进了共晶γ′和M_3B_2的熔化。低碳与无碳含Hf合金的初熔倾向更大,缓冷组织和固溶处理的升温速度对初熔是敏感的。 高于3V-％的初熔量将会降低合金的持久强度,其断裂主要沿Ni_5Hf初熔区和共晶γ′之间的界面扩展。采用1150℃8h预处理能消除全部的Ni_5Hf相,有效地控制含Hf合金的初熔。     

元素B对DZ417G合金组织性能的影响

为研究合金化元素B对DZ417G合金力学性能及微观组织的影响,制备了不同B含量的合金,并进行力学性能测试和微观组织形貌观察。结果表明:随着B含量增加,DZ417G合金900℃的抗拉强度和屈服强度均有所降低,塑性先降低后升高。980℃、216 MPa条件下,合金的持久寿命随B含量的提高而降低,760℃、725 MPa条件下,随B含量的提高合金的持久寿命变化不大。随合金中B含量的提高,合金中晶界区域析出碳硼化物数量增加,当合金中的B含量达到0.02%时,在共晶相周边可以观察到珠状硼化物共晶组织。经热处理后合金中γ′相由细小γ′相和粗大的γ′相组成。     

第三代新型镍基单晶高温合金再结晶行为研究

对第三代新型镍基单晶高温合金试样表面施加载荷处理,并在1 100~1 330℃保温4 h,研究合金铸态和热处理温度及载荷对再结晶行为影响。结果表明,DD9-X合金在1 100℃和1 200℃处理下加载区域附近并未发生明显的再结晶现象;1 300℃处理加载区域形成了枝晶状的再结晶晶粒;1 330℃处理试样的加载区域形成了等轴状再结晶晶粒,证实了γ′相粒子的溶解是再结晶产生的必要条件。由于铸态合金含有粗大γ′相以及γ+γ′共晶相组织,同等条件下,合金铸态试样的表面再结晶深度和区域面积均小于热处理态。随着载荷大小的增加,DD9-X合金试样的再结晶深度和区域面积都明显增加。     

热处理对Ni基高硼合金组织的影响

研究了一种含硼量为0.11%的高温高强合金的相变,以及热处理对其组织的影响。结果表明,合金的铸态组织主要由γ相、二次γ′相、γ/γ′共晶和硼化物组成。固溶处理时,方块状二次γ′相和硼化物发生固溶,且随着固溶温度的升高,二次γ′相和硼化物尺寸减小;时效过程中,从过饱和的γ相中重新析出细小的三次γ′相,且数量随固溶温度的升高而增加。经过1120℃×4 h,AC+900℃×10 h,AC的固溶时效处理后,合金可以获得细小弥散分布的硼化物、以及二次和三次γ′相综合强化的理想组织,合金在800℃的抗拉强度可达1030 MPa,并兼具良好的塑性。     

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。     

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。     

Er对Al-Mg-Si-Cu合金铸态和均匀化组织的影响

通过DSC差热分析、光学显微镜、扫描电镜和EDS能谱分析研究了不同含量Er(铒)对Al-Mg-Si-Cu合金的铸态、均匀化组织的影响。结果表明:Er可以明显细化Al-Mg-Si-Cu合金的铸态组织。添加w(Er)=0. 4%,合金的晶粒细化效果较好;添加w(Er)0. 4%时,合金的初熔温度和熔化温度没有明显变化;添加w(Er)=0. 6%时,合金的初熔温度和熔化温度分别提高8℃和6℃。均匀化过程中析出了大量十分细小的析出相,均匀分布在晶内。Al-MgSi-Cu合金均匀化组织中晶界残留相主要为Al Cu Si相和Cu Al2相。添加w(Er)=0. 6%后,合金均匀化组织中晶界残留相主要是Er Al3相和Al MnFeSi相。