W和Ta对新型镍基粉末高温合金显微组织的影响

摘要：采用相同的粉末冶金工艺与热处理方法设计3种W和Ta含量不同的合金，利用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、场发射扫描电镜（FE SEM）、X射线衍射仪（XRD）等多种研究手段，研究W和Ta元素对新型镍基粉末高温合金显微组织的影响。结果表明：改变W和Ta含量对合金晶粒组织和MC型碳化物的析出没有明显影响；随着合金中Ta含量的减少和W含量的增加，γ/γ′相错配度逐渐减小；随着合金中Ta含量和γ/γ′相错配度的增加，γ′相含量和尺寸均增加，二次γ′相粗化长大和达到分裂的时间缩短，尺寸分布越来越不均匀。     

Co含量对一种新型高温合金铸态及热处理组织的影响

利用高温度梯度真空定向凝固方法,在保持其他元素不变的情况下,制备3种不同Co含量(质量分数,下同)的新型第四代镍基单晶高温合金,研究了Co含量对合金定向铸造凝固过程、热处理过程中偏析行为及显微组织演化的影响规律.研究结果表明：不同Co含量合金的初熔温度变化不大;随着Co含量的增加,合金的固、液相线温度升高,3种铸态合金中,质量分数为9%的Co合金(以下简称9%Co)的一次枝晶干与二次枝晶干间距最小,(γ+γ′)共晶组织含量最多;9%Co合金铸态组织偏析最为明显,Co含量的变化对Re和W等典型负偏析元素的偏析系数影响较大,而对Al和Ta等典型正偏析元素的偏析系数未见明显影响.合金经固溶处理后共晶回溶、枝晶偏析得以消除,二次时效处理后,随着Co含量的增加,γ′相平均尺寸及立方度的变化趋势均为先增大再略微减小.标准热处理后,Co含量对γ′相体积分数未见明显影响,且9%Co合金具有最佳的γ′相平均尺寸和立方度.     

Mo含量对第四代单晶高温合金 组织及稳定性的影响

为优化第四代单晶高温合金的Mo含量，在真空定向凝固炉中采用选晶法制备1 % Mo和3 % Mo的2种单晶高温合金, 采用JMatPro软件计算了不同Mo含量合金相图，通过扫描电镜和能谱仪研究Mo含量对合金凝固特征，铸态组织，热处理组织和1 100 ℃/1 000 h长期时效组织的影响.结果表明，随着Mo含量增加，固液相线下移，糊状区变宽，γ′相和TCP相含量增加；铸态合金中共晶含量减少，γ相尺寸减小，其均匀化和立方化程度稍有增加；此外，热处理组织中γ′相立方化程度增加，长期时效组织中TCP相析出量增加，合金的组织稳定性下降.      

C含量对一种单晶高温合金组织和持久性能的影响

研究了C含量对一种单晶高温合金组织和持久性能的影响。研究结果表明,随着C含量的增加,合金中γ/γ′共晶组织含量和尺寸减小,碳化物含量增加,其形貌由块状向骨架状和发达骨架状转变,Ta偏析程度降低,Re,W,Mo和Nb偏析程度增加。C含量对热处理后碳化物的形貌几乎无影响。随着C含量的增加,合金在980℃/250 MPa条件下的持久寿命先增加后降低,C质量分数为0.048%时达到最大值。持久过程中,未溶碳化物作为裂纹源缩短了合金的持久寿命。     

Al含量对镍基单晶高温合金组织 和持久性能的影响

采用选晶法在定向凝固炉中制备了5.6 % Al和6.0 % Al的2种单晶高温合金,保持其它合金元素含量相同,热处理后在1 040 ℃长期时效800 h,采用扫描电镜研究了Al含量对合金共晶含量、热处理组织、长期时效组织和持久性能的影响.结果表明,随着Al含量增加,合金铸态组织中的共晶含量稍有增加,热处理组织中枝晶干γ′相无明显变化,枝晶间的γ′相稍有增大.随着Al含量增加,合金时效组织中TCP相析出量增加,枝晶间γ′相筏排化倾向增加,合金的组织稳定性变差.随着Al含量增加,合金的持久寿命增加,延伸率和断面收缩率减小.      

碳含量对脱β层硬质合金组织和性能的影响

本文通过一步烧结法制备了三种不同含碳量的WC-Ti(C,N)-(Ti,W)C-(Ta,Nb)C-Co脱β层硬质合金,通过扫描电镜(SEM),电子探针微区分析仪(EPMA)分析合金的微观组织和成分分布,以及测定维氏硬度HV30,断裂韧性KIC等性能指标,研究碳含量对其微观组织和物理力学性能的影响,研究结果表明:在三个合金的表层均形成了缺Ti,Ta,Nb的立方相,而富Co粘结相的脱β层。微量的C含量变化对合金的组织和性能产生重要的影响,合金的脱β层厚度和WC的平均晶粒度均随着C含量的增加而增大。随着碳含量的增加,维氏硬度HV30降低,断裂韧性KIC增加。     

Nb含量对TiAl合金铸态组织的影响

利用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)等测试方法研究Nb含量对铸造TiAl-xNb(x=1,3,5,7;原子分数,%)合金组织的影响。结果表明:Nb含量为1%时,TiAl-Nb合金铸锭组织主要为单相的γ组织;随Nb含量升高,合金组织主要为α2/γ层片组织;并在层片组织间存在2种偏析,分别是网状β相和γ相,合金的层片晶团平均尺寸逐渐增加,β相的体积分数逐渐升高;当合金中Nb的含量从1%增加到7%,层片晶团平均尺寸由89μm增加至190μm,β相的体积分数从1.9%增至12.9%;随合金中Nb含量增加,β相中Nb含量增加而Cr含量减少,γ相的偏析区域宽度变窄。     

钼、铌对一种镍基变形涡轮盘合金组织结构和力学性能的影响

本工作用金相、电镜、相分析和X光结构分析等方法研究了MO、Nb对一种镍基变形涡轮盘合金组织结构和力学性能的影响。结果表明,合金中γ′相量、尺寸和分布以及碳化物的种类和分布与合金Mo,Nb元素含量密切相关,从而影响合金室温和高温下力学性能。 Nb提高γ-γ′相间错配度,表现为提高合金屈服强度。Mo是促进M_(23)C_6析出的元素、Nb是抑制M_(23)C_6析出的元素。添加Mo、Nb都使γ′相数量增加并在给定的热处理条件下使大小γ′相均匀分布于基体。为合金Mo、Nb最佳成分控制提供了一个依据。     

W元素对Waspaloy合金微观组织和力学性能的影响

采用Thermo-calc热力学软件模拟了Waspaloy合金中最佳W元素添加量,并利用万能试验机、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了在添加W元素后Waspaloy合金力学性能变化以及对γ'相的影响。研究结果表明:添加W元素能提高Waspaloy合金中γ'相的溶解温度和在700℃时的析出量,添加2%(质量分数)的W元素最有利于合金性能的改善,且不会引入新的析出相。W元素在Waspaloy合金中主要分布于基体和γ'相中,分配比例约为1∶1,进入γ'相中的W原子会占据一部分Ti原子位置,并促进Al原子进入γ'相;添加W元素后,合金中粗颗粒γ'相出现几率降低,γ'相颗粒尺寸在45~50 nm范围内分布更为集中;W能降低合金中γ'/γ两相之间的错配度,对γ'相形貌没有明显影响。在Waspaloy合金中添加W元素后,合金的拉伸性能和持久断裂强度都有一定程度的提高。     

热处理对一种Ni3Al基单晶合金组织的影响

利用光学显微镜和扫描电镜对Ni3Al基单晶合金IC21的铸态组织和不同热处理制度后的组织进行了观察,研究了固溶温度和时效温度对合金热处理组织的影响.研究结果表明,IC21单晶合金的铸态组织由γ’相、γ相以及枝晶间的白色块状析出相组成,枝晶干上γ’相尺寸比枝晶间的γ’相尺寸大.IC21单晶合金的初熔温度约为1345℃,热处理窗口约为65℃.枝晶间γ’相的溶解温度低于枝晶干γ’相的溶解温度.固溶温度越高,时效处理后γ’相的尺寸越均匀.一级时效处理温度对γ’相的尺寸、形态和数量有明显影响.随着一级时效温度的增加,γ’相的体积分数和尺寸增加,形状由类球状向立方状再向长条状转变.1320 ℃/10 h/aac+ 1060℃/2 h/ac +870℃/32 h/ac热处理后可使合金获得γ’相尺寸和分布均匀且立方度高的优良组织.     

固溶与时效温度对新型粉末高温合金组织和性能的影响北大核心

采用JMatPro、光学显微镜(OM)、场发射扫描电镜(FEG-SEM)、电子探针(EPMA)和透射电镜(TEM)研究了固溶与时效温度对新型粉末高温合金NPM01显微组织的影响,分析了合金组织和性能的关系。结果表明:NPM01合金经1160~1190℃亚固溶+740~920℃两级时效热处理后,合金中有热等静压过程中未溶解的大尺寸一次γ′相,导致二次γ′相析出数量减少,减弱了γ′相的强化作用;经1190~1220℃过固溶+740~920℃两级时效热处理后,二次γ′相长大至240 nm,沿<100>晶向的棱边中心向内凹陷,出现分裂的现象,三次γ′相粗化至70 nm;经1190~1220℃过固溶+740~890℃两级时效热处理后,二次与三次γ′相体积分数之和达到56%,二次γ′相形态稳定,排列整齐,显著增加了γ′相的强化效果,提高了合金高温强度,750℃/750 MPa条件下持久寿命达到437 h,综合力学性能最佳。     

Re含量对单晶高温合金组织和拉伸性能的影响

为优化一种单晶高温合金中的Re含量,在真空定向凝固炉中制备了3%Re和5%Re的镍基单晶高温合金,热处理后分别在980 ℃长期时效400、800、2 000 h,测试合金热处理后1 100 ℃拉伸性能,采用JMatPro软件计算了合金相图,通过光学显微镜、扫描电镜和能谱仪研究Re含量对合金枝晶组织,热处理组织和980 ℃时效400、800、2 000 h的组织和1 100 ℃拉伸性能的影响。结果表明,随着单晶高温合金中Re含量增加,一次枝晶间距轻微减小,共晶的体积分数升高;γ′相尺寸下降,立方化程度增加;不同Re含量合金时效800 h后无TCP相析出,时效2 000 h后有TCP相析出,随着Re含量增加,TCP相析出量增加。合金组织稳定性随着Re含量增加而降低。随着Re含量增加,合金的高温拉伸性能显著提高。      

试样尺寸对一种单晶高温合金组织的影响

 通过制备两种不同尺寸单晶试样的凝固试验,研究了试样尺寸对DD3单晶高温合金组织的影响。结果表明,在相同的凝固工艺条件下,试样尺寸增大,合金的一次枝晶间距和二次枝晶间距变大,合金元素的偏析程度稍有增加,枝晶干和枝晶间的铸态γ′相尺寸稍有增大,显微疏松无明显改变,共晶的尺寸和含量增加;经相同的热处理工艺处理后,试样尺寸增大,合金枝晶干和枝晶间的γ′相尺寸稍有增大。     

铌对新型Ni-Cr-Fe镍基合金力学性能的影响

新型Ni-Cr-Fe镍基合金(%:0.036～0.044C、16.71～17.10Cr、63.04～63.95 Ni、8.98～10.76Fe、2.50～2.88Mo、2.01～4.97Nb、0.06V、0.74～0.82Al、2.00～2.06 Ti)由25 kg真空感应炉熔炼,锻成Φ15 mm和14mm×14 mm棒材。采用扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),化学相分析和拉力试验研究了铌含量对65Ni18Cr-10Fe合金组织和性能的影响。结果发现,随着合金中铌含量的增加,γ′、γ″、η相的析出数量增多,尺寸增大,形态由断续的颗粒、短棒状改变为长片层状;导致合金的室温强度随之升高,而塑性随之下降。     

Ta及Ta-W合金真空渗碳工艺研究

对Ta及Ta-W合金进行渗碳处理,在表面获得一定厚度的渗碳层,可以有效的提高其使用性能。对Ta及Ta-W合金进行真空渗碳处理,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和金相显微镜(OM)研究了不同渗碳时间和渗碳温度对样品渗碳结果的影响规律,分析了合金元素W对Ta-W合金渗碳结果的影响。结果表明:在1300℃下渗碳5 h,纯Ta渗碳层表面物相为Ta,Ta C及Ta2C三相共存;随着渗碳时间的延长,渗碳层中Ta及Ta2C含量逐渐减少,渗碳10 h时,Ta及Ta2C相消失并全部生成Ta C相。在本文的渗碳条件下,W不与C原子发生反应生成碳化物,而是仍以溶质原子的形式固溶于晶体内部。在1300～1500℃范围内,随渗碳温度升高,渗碳层厚度增加;随着渗碳时间的延长,渗碳层厚度增加;提高渗碳温度有利于Ta C相的形成; 1500℃下渗碳10 h,钽的渗碳层厚度可达35～40μm。在1500℃下渗碳5 h,Ta渗碳层厚度约20μm,Ta-2. 5%W为10～12μm,Ta-7. 5%W渗碳层厚度仅为7～8μm,表明随着钽钨合金中W含量的增加,渗碳速率降低,相同时间内获得的渗碳层厚度越薄。     

铼对单晶高温合金γ、γ′相的影响

 以DD6合金为基础，适当调整铼含量，浇注出4种不同铼含量的单晶合金。通过对标准热处理后合金试样扫描电镜和透射电镜的观察、测量和分析，研究了铼含量对热处理合金γ、γ′相尺寸、分布、体积分数以及合金元素在两相间的分配行为的影响。结果表明，铼对上述各因素的影响显著。     

Co-Al-W三元合金热处理组织

研究不同Al和W含量对四种Co-Al-W三元合金的初熔温度、热处理组织和硬度的影响.结果表明:四种Co-Al-W三元合金的固、液相点温度均超过镍基单晶高温合金液相点温度;在1300℃/8h固溶处理后,三种合金均仅得到γ(fcc)单相组织,而高W合金在晶界和晶内均有μ相Co₇W₆析出;在800℃/100h和900℃/50h时效处理后,四种合金在基体γ相中均析出Ll₂型γ'相Co₃(Al,W),其γ+γ'两相组织形貌与镍基高温合金相似;高W(12%)和高Al(12%)合金分别促进了μ相Co₇W₆和富Al相析出.综合以上结果并结合时效合金的硬度结果,初步确定了含γ+γ'两相组织的合金成分范围.     

Ti对镍基高温合金时效组织中γ′的影响

本文通过马弗炉将热处理后的样品进行不同时间的长期时效处理,利用扫描电镜观察长期时效样品中的γ′形貌。结果表明,三种合金热处理后的组织均由γ相,γ′相,MC和M23C6型碳化物组成。三种合金经800℃/500 h后,γ′相仍呈立方态,900℃/500 h后,γ′相边缘开始圆化,并且随着时间的延长,圆化得越严重。时效过程中的γ′相长大遵循了LSW规律,时效时间和温度的增加都会促进γ′相长大,温度的增加更有利于γ′相长大。     

气压烧结无粘结相超细硬质合金WC-0.27VC-0.53Cr3C2的配碳研究

无粘结相WC基硬质合金具有WC-Co合金无可比拟的优异的耐磨性和抗腐蚀性,目前是硬质合金重要的研究领域之一.研究了纳米配碳对高能球磨WC-0.27VC-0.53Cr3C2纳米复合粉气压烧结制品的致密化及相结构的影响,初步探讨了合金的硬度、断裂韧度等性能.研究结果表明:球磨时间达到15h时,粉末BET粒度和晶粒尺寸分别为77nm、20nm,粉末碳含量下降约0.2％(质量分数,下同),氧含量增加约0.5％(质量分数,下同).随配碳量的增加,合金的致密度先增高后减低;配碳量为0.6％时,合金的相对密度最高,约为99.5％;配碳量＜0.6％时,合金中产生了W2C相,但W2C含量随配碳量增加而逐渐减少.本研究中粉末适宜配碳量为0.6％,此时合金的晶粒度为204.5nm,硬度(HV0.5)和断裂韧度分别为29.6GPa和7.07MPa·m1/2.     

Ta含量对FGH4098粉末高温合金力学性能的影响北大核心

研究了不同Ta含量FGH4098合金的冲击韧性(室温),拉伸性能(室温、650℃、750℃)和持久性能(650℃、750℃),以及650℃疲劳裂纹扩展速率,并结合不同Ta含量合金的冲击、拉伸、持久断口和650℃/3 000 h、750℃/3 000 h两种时效处理制度后的显微组织,分析了Ta含量对合金力学性能的影响。结果表明:合金中Ta含量过高会显著降低合金的冲击韧性,Ta含量在1.2%～3.6%(质量分数,下同)间的合金冲击韧性维持在较高水平;随着Ta含量的增加,FGH4098合金室温和高温抗拉强度逐渐增加,Ta含量为1.2%～3.6%的合金,其室温和高温拉伸塑性较好;随着Ta含量的增加,合金650℃持久寿命显著增加,但在750℃下,过量的Ta会促进TCP相的析出,严重影响合金的高温持久性能,Ta含量在2.4%～3.6%时,合金的持久性能最优。随着Ta含量的增加,合金650℃疲劳裂纹扩展速率逐渐降低。综上,Ta含量在2.4%～3.6%间的FGH4098合金的综合力学性能最优。