Ni基单晶高温合金原树枝状晶结构典型区域γ和γ′相成分的测算

导出了高温合金γ和γ′相的元素分配比和分配系数,以CMSX-2合金为研究对象,用EDAX区域扫描测得热处理后未变形试样和经持久变形至断裂试样原树枝状晶三个典型区域（枝晶干、枝晶臂和枝晶间）的成分,使用分配系数法计算了各区域中γ和γ′相的成分,分析了各区成分分布的特点及其与合金持久寿命的对应关系。     

Ni基单晶高温合金CMSX—2树枝晶结构错配度变化的测算

用元素分配比计算了CMSX－2合金树枝状晶各典型区域（枝晶、枝晶臂及枝晶间）γ和γ′的相成分，用Wantanabe公式求得相应区域γ和γ′的点阵常数，由此算得各区域所对应的室温错配度，用Link关于温度与应力综合作用对错配度影响的公式计算了持久变形过程的错配度。解释了该合金在室温无外应力至高温＋外应力作用时错配度符号及大小的变化，枝晶各区域错配度的变化与各区域分的变化和各区、各相中Ta／W比以及显微硬度（HV）的变化有显著对应,支晶各区域成分变化引起的错配度及其速率的变化幅度直接影响试样的持久寿命。     

镍基单晶高温合金γ和γ′相合金元素分布特征

用测算的办法分析了镍基单晶高温合金中γ和γ′相元素的分布特征.枝晶干和枝晶间γ和γ′相的化学成分测算表明,Cr、Mo、Co主要分布在γ相中,Ta、Al主要分布在γ′相,Ta在γ和γ′相中的分配比最大,W的分配比最小,Cr、Mo、W元素的分布特征为01,为正分布.对枝晶干和枝晶间错配度的测算表明,枝晶干和枝晶间的错配度相差较大,枝晶间的γ-γ′错配度大于枝晶干的错配度,这与试样中这两个区域γ′的尺寸大小和形态特点相对应.     

镍基单晶高温合金CMSX—2原始树枝状晶中γ相的定向粗化

在７６０－１０５０℃和７５０－１４０ＭＰａ范围内，选择不同温度和应力的配合对ＣＭＳＸ－２合金进行持久拉伸至断裂，观察了试件原始树枝状晶区域（枝晶干、枝晶屑及枝晶间）中γ相的定向粗化及合金元素的分布特征。结果表明，γ的定相经程度在枝晶干内最大，在枝晶内次之，在枝晶间最小，在所有这些区域中，试验温度较高者的暄向粗化程度较大；各试件在持久试验后，γ形成元素Ｗ，Ｃｒ和Ｃｏ，γ形成元素Ａ１和Ｔａ，在原始支状     

熔体超温处理对镍基单晶高温合金γ＇相的细化作用

采用光学显微镜、扫描电镜等方法研究了熔体超温处理对镍基单晶高温合金γ＇相的影响。结果表明,随熔体超温处理温度由1500℃升高至1640和1780℃时,一次枝晶间距由177μm分别减小至150和125μm;枝间Ti富集程度降低,W的偏析程度减小。枝晶干和枝晶间γ＇相尺寸均减小,枝间γ＇相由不规则转变成立方形,同时枝间与枝干区域γ-γ＇错配度减小。     

CMSX-2合金位错组态与凝固组织的关系

对CMSX 2合金粗枝晶、细枝晶以及超细枝晶单晶持久变形后的位错组态进行了研究。结果表明 :超细枝晶单晶持久变形过程中在γ/γ′相界上形成的位错网络比粗枝晶单晶的均匀 ;γ相内部形成的位错密度减小 ,分布也更加均匀 ,多位错滑移程度降低 ;切过γ′的位错明显减少 ,反映出高温下合金抵抗蠕变变形的能力提高。     

镍基单晶合金枝晶典型区域相成分最优化测算法

建立了用于测算镍基单晶高温合金枝晶典型区域相成分的最优化数学模型.根据电子探针对枝晶典型区域成分的测定结果,运用BFGS拟Newton法及CONSTR约束优化算法,可以计算枝晶各典型区域中γ和γ＇相成分.以镍基单晶合金CMSX-2和CMSX-4为对象,对优化测算结果进行了分析,证实了该方法的可行性.     

固溶温度对一种定向凝固镍基合金中温蠕变性能的影响

通过对一种定向凝固合金进行不同温度的固溶处理、蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了固溶温度对枝晶臂/间区域的成分偏析及持久性能的影响。结果表明:经1230℃固溶及时效处理后,合金在枝晶干/间区域存在明显的成分偏析和组织不均匀性,粗大γ'相存在于枝晶间区域,细小γ'相存在于枝晶干区域,碳化物呈条状分布在枝晶间区域。合金经1260℃固溶及时效处理后,可明显降低合金中元素的偏析程度,并消除了合金在枝晶间区域存在中的粗大γ'相,使高体积分数细小立方γ'相均匀分布在枝晶间和枝晶干区域,并有细小粒状碳化物沿晶界析出,抑制晶界滑移,因此,可大幅度改善合金的中温蠕变性能。合金在中温蠕变期间的变形特征是位错在基体中滑移和剪切γ'相,并在γ'/γ两相界面形成位错网。蠕变后期,由于沿与应力轴呈45!角的晶界承受载荷的最大剪切应力,故裂纹易于在与应力轴呈45!角的倾斜晶界处萌生与扩展。     

C1023镍基高温合金中时效析出σ相

研究了5种成分的C1023镍基高温合金850 ℃时效试样中析出σ相的形态、数量、分布及其对高温持久寿命的影响.对C1023合金铸态试样进行了850 ℃保温500 h的时效热处理及850 ℃、应力325 MPa的高温持久性能测试;对时效试样显微组织和持久试样断口形貌及微区成分进行观察分析,测定了时效试样中σ相的含量.结果表明,C1023合金850 ℃时效析出的σ相有2种典型形态:在枝晶间均匀分布的颗粒以及从枝晶间伸向枝晶干的长针;在850 ℃时效240 h左右出现析出峰,时效400 h之后σ相的生成量相对稳定.存在合金成分-σ相生成量-高温持久寿命之间的良好对应关系.成分中Cr、Mo等元素含量在成分范围的下限,而C与Ti含量在成分范围中限的合金,时效σ相的生成量相对少,σ针相对短粗,对应具有相对最高的持久寿命.     

强磁场下热处理对定向凝固高温合金DZ417G析出相γ'的影响

在不同强度的强磁场下对定向凝固高温合金DZ417G试样进行固溶处理和时效处理,利用扫描电镜(SEM)和显微硬度计观察析出相γ'的微观结构并测定其显微硬度,探讨强磁场对析出相γ'的大小、形态、分布和硬度的影响,并从热力学原理探讨解释析出相γ'的变化。结果显示:12 T强磁场下固溶处理后,析出相γ'尺寸减小,枝晶干和枝晶间区域析出相γ'体积百分数分别增加达5.3%和5.6%,显微硬度分别增加9.4%和15.8%。12 T强磁场下时效处理后,析出相γ'尺寸减小,枝晶干和枝晶间区域析出相γ'体积百分数分别增加达3.9%和4.2%,显微硬度分别增加达6.2%和11%。     

强磁场下热处理对定向凝固高温合金DZ417G析出相γ′的影响

在不同强度的强磁场下对定向凝固高温合金DZ417G试样进行固溶处理和时效处理,利用扫描电镜(SEM)和显微硬度计观察析出相γ′的微观结构并测定其显微硬度,探讨强磁场对析出相γ′的大小、形态、分布和硬度的影响,并从热力学原理探讨解释析出相γ′的变化.结果显示:12 T强磁场下固溶处理后,析出相γ′尺寸减小,枝晶干和枝晶间区域析出相γ′体积百分数分别增加达5.3％和5.6％,显微硬度分别增加9.4％和15.8％.12 T强磁场下时效处理后,析出相γ′尺寸减小,枝晶干和枝晶间区域析出相γ′体积百分数分别增加达3.9％和4.2％,显微硬度分别增加达6.2％和11％.     

热处理对一种新型增材制造镍基高温合金显微组织与拉伸性能的影响

本文研究了不同热处理工艺对一种新型增材制造镍基高温合金ZGH451组织性能的影响。结果表明,沉积态组织主要由外延生长的微细柱晶组成,枝晶间存在γ/γ＇共晶组织,合金中元素偏析造成了枝晶干与枝晶间处γ＇相尺寸差异,分别为100 nm和250 nm。不同热处理工艺合金的组织和性能存在一定差异：随着固溶温度由1180 ℃升高到1350 ℃,合金偏析程度逐渐减弱,直至1350 ℃发现初熔组织;随着一级时效温度由1050 ℃升高到1150 ℃,γ＇相的尺寸逐渐增大,形状由球状等不规则形状转变为立方状。综上,优化出适用于该合金的热处理工艺（HT2）,与沉积态合金相比,完全热处理后合金的晶粒尺寸明显增大,且消除了合金的偏析及γ/γ＇共晶,在1000 ℃拉伸变形过程中γ/γ＇界面形成致密的位错网,抗拉强度和屈服强度分别为520 MPa和269 MPa,延伸率为11%。     

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。     

Ti含量对一种镍基单晶合金组织和持久性能的影响

研究了3种不同含Ti量单晶高温合金的铸态、热处理态组织及持久性能。结果表明：Ti含量对合金的微观组织和持久性能都有明显的影响。随着钛含量的增加，铸态合金枝晶间区域的共晶尺寸和含量明显增大、增多，枝晶间区域的面积也逐渐增大。热处理后，3种合金的枝晶干处的γ′相形态基本一致，都为规则的立方体γ′相，尺寸大约为400nm-500nm。随着钛含量的增加，合金的持久寿命略有降低，延伸率略有增加。     

镍基单晶合金CMSX-2高温蠕变后的显微组织及合金元素分布特征

对单晶合金CMSX－2在1000℃下分别进行了载荷为95，120，165和216MPa的拉伸蠕变实验，在SEM下观察了合金试样枝晶干的枝晶间区域中γ′相的形态，有EDS方法分析了上述枝晶区域中合金元素的分布特点，对枝晶干和枝晶间区域中γ′形成元素Al,Ti,Ta的原子分数与基体固溶元素Cr,Co,W的原子分数的比值（CA1＋CTi CTa)/(Ccr CCo Cw)和同一元素在枝晶与在枝晶干中的原子分数比（Ci/Cc)Ta,Cr,Co,W以及共格错配度的变化对γ′相粗化程度和筏形化形态的影响分别进行了讨论。     

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。     

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...     

激光立体成形K465高温合金的组织研究

采用激光立体成形技术制备了K465镍基高温合金试样,研究了晶粒、γ′强化相及碳化物等组织的特征及演化规律。结果表明:试样中心区域内晶粒粗大,顶部边缘区域晶粒细小;试样内枝晶呈现明显的沿沉积方向外延生长特点,在接近试样底部的部分,熔覆层顶部由于重熔不完全而出现转向枝晶区;熔覆层交界处的γ′相尺寸略大于层内的γ′相,枝晶间的γ′相尺寸略大于枝晶干上的γ′相;MC碳化物呈现多种形貌,底部存在分叉发达的花瓣状MC碳化物,中部有较多短棒状MC碳化物,顶部存在棒状和八面体状的MC碳化物。     

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.     

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.