一种新型第三代单晶高温合金WZ30组织与性能的研究

本文通过热力学计算和实验验证优化了W、Mo、Co、Cr、Al、Ta等元素在单晶高温合金中的含量,设计了Re含量为5 wt%的新型单晶高温合金WZ30,并与典型二代、三代单晶高温合金进行了比较。结果表明,WZ30经热处理后获得均匀的γ′相显微组织,在760℃、980℃和1100℃下WZ30的屈服强度分别为938MPa、639MPa和436MPa,温度高于1000℃时拉伸性能优于二代单晶高温合金。在980℃/250MPa和1100℃/137MPa实验条件下,WZ30的持久寿命分别为642h和254h,持久寿命明显优于二代单晶高温合金。WZ30的低周疲劳寿命在980℃下明显优于二代单晶高温合金DD6。在高温长时间循环氧化实验中,WZ30显示出较好的抗氧化性和组织稳定性。     

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。     

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。     

热处理对一种镍基高温合金组织和持久性能的影响

研究1220℃×4h固溶+1150℃×4h时效+870℃×24h时效、1220℃×4h固溶+870℃×24h时效和直接进行1100℃×4h三种热处理制度对一种新型镍基高温合金组织和性能的影响.结果表明,这三种热处理制度都能明显提高合金在1100℃/40 MPa的持久寿命,分别将其由24h提高到65、64和53 h.合金的组织铸态由γ、γ'以及少量的MC碳化物和M382硼化物组成.γ'体积约占58％.合金经过固溶+二级时效的处理,MC碳化物主要以颗粒状分布在晶界.同时γ'分为两种尺寸和形态.经过高温固溶+时效热处理后,发生了MC向M23C6退化的反应,使合金的塑性降低.γ'形状为规则的立方体,且尺寸只有0.4 μm.直接1100℃时效也使合金析出两种尺寸和形态的γ',而且使碳化物变得细小.     

标准热处理对DZ951合金组织和性能的影响

研究了标准热处理工艺1220℃×4h(AC,air cooling) 1050℃×4h(AC) 870℃×24h(AC)对定向凝固镍基高温合金组织和力学性能的影响.研究结果表明:DZ951合金经热处理后,碳化物由铸态时的骨架状变成块状,γ'相变成规则排列的立方形,尺寸约为300nm,体积分数增加到68%.枝晶偏析降低,合金强度升高;错配度减小,组织稳定性增加.合金元素在γ和γ'相中的分布更加均匀,提高两相强度.合金在1100℃和50MPa的持久性能及在室温和760℃的拉伸性能得到较大提高.     

LMC法定向凝固抽拉速率对DD488单晶高温合金组织和持久性能的影响

研究了液态金属冷却(LMC)法定向凝固抽拉速率对DD488单晶高温合金组织和980℃/250 MPa持久性能的影响。结果表明:增大抽拉速率能够显著细化合金的枝晶组织,减小铸态共晶含量和γ'相尺寸。同时,随着抽拉速率的增大,标准热处理后的γ通道宽度减小,γ'相体积分数增加。抽拉速率较小时(5 mm/min),合金980℃/250 MPa持久寿命为70.3 h,随着抽拉速率提高至8 mm/min,持久寿命增大到107.5 h。DD488合金持久寿命的提高得益于在较高的抽拉速率下合金标准热处理组织中的γ'相体积分数增加,γ通道宽度减小,并且共晶组织基本消除。     

镁合金铸轧过程中表面点状偏析形成机制

研究了DD6单晶高温合金二次γ'相的析出规律和二次γ'相对持久性能的影响.结果表明;DD6合金固溶保温后炉冷,基体通道内有细小的二次γ'相析出;固溶后1120℃/4 h一次时效空冷,基体通道内有大量的二次γ'相析出;固溶后1120℃/4h一次时效炉冷,基体通道内没有二次γ '相析出;固溶并一次时效后在870℃二次时效过程中,随保温时间增加二次γ'相逐渐溶解,32 h时效后二次γ'相完全消失,在随后空冷过程中没有二次γ '相析出.基体通道内的二次γ'相阻碍基体中位错的运动,促使位错剪切一次γ'相,因此基体通道内的二次γ'相降低DD6合金760℃/785MPa持久寿命;DD6合金标准热处理后,基体通道内的二次γ'相消失,760℃/785MPa持久寿命显著提高.     

Ru对镍基单晶热暴露组织演变及持久性能的影响

对比研究了不含Ru的USTB-F7及添加2.5 wt％ Ru的USTB-F8两种镍基单晶高温合金的组织稳定性和持久性能.标准热处理与1100℃长期热暴露组织研究表明: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;热暴露2000 h后,其形貌仍保持稳定,仅发生粗化而未发生筏排化.Ru的添加使Re元素在γ/γ′中的分配比增大,提高了合金USTB-F8的γ/γ′点阵错配度和γ'相的立方度,从而加速了长期热暴露过程中的筏排化进程,经2000 h热暴露发生了明显的筏排化现象.同时,合金USTB-F7热暴露700 h后在枝晶干处析出了富集Re、W和Cr元素的TCP相,Ru的加入有效地抑制了TCP相的析出,合金USTB-F8直至2000 h仍未析出TCP相.1100℃/140MPa持久性能测试表明,Ru显著提高合金的持久寿命,这与Ru增加合金中的y相体积分数和γ/γ′点阵错配度,促进筏排组织的形成,并减小时效组织中的γ通道宽度有关.     

热处理对一种镍基单晶高温合金微观组织和持久性能的影响

研究了不同热处理工艺对一种镍基单晶高温合金的组织和持久性能的影响。结果表明：固溶处理时间越长，合金中的γ′相尺寸越均匀，有利于合金持久性能的提高。1080℃，4h和1150℃，4h时效后空冷获得的γ′相具有尺寸适合、立方度高的特点。2种时效处理对合金中温高应力的持久性能影响不明显，在高温低应力下，经1080℃时效处理的持久寿命略长。     

980℃长期时效对DD5镍基单晶高温合金组织与性能的影响

研究了二代单晶高温合金DD5在980℃无载荷时效处理后的组织及性能变化。结果表明:DD5合金980℃时效后组织基本稳定,5000 h时效后未发现TCP相的析出。980℃时效中,150 h时效后γ'相呈规则立方状并未发生明显长大,平均尺寸达到约0.5μm,1000 h时,γ'相基本呈立方形态分布,但平均尺寸约1μm,2500 h时γ'相粗化明显,5000 h时基本形成筏状组织。时效后,初生碳化物发生分解并有次生碳化物析出,包括点棒状MC(1),块状富Hf的MC(2),细小质点状M23C6。870℃抗拉强度值随时效时间延长逐渐下降,1000 h后下降5.5%,而5000 h后下降9.8%。持久寿命随时效时间延长呈逐渐递减趋势:980℃/207 MPa的持久寿命,1000 h后下降19%,5000 h后下降了43%;1070℃/140 MPa的持久寿命1000 h后下降38%,5000 h后下降了52%;1093℃/158 MPa的持久寿命1000 h后下降31%,5000 h后下降了52%。     

一种单晶高温合金的持久断裂行为

研究了一种单晶高温合金在不同试验温度和加载应力下的持久性能、失效机制和组织演变特征。结果表明:合金标准热处理后获得立方化较好的γ'相组织,在不同试验条件下都具有良好的持久性能。在相同加载应力下,随着试验温度升高,合金的持久寿命降低。760℃/800 MPa条件下的持久断裂为类解理断裂,980℃/250 MPa、1070℃/140 MPa、1100℃/140 MPa和1120℃/140 MPa的持久断裂为韧窝断裂,而850℃/550 MPa下的持久断裂为混合断裂机制。在760℃/800 MPa下持久断裂后,γ'相形状不变,但γ相通道沿垂直应力方向变大,沿平行应力方向变小。其它持久条件下都形成了筏排结构,随着温度的增加其厚度变大。在760℃/800 MPa、850℃/550 MPa和980℃/250 MPa条件下,没有发现析出TCP相,而在1070℃/140 MPa、1100℃/140 MPa和1120℃/140 MPa条件下,有少量针状的TCP相沿一定方向析出,主要含有Re、W、Mo等元素。     

热等静压温度对K438合金显微组织和高温力学性能的影响

研究了热等静压(HIP)温度对K438合金显微组织和高温力学性能的影响。结果表明,1170℃/150 MPa/4 h和1177℃/150 MPa/4 h热等静压能使K438合金显微疏松闭合。合金标准热处理(ST)后,枝晶杆由大、小两种尺寸的γ'相组成,其中较大的γ'相尺寸约为0.2μm;热等静压后,γ'相尺寸变大,接近0.5μm,未析出较小尺寸的γ'相;HIP+ST后,重新析出大、小两种尺寸的γ'相。力学性能测试结果表明,与标准热处理态相比,加入热等静压后,合金的815℃/420 MPa持久寿命相当,850℃/365 MPa持久寿命和800℃抗拉强度降低,而800℃拉伸伸长率和断面收缩率显著提高,其中,1170℃热等静压状态合金的800℃抗拉强度从902 MPa降到836 MPa,伸长率从6.8%提高到16.6%,提高了144.1%。     

热等静压对单晶高温合金组织和持久性能的影响

在高温度梯度真空定向凝固炉中,采用螺旋选晶法制备了单晶高温合金,再在1180℃/150 MPa条件下对其进行热等静压,然后进行标准热处理,研究了热等静压对单晶高温合金组织和不同条件下持久性能的影响。结果表明,合金热等静压后,铸态组织的共晶含量基本保持不变,γ′相尺寸增加,立方化程度增加,γ基体通道变宽。热处理组织的γ′相尺寸稍有减小,立方化程度增加。在760℃/800 MPa和980℃/250 MPa条件下,合金的持久寿命增加;而在1100℃/140 MPa条件下,粒状碳化物的析出导致持久寿命没有提高,与未热等静压的合金持平。     

一种第二代镍基单晶高温合金1150℃原位拉伸断裂机制研究

通过自主研发的原位加热拉伸测试平台,在SEM中对[001]取向的第二代镍基单晶高温合金进行了1150℃高温拉伸测试,并得到了可靠的力学性能实验数据与高质量的实时序列SEM像。对力-位移曲线的分析表明,该单晶高温合金在1150℃的屈服强度与断裂强度分别为580与620 MPa。通过分析拉伸过程中的实时序列SEM像,发现该单晶合金在弹性变形阶段γ与γ′相并未发生明显变化;当进入塑性变形阶段,单晶合金中γ相在平行于应力轴方向变形被拉长,同时裂纹在样品原始显微孔洞垂直于应力轴方向最先产生,随着应力的增大绕过γ'相在γ相中扩展,最终裂纹连接相邻孔洞导致单晶合金断裂。     

一次时效温度对单晶高温合金组织和持久性能的影响

在真空定向凝固炉中采用螺旋选晶法制备了一种镍基单晶高温合金,固溶处理后分别采用1080、1120、1160和1200℃不同的温度进行一次时效,然后在相同工艺下进行二次时效,研究一次时效温度对合金组织和1100℃/140 MPa条件下持久性能的影响。研究表明,随一次时效温度升高,γ'相的尺寸增大,体积分数先增加后减少,在较高温度时效后γ基体通道中有细小的二次γ'相析出,立方化程度先增加后因在1200℃下时效后有部分γ'/γ相界面变为锯齿状而降低。随着一次时效温度提高,合金的持久寿命先增加后降低,在1200℃下时效后持久寿命最低。在1080、1120和1160℃时效后,γ'相在持久过程中形成了完善细密的筏排组织,而在1200℃时效后,γ'相在持久过程中形成了非常不规则的粗化组织。合金在1120℃进行一次时效,合金的组织和持久性能最佳。     

镍基单晶合金高温蠕变变形与损伤行为

通过蠕变性能测试和组织观察,研究了镍基单晶合金在高温蠕变期间的变形和损伤行为.结果 表明,该合金在1040℃/137 MPa条件下的蠕变寿命为556 h,表现出优异的蠕变抗力.合金在稳态期间的蠕变特性是位错在γ基体中滑移和攀移越过筏状γ'相.在蠕变后期,合金的变形特征是位错剪切进入筏状γ'相,剪切γ'相的位错可以交滑移...     

新型镍基单晶高温合金的显微组织与力学性能

采用高通量的合金设计方法设计一种新型镍基单晶高温合金CSU-B2,并对该合金进行了一系列的研究。结果表明:该合金在铸态下树枝晶分布均匀,枝晶间距约为500μm,没有三次枝晶出现。通过对合金进行固溶和时效处理,合金中的γ′析出相呈现方块状,平均颗粒尺寸为0.5~0.8μm。在1100和1150℃下对合金的抗氧化性能进行研究发现,试样单位面积质量随时间的变化遵循类抛物线的规律,在氧化层的下面都存在着γ′相消失的区域。最后对合金的高温拉伸性能进行了表征,在760℃时,合金的屈服强度为706 MPa;在980℃时,合金的屈服强度为484 MPa。在两个温度下,试样的断裂为两种不同的机制。     

拉晶速率对Ni3Al基单晶合金IC6SX凝固组织和高温持久性能的影响

采用螺旋选晶法制备Ni3Al基单晶合金IC6SX试棒,研究了不同拉晶速率对凝固组织和高温持久性能的影响.结果表明,Ni3Al基单晶合金IC6SX凝固组织为树枝状,随着拉晶速率从1.5 mm/min增加到6 mm/min,一次枝晶间距逐渐减小.与普通镍基高温合金不同,位于枝晶干处的次生γ'相尺寸比枝晶间处的大.随着拉晶速率的增加,枝晶干和枝晶间处的γ'相尺寸都逐渐减小,由不规则形状逐渐立方化,枝晶间处的初生γ'相的数量逐渐增多.一次枝晶间距和γ'相尺寸对高温持久性能影响显著,随着拉晶速率的增加,组织细化,铸态IC6SX单晶合金的高温持久寿命增加.     

NiCoCrAlYSiB+AlSiY梯度涂层恒温氧化行为

采用电弧离子镀技术在镍基单晶高温合金基体上制备了NiCoCrAlYSiB涂层和(NiCoCrAlYSiB+AlSiY)梯度涂层,对比研究了2种涂层退火态的组织结构和在1000,1100和1150℃下的恒温氧化行为.结果表明:退火处理后,NiCoCrAlYSiB涂层是由γ/γ相和弥散其中的点状β-NiAl相构成;(NiCoCrAlYSiB+AlSiY)梯度涂层分为两层,外层以β-NiAl相为主,含有少量的Cr3Si相、内层和NiCoCrAlYSiB涂层的结构相似.NiCoCrAlYSiB涂层在1000℃下有良好的抗氧化性能,在1100和1150℃下因表面生成保护性较差的尖晶石相而快速退化;(NiCoCrAlYSiB+AlSiY)梯度涂层在1000—1150℃下均表现出良好的抗高温氧化性能,1100℃度下氧化300 h后仍有大量的β-NiAl相存在,1150℃下氧化300 h后涂层中Al含量仍在8%(质量分数)以上,少量的β-NiAl相和过饱和的γ/γ相可维持表面Al_2O_3膜的形成和修复.     

热处理工艺对第二代镍基单晶高温合金DD5组织和性能的影响

采用光学显微镜和扫描电镜等研究了热处理工艺对第二代单晶高温合金DD5的元素偏析、γ′相、共晶相、碳化物和性能的影响,通过典型拉伸和持久性能测试对比,确定了DD5合金的最佳的热处理工艺。结果表明:经1290～1310℃固溶热处理2～4 h后再经过时效处理,合金的组织由平均尺寸约为0.5μm的规则立方状γ′强化相以及少量不规则γ′相、γ/γ′残余共晶相和碳化物组成,合金在870℃时的平均拉伸抗拉强度达到1010 MPa,1093℃/158 MPa下的平均持久寿命达到40 h。