借助差热分析研究镍基高温合金/陶瓷型壳界面反应

借助差热分析研究镍基高温合金/陶瓷型壳的界面反应,分别从热力学和动力学的角度分析出镍基高温合金叶片在生产过程中陶瓷型壳所需的最佳面层涂料是CoAl2O4.     

Hf对一种高温合金与陶瓷材料润湿性及界面反应的影响

研究了Hf对一种高温合金与陶瓷材料润湿性及界面反应的影响.测量了合金熔体与陶瓷材料的平衡润湿角,通过SEM,EPMA和XPS研究了合金与陶瓷材料的界面组织形貌、反应区元素分布及界面反应产物,分析了Hf对合金熔体与陶瓷材料润湿性及界面反应的影响,阐述了润湿性与界面反应的关系.结果表明,高温合金中Hf元素的含量会影响合金熔体与陶瓷材料的润湿性.对于本工作的合金,当Hf含量从0.1%逐渐增大至2.0%时,润湿角由132°逐渐减小至112°,润湿性显著增强;当Hf含量达到1.5%时,合金熔体与陶瓷材料发生界面反应,界面反应使润湿角明显减小,反应产物为HfO2.界面反应热力学分析结果表明,Hf和SiO2满足发生置换反应所需的热力学条件.     

一种镍基定向凝固高温合金与陶瓷铸模的界面反应研究

采用扫描电子显微镜和能谱等分析手段研究了某镍基定向凝固高温合金与SiO_2基陶瓷型壳以及Al_2O_3基陶瓷型芯的界面反应。实验结果表明,该镍基定向凝固合金与SiO_2基陶瓷型壳会发生较严重的界面反应,在合金与SiO_2基型壳之间有一层约3~5μm厚的白色HfO_2层和一层稀薄的Al_2O_3层,反应产物的富集可以抑制界面反应的进一步进行;而与Al_2O_3基型芯几乎不发生界面反应,只有微量的HfO_2在界面处零星分布。同时,这一结果符合了界面反应的热力学关系。虽然Al_2O_3基型芯能有效减少界面反应,但Al_2O_3基型芯存在较多的空隙,合金熔液在凝固时渗入其中增加了合金表面的粗糙度,提高Al_2O_3基铸型的致密度有利于提高合金铸件表面品质。     

一种镍基单晶高温合金与SiO_2基陶瓷型芯的界面反应研究

采用扫描电子显微镜和能谱等分析手段,研究了某二代镍基单晶高温合金与SiO_2基陶瓷型芯的界面反应。结果表明,该镍基单晶合金与SiO_2基型芯会发生较严重的界面反应,且在浇道口与非浇道口两处生成的界面层不同。其中,在浇道口处的界面反应层由约22μm厚疏松的Al_2O_3层和少量不连续的HfO_2组成,而非浇道口处的界面反应层主要为一约15μm厚连续致密的HfO_2层。优先生成的HfO_2富集在合金表面可以有效阻碍合金中Al元素与SiO_2基型芯间的界面反应。同时,这一结果也符合界面反应的热力学关系。     

K465镍基高温合金电子束钎焊润湿性及界面产物

采用两种钎料对镍基高温合金进行了真空电子束钎焊润湿性试验,探讨了真空电子束钎焊主要工艺参数对钎料铺展润湿性的影响,指出电子束钎焊时束流是钎料润湿铺展的最大影响因素,并给出了钎料润湿性评定及选取.在确定优选钎料的基础上,进行了电子束钎焊搭接连接,并借助扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射分析(XRD)等方法研究了界面结构,确定了界面反应产物及其形态分布.结果表明,在界面反应层中生成五种产物:大量的镍基γ固溶体和(γ' γ)共晶相,大量的富含W元素的Ni3B和CrB相,以及少量的NbC相;化合物相以细小的块状弥散分布在镍基固溶体中.     

高铌TiAl合金与陶瓷型壳的界面反应

研究了高铌TiAl合金Ti-44Al-8Nb-0.2W-0.1B-0.1Y(at%)分别与Al2O3/ZrO2/Y2O3坩埚的界面反应。测得界面反应层的厚度分别为40,170和20μm。研究中最大的发现在于Ti-44Al-8Nb-0.2W-0.1B-0.1Y(at%)合金在3种坩埚中凝固后显微组织的转变。经测定该合金在3种坩埚中凝固获得的试样中氧含量分别为0.35,0.41和0.11(at%)。由于在合金熔化和凝固过程中,坩埚中的氧元素扩散进入合金基体,较高的氧含量导致合金显微组织发生转变,在与Al2O3和ZrO2坩埚反应的合金中发生了包晶反应。作为对比,选取一种低铌含量的TiAl合金Ti-49.5Al-2Cr-2Nb。经测定在3种坩埚中反应的氧含量分别为0.40,0.63和0.25(at%),但是组织却没有明显的差异。     

镍基高温合金/陶瓷型壳内表面白色物质的分析

采用复合法制备型壳，在制备过程中，改变不同的环境湿度和温度而得到型壳的不同干燥时间曲线，确定工艺参数优化值。借助扫描电镜观察到细化的叶片表面的钴微粒形核核心，通过能谱分析手段，研究型壳内表层的白色物质的相组成。     

镍基高温合金K417G与氧化物耐火材料的界面反应

研究了1600℃温度下Al₂O₃、CaO、MgO、Y₂O₃稳定ZrO₂、CaO稳定ZrO₂和Y₂O₃共6种材料坩埚与镍基高温合金K417G熔体的界面反应。结果表明：熔体对Al₂O₃坩埚以物理侵蚀为主,但坩埚易剥落导致合金中含有Al₂O₃夹杂物;CaO坩埚与合金界面处生成了液相Ca₃Al₂O₆,促进熔体与CaO之间的润湿性,导致界面处粘连严重;MgO坩埚与熔体中Al反应生成Mg Al₂O₄并进入合金生成夹杂物;Y₂O₃稳定ZrO₂坩埚与合金界面处生成Al₂O₃反应层,但是Al₂O_3...     

DZ22B高温合金与Al_2O_3陶瓷型壳的界面反应

采用真空感应熔炼与惰性气体保护相结合,研究了不同熔炼温度及接触时间条件下DZ22B高温合金与Al_2O_3陶瓷型壳的界面反应发生及形成规律,探讨了界面反应对铸件表面粘砂缺陷的影响。结果表明,高温合金中Hf元素活性大,易与Al_2O_3发生界面反应,合金表面形成HfO_2。当接触15min后,界面反应随熔炼温度的提高而增强,在1 400℃时未出现界面反应,1 500℃时发生微弱界面反应,1 600℃时界面反应加剧,并出现粘砂现象。由于型壳面层中物理渗透层的形成以及应力集中的出现,界面反应的存在导致面层材料发生脱落,其中在接触30 min,浇注温度为1 600℃时粘砂最为严重,合金表面形成厚1mm的面层粘砂产物。     

热处理对一种镍基单晶高温合金组织及性能的影响

研究了热处理工艺对一种镍基单晶合金微观组织及持久性能的影响,并测定了合金微区成分偏析系数.结果表明,经1 260℃/2 h A.C 1 300℃/4 h A.C 1 100℃/4 h A.C 870℃/16 h A.C的热处理明显改善了单晶合金元素的枝晶偏析,合金中γ强化相的尺寸适当、分布均匀,合金获得理想的综合性能.     

型壳保温方式对一种等轴晶镍基铸造高温合金组织和力学性能的影响

通过设计型壳保温方式改变合金凝固冷却速率,分析了凝固冷却速率对一种等轴晶镍基铸造高温合金K4750显微组织和室温拉伸性能的影响。设计的四种型壳保温方式包括填砂、试棒不包保温毡、包单层保温毡和包双层保温毡,型壳试棒处的凝固冷却速率大小顺序为：试棒不包保温毡≥填砂＞＞包单层保温毡≥包双层保温毡。标准热处理后,型壳填砂的试棒室温抗拉强度最高(1115MPa),试棒不包保温毡次之(1095MPa),包单层保温毡与包双层保温毡最差(分别为950MPa和952.5MPa)。室温屈服强度、延伸率和断面收缩率变化规律与室温抗拉强度相同。采用OM、SEM以及EBSD等方法表征合金显微组织,发现型壳填砂、试棒不包保温毡、包单层保温毡和包双层保温毡的试棒晶粒均为等轴晶,平均晶粒尺寸分别为176μm、167μm、325μm、315μm。填砂和试棒不包保温毡合金凝固冷速较快,形成的细小等轴晶在应力条件下易于协调变形,凝固过程形成的MC型一次碳化物更细小且主要呈块状,有利于抑制变形时微孔洞、裂纹的扩展,显著提高了合金室温拉伸性能。相反,型壳包单层和双层保温毡的合金凝固冷速较慢,形成的大尺寸等轴晶不利于晶粒间的协调变形,析出的大尺寸长条状MC型一次碳化物促进孔洞、微裂纹的萌生与扩展,使合金室温强度和塑性均显著下降。     

热处理对一种镍基单晶高温合金高温蠕变性能的影响

对[001]取向的一种镍基单晶高温合金进行了1050℃,160MPa的拉伸蠕变试验.结合合金性能数据和变形形貌、位错组态的观察,分析了不同热处理制度对合金在高温低应力条件下蠕变性能的影响.结果表明,尺寸为0.4μm左右、规则排列的立方γ,具有较好的高温蠕变性能,而较小的γ,和较大的γ,均不利于合金在高温下的蠕变性能;二次时效处理对提高合金高温蠕变强度的作用不大;筏形组织的完善程度影响合金高温下的蠕变性能;二次y,相不利于提高合金高温蠕变性能.     

镁对一种镍基高温合金蠕变性能的影响

镍基高温合金中添加适量Mg使γ′相得到强化,从而降低稳态蠕变速率。部分Mg富集于晶界,提高晶界断裂能,延缓裂纹的产生和发展,延长了蠕变第二、第三阶段的寿命。适量添加Mg使晶界和晶内变形协调良好,提高蠕变塑性,并且使蠕变断裂从楔形裂纹为主的机制转变为空洞裂纹为主的机制。     

Si对一种镍基变形高温合金脆性转变的影响

Ni-15Cr-6W-3Mo-2Al-2Ti变形高温合金的室温抗张强度、塑性和冲击性能,随着合金中Si含量的变化呈现马鞍型的变化,即在0.4—0.6%Si范围内出现一个低塑性、低拉伸强度和低冲击韧性区。造成这种现象的本质原因是由于Si含量变化改变了晶界碳化物沉淀析出顺序、析出类型、析出量和析出形态。该合金晶界碳化物析出可分为四个阶段:第一阶段,<0.1%Si时,只有单一的M_(23)C_6析出;第二阶段,>0.1%Si以后,除M_(23)C_6外,M_6C开始析出,一直到0.4%Si时增加2缓慢;第三阶段,0.4—0.6%Si时,M_6C大量析出逐渐取代M_(23)C_6;第四阶段,>0.6%Si以后,M_6C量占绝对优势,但增加幅度比第三阶段小得多。从晶界形态来看,第一、二、四阶段皆属不连续的链状形式,只有第三阶段晶界呈现连续膜状。因此,造成性能下降的原因不是因为析出M_6C,而是它的形态,当它以颗粒状分布在晶界上时是一个很好的强化相。第三阶段的不正常析出是性能下降的本质因素。本研究结果打破了只要镍基合金中MO+1/2>W>6%(重量百分比)就形成M_6C的经验判据,“Si”才是该合金碳化物沉淀析出过程的控制因素。本文还对比了冶炼工艺差别对碳化物析出过程的影响。     

直流电场对一种镍基单晶高温合金力学性能的影响

采用电场凝固技术在自制电场定向凝固装置上进行电场单晶生长，研究了直流电场对一种镍基单晶高温合金室温拉伸性能和高温持久性能的影响．结果表明，随着电流密度增大，合金的室温屈服强度明显提高，但抗拉强度无明显改善，且塑性降低；在980℃和221MPa条件下，高温持久时间显著延长，持久塑性得到改善．利用扫描电镜和电子探针对该合金的凝固组织、合金成分分布和断口形貌进行了分析．结果表明，直流电场引起枝晶间距及γ′相尺寸减小、成分偏析减轻，共晶和亚晶界减少．直流电场作用导致的γ′相尺寸减小及成分偏析减轻导致的γ／γ′错配度变化，对合金的屈服强度和高温持久性能的提高有贡献．     

电场及脉冲电流处理对一种镍基高温合金晶间腐蚀行为的影响

对一种镍基高温合金进行电场和脉冲电流处理,研究了电效应对合金组织及腐蚀行为的影响.结果表明,在保证力学性能基本不变的前提下,合金的抗晶间腐蚀能力均得到改善.电场作用下,合金中退火孪晶比例增加,使得大量原始大角度晶界被低能晶界取代,连续分布的原始大角度晶界被分割,降低了晶界Cr、Mo等合金元素的贫化程度,从而导致沿晶腐蚀沟的形成与生长被抑制.而脉冲电流对抗腐蚀性能的贡献,主要是由于电效应能够促进合金元素的扩散(尤其是界面扩散速度),使M23C6型碳化物在晶界处呈不连续析出,从而大幅度降低了大角度晶界处合金元素的贫化现象.因此,在保证力学性能不变的前提下,合金的抗晶间腐蚀能力得到大幅度提高.     

一种陶瓷型壳高温性能研究

采用EC95粉涂料、硅溶胶粘结剂,利用淋砂机涂挂刚玉砂制备了单晶叶片陶瓷型壳,并进行浇注试验.使用强度分析仪、扫描电镜以及X射线衍射仪对陶瓷型壳的高温抗弯强度、高温蠕变特性、型壳高温下的相转变进行了研究.结果表明:随着温度的升高,型壳高温抗弯强度在1 300℃时最低,在1 400℃时最高;浇注试验表明,在1 550℃下,型壳高温抗弯强度大于6.2 MPa才能满足浇注要求.     

C对镍基单晶高温合金DD90组织的影响

研究了不同含量C对镍基单晶高温合金DD90凝固组织的影响。结果表明：随着C含量的增加,一次枝晶间距逐渐增大,凝固范围逐步扩大。随着C含量的增加,合金中碳化物数量逐渐增加。碳化物形貌从块状变为汉字体状,最后连接成复杂的骨架状。随着C含量的增加,γ/γ′共晶体积分数减少,粗大的初生相γ’减少。C的添加增大了Al的偏析,减弱了Re、Mo、W的偏析。     

热处理对一种新型镍基单晶高温合金组织与性能的影响

研究了不同热处理对一种含Re的新型镍基单晶高温合金组织和性能的影响.结果表明,通过差热分析法确定合金的固相线和液相线温度分别为1339和1371℃,由金相测试法测出初熔温度介于1305~1310℃范围内.初熔组织中主要表现为Ti的严重富集,其次为B和S.在1080,1100和1120℃分别时效4 h后空冷,获得的g'相均具有较高的正方度.合金的最佳热处理制度为1290℃,2 h+1320℃,4 h,A.C.+1100℃,4 h,A.C.+900℃,24 h,A.C..采用该制度处理后的单晶高温合金中各元素偏析系数明显降低,持久性能优异,在1070℃,140MPa条件下的持久寿命达到78.2 h.     

高温钎料PdCu-Ti在氧化铝陶瓷上的润湿性及界面反应

本文采用座滴法试验研究了合金系统ＰｄＣｕ－Ｔｉ在Ａｌ２Ｏ３上润湿性的变化规律，探讨了界面冶金及结合等行为，运用热力学理论对结果进行了分析，随Ｔｉ含量的增加及Ｐｄ含量的减少润湿角逐渐降低，Ｔｉ的加入使界面发生了一个双重变化；液相侧富氧，钛吸收层的生成及随后的固相侧氧化钛的生成，只有界面上生成一氧化钛，才能有较好的润湿行为和较强的结合力。