Mo对镍基单晶高温合金组织及持久性能的影响

通过在不含Mo的基础合金USTB-F7中添加1.5%(质量分数)Mo,形成合金USTB-F9,研究Mo对镍基单晶高温合金组织稳定性和持久寿命的影响。1 100℃时效与热处理组织的研究分析表明: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;经长期热处理2 000 h后,其形貌保持稳定,仅发生粗化而未产生筏排现象。Mo的添加使γ相中Re、Mo和Cr等元素含量增加,提高了合金USTB-F9的γ/γ′点阵错配度和γ′相的立方度,从而加速长期热处理过程中的筏排化进程,仅200 h就发生明显的筏排现象。同时,Mo强烈促进富含Re、Mo、W和Cr等元素的P相和σ相的析出,使析出时间由合金USTB-F7的700 h提前到合金USTB-F9的100 h。在1 100℃和140 MPa下的持久性能测试表明,尽管Mo的添加提高了γ′相的体积分数和错配度,并促进筏排组织的形成,有利于合金持久性能的提高;但由于Mo促进TCP相的大量析出,从而使合金的持久寿命降低。     

Ru和Cr对镍基单晶高温合金γ/γ′热处理组织演变的影响

通过对6种不同Ru(0—5.1%,质量分数,下同)和Cr(0—5.7%)含量的镍基单晶高温合金1100℃的时效和热处理组织观察与γ/γ′两相的成分分析,研究了Ru和Cr的独立和交互作用对合金元素成分分配比及热处理组织演变的影响.经1100℃/8 h时效后,在枝晶干处,不含Ru和Cr的基础合金γ′相接近球形,Re在该合金γ/γ′两相中的成分分配比较低,错配度接近于0.在基础合金中加入高Ru后,γ′相立方度和Re的成分分配比略有增大,错配度变负;在不含Ru合金与含Ru合金中,随着Cr含量的增大,γ′相的立方度和Re的成分分配比均显著增大,错配度明显变负.1100℃非加载下的长期热处理研究表明:γ′相接近球形且错配度接近于0的合金γ′相形貌稳定,在2000 h内只出现了粗化,没有发生筏排化现象;γ′相呈中间态并且错配度较小的合金γ′相粗化趋势较为明显;γ′相接近立方体形且错配度中等的合金在热处理800 h后形成近似筏排组织;同时加入Ru和Cr,随着Re的成分分配比和错配度的增大,γ′相为立方体形或长方体形的合金筏排化时间提前;其中高Ru中Cr合金热处理200 h就出现筏排化趋势,而错配度最高的高Ru高Cr合金热处理...     

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。     

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。     

一种试验第3代单晶高温合金1100℃长期时效组织演化（英文）

通过1100℃长期时效100~800 h,研究了一种试验第3代单晶高温合金组织演化规律。结果表明:随着时效时间的增加,枝晶干γ′相逐渐变得粗大和不规则;而枝晶间γ′相形貌则随着时效时间的延长呈规则立方、合并长大、筏排化规律演化。枝晶干与枝晶间这种不同的γ′相演化规律主要由合金元素的偏析造成。时效300 h后,枝晶干析出了少量的针状TCP相,随着时效时间增加,枝晶干处TCP相析出量增加;枝晶间直到800 h仍未发现TCP相析出;TEM和EDX分析表明析出相为σ相,富含Re、W元素。     

一种Ni_3Al基单晶高温合金的显微组织及其持久高塑性变形行为

采用显微组织观察和JMat Pro相平衡计算和热力学模拟软件等手段研究了一种实验Ni_3Al基单晶高温合金的显微组织和1100℃/90 MPa条件下的持久高塑性变形行为,并分析了持久高塑性变形机制。实验Ni_3Al基单晶合金为γ/γ'两相组织,热处理后合金枝晶干部位γ'相的体积分数为86.0%,其形貌呈接近立方体形。JMat Pro软件在平衡相析出、γ/γ'相点阵常数和γ/γ'点阵错配度方面的计算结果与实验结果吻合的较好。合金1100℃/90 MPa的平均伸长率为148.5%,平均断面收缩率为72.3%。合金在持久变形过程中形成平行于应力轴方向的P型近似筏排组织使位错易于滑移传递从而在高温持久条件下表现出高塑性变形行为。     

含Ru镍基单晶高温合金显微组织和持久性能研究

采用扫描电子显微镜、电子探针和持久性能测试等手段,研究了一种含Ru镍基单晶高温合金的显微组织、偏析行为和持久性能。结果表明,铸态下,Re、W和Ta、Al分别强烈偏析于枝晶干和枝晶间,而Ru及其他元素分布趋于均匀。标准热处理后,合金枝晶干处的γ′相均呈立方状,体积分数和尺寸为63%和0.48μm。合金在980℃/250 MPa、1 100℃/140 MPa和1 120℃/135 MPa条件下的持久寿命分别是364 h、125 h、78 h。长期热处理后,γ′相发生长大粗化,至500 h,发生筏排,但未析出TCP相,表明合金具有较好的组织稳定性;至300 h,合金在1 120℃/135 MPa条件下的持久寿命降至56 h。     

Ru对镍基单晶高温合金高温持久性能的影响(英文)

在真空定向炉中浇注了具有[001]方向的不含Ru和含Ru两个单晶高温合金,其它合金元素的含量基本相同,研究Ru对单晶高温合金在(980℃,250 MPa),(1100℃,140 MPa)和(1120℃,140 MPa)条件下持久性能的影响。结果表明,加入Ru能提高单晶高温合金的高温持久性能,提高作用随着温度的升高而降低。在断裂后的两种合金试样中都观察到γ′相定向粗化和筏排化,并且在(1100℃,140 MPa)和(1120℃,140 MPa)条件试样中有针状的TCP相析出,而在(980 ℃,250 MPa)条件试样中无TCP相析出。加入Ru减少了TCP相的析出数量。最后,讨论了加入Ru带来的合金组织变化进而提高合金持久性能的原因。     

980 ℃长期时效对DD15单晶高温合金组织稳定性的影响

采用选晶法在真空高梯度定向凝固炉中制备第四代单晶高温合金DD15试棒,热处理后在980 ℃分别时效400、800、1200、1600、2000 h,研究不同时效时间的合金组织。结果表明:合金的热处理组织由立方化较好γ′相和基体γ相组成。随着980 ℃时效时间增加,γ′相合并长大仍保持立方形状,基体通道的宽度增加;时效1600 h时,未有TCP相析出;时效2000 h时,析出极少量TCP相,合金具有良好的组织稳定性;合金中较多的Re、W、Ta、Mo、Nb等高熔点元素能够抑制γ′相长大,Ru元素能够抑制TCP相的析出,合金具有良好的组织稳定性。     

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。     

Microstructure and stress-rupture property of an experimental single crystal Ni-base superalloy with different heat treatments

The influence of heat treatment on the microstructure and stress-rupture property at 1,100 °C/140 MPa was investigated in a 5.0 wt% Re containing experimental single crystal Ni-base superalloy. The results indicate that the γmorphology is nearly cuboidal in the dendrite core after conventional heat treatment. The lattice misfit of alloy becomes more negative after modified heat treatment and results in more cuboidal γ precipitates than that after conventional heat treatment. The increased stress-rupture life after modified heat treatment is attributed to higher γ volume fraction, more negative lattice misfit, well-rafted structure, and narrower c channel width.     

Role of Ru on the Microstructural Evolution During Long-Term Aging of Ni-Based Single Crystal Superalloys

Two experimental alloys containing different contents of Ru were investigated to study the effect of Ru on the microstructural evolution during long-term thermal exposure. The increase in Ru promoted the formation of cubical, tiny, and even γ′ phase after full heat treatment. Moreover, the samples after full heat treatment were exposed at 1100 °C for different time. Based on the classical model by Lifshitz, Slyozov, and Wagner, the coarsening of γ′ phase of the alloy containing 2.5 and 3.5 wt.% Ru during the long-term aging was controlled by the interface reaction and diffusion, respectively. The γ/γ′ lattice misfit was more negative with the increment of Ru addition, which induced the formation of stable rafted γ′ phase in the alloy containing 3.5 wt.% Ru at the initiation of long-term aging. Besides, the increase in Ru reduced the diffusion coefficient, which could restrain the γ′ phase coarsening. The lower γ/γ′ lattice misfit of the alloy containing 2.5 wt.% Ru promoted the interface reaction, which induced the rapid coarsening of γ′ phase. Therefore, the increase in Ru improved the microstructural stability of the alloys. On the other hand, the raise of Ru induced “reverse partitioning” behavior, which was effective in suppressing the emergence of the topologically close-packed phase (TCP phase). The TCP phase occasionally occurred in the alloy containing 2.5 wt.% Ru, which was attributed to the high temperature and the supersaturation of the γ matrix. Moreover, the TCP phase was determined as μ phase, which had a high concentration of Co, Re, Mo, and W. A sketch map describing the evolution of the TCP phase was also constructed.     

Re及温度对单晶镍基合金晶格常数及错配度的影响

通过对不同状态及不同Re含量单晶镍基合金进行高、低温X射线衍射谱线测定及组织形貌观察,研究Re含量及温度对单晶镍基合金中γ、γ′两相晶格常数及错配度的影响。结果表明:铸态合金中γ、γ′两相有较大的晶格常数及错配度;经完全热处理后,立方γ′相以共格方式嵌镶在γ基体中,合金中两相的晶格常数及错配度略有减小;长期时效使γ′相粗化后,两相之间出现界面位错,使合金中两相的晶格常数及错配度绝对值增加。随Re含量增加,合金中γ、γ′两相在室温的晶格常数增大,错配度的绝对值减小。与γ′相相比,γ基体相有较大的膨胀系数,因此,随温度提高,合金中两相晶格错配度的绝对值增大。     

Microstructural Instability of an Experimental Nickel-Based Single-Crystal Superalloy

Microstructural instability with the precipitation of topologically close-packed (TCP) phases of an experimental nickel-based single-crystal superalloy has been investigated. A significant amount of σ phases are distinguished in the interdendritic region of the as-cast samples after thermal exposure at 900 °C for 1000 h. The σ phases are preferentially precipitated at the periphery of coarse γ/γ′ eutectic, and their morphological evolution from needles to granules is observed. Microstructural analysis suggests that the local segregation of Cr and Ti at the periphery of coarse γ/γ′ eutectic accounts for the formation of σ phases in the as-cast samples. After heat treatment with low solution temperature and short holding time, the dendritic segregation of alloying elements (i.e., W, Re, Ti and Ta) and the volume fraction of γ′ phase in the interdendritic region are similar to that of the as-cast samples. However, no TCP phases are present in the interdendritic region of the heat-treated samples after thermal exposure, which is primarily ascribed to the elimination of local segregation of Cr and Ti near the coarse γ/γ′ eutectic. Moreover, small quantities of μ phases are precipitated in the secondary dendrite arm near the interdendritic region after thermal exposure, due to the increased volume fraction of γ′ phase and the concomitant enrichment of W and Re in the γ matrix.     

高温合金IN792组织与持久性能稳定性研究

研究了700和900℃时效高温合金IN792组织的演变规律和持久寿命的变化情况。700℃时,随着时效时间延长,γ′和碳化物的形貌、尺寸与分布没有发生变化;持久寿命保持稳定。900℃时,时间延长,γ′发生粗化,并形成条状;且在1007h之后,条状γ′的形态基本不变;但时效到2014h时析出少量的针状TCP相;与热处理状态相比(61h),时效500h时持久寿命下降到30h,降低50%左右;时效到1007h之后,直至2014h,持久寿命不再随时间延长而变化。     

热过程对IC21单晶合金组织和力学性能的影响

利用光学显微镜和扫描电镜对IC21单晶合金的铸态、热处理后和不同热过程后的组织进行了观察,检测了铸态、热处理态和不同热过程后合金的高温拉伸和持久性能,研究了热处理和热过程对IC21合金组织演变和力学性能的影响。结果表明,IC21合金的铸态组织呈树枝晶状,由γ′相、γ相以及枝晶间的粗大γ′相和NiMo相组成,枝晶干上γ′相尺寸比枝晶间的γ′相尺寸大。1315 ℃/6 h/充氩冷却+两次时效热处理后合金未实现完全固溶,枝晶干上部分铸态γ′相在固溶时未完全溶解,枝晶间仍存在粗大γ′相,持久性能与铸态相比有明显提升。热过程后,γ′相明显长大,立方度略有降低,枝晶间和枝晶干的γ′相尺寸差距减小,并且有针状相析出。合金的持久寿命与热处理态相比,稍有降低,抗拉强度有所提高。     

Ru的添加对镍基单晶高温合金组织的影响

研究了添加Ru对镍基单晶高温合金铸态、热处理及长期时效组织的影响。结果表明：添加Ru导致合金的共晶含量、一次枝晶间距降低,固溶热处理困难。添加Ru后合金的层错能显著降低,?基体中出现的扩展位错会阻碍后续位错的运动,有助于提高合金力学性能。1100℃长期时效时,添Ru加对筏化过程影响不显著,未改变TCP相的主要析出类型,但显著抑制了TCP相的析出;随时效时间的延长（如超过500 h）,添加Ru对TCP相的抑制作用减弱。     

Influence of withdrawal rate on the microstructure of Ni-base single-crystal superalloys containing Re and Ru

The influence of elevated withdrawal rate on the microstructure and segregation behavior of Ni-base single-crystal superalloys containing Re and Ru is investigated. The experimental superalloys are processed under a high thermal gradient of approximately 250 K/cm and withdrawal rates between 10 and 500 μm/s. With increasing withdrawal rate, the dendritic structures and γ′ precipitates in as-cast microstructures are apparently refined. Electron-probe microanalyzer (EPMA) results indicate that the degree of segregation for the constituent elements (e.g. Al, Ta, W, Re etc.) increases initially and then decreases with increasing withdrawal rate. In addition, the Re and Ru additions obviously increase the amounts of γ-γ′ eutectic and the tendency of segregation for Al and Ta.