Hf在FGH4097粉末高温合金中的相间分配行为

采用3DAP、FEG-SEM、TEM以及物理化学相分析方法研究5种Hf含量的FGH4097粉末高温合金中Hf在γ′相、MC型碳化物和γ相中的分配,以及Hf对γ′和MC析出相组成的影响。结果表明:随着合金中Hf含量的增加,进入各相的Hf量增多,Hf进入γ′相的比例基本不变,进入MC型碳化物的比例增大,进入γ相的比例减小,即Hf在γ′相和MC型碳化物的分配比逐渐减小,Hf在γ′相和γ相中的分配比逐渐增大;Hf主要分配在γ′相中,其次分配在MC型碳化物中,Hf在MC型碳化物中的质量浓度大约是Hf在γ′相中的20倍。     

热处理冷速对FGH97盘件显微组织和蠕变性能的影响

对FGH97粉末高温合金盘件进行热处理,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和蠕变试验机研究了不同固溶冷速下合金的显微组织、蠕变性能和蠕变机制。研究表明:随固溶冷速的增加,γ′相尺寸减小,富Ti、Nb、Hf的MC型碳化物由连续析出变为颗粒状弥散析出。在750℃/450 MPa蠕变试验条件下,固溶冷速为94℃/min的样品性能明显优于43℃/min。FGH97粉末高温合金在750℃/450MPa条件下的蠕变机制为位错切割γ′相,在晶界处产生应力集中导致裂纹的萌生,裂纹沿着晶界碳化物扩展,最终导致材料的断裂。弥散颗粒状分布的碳化物能有效抑制微裂纹的贯通。     

Hf在粉末冶金镍基高温合金中的相间分配及对析出相的影响

利用三维原子探针（3DAP）,SEM,TEM和相分离方法,研究了5种Hf含量的FGH97粉末冶金高温合金中Hf在γ基体、γ′相和MC相中的分配,以及Hf对γ′和MC析出相的数量、组成和形貌的影响.结果表明:Hf主要进入γ′相和MC型碳化物,γ′相变为（Ni,Co）₃（Al,Ti,Nb,Hf）,MC碳化物变为（Nb,Ti,Hf）C.随着合金中Hf含量的增加,Hf进入γ′相的比例基本不变,进入MC相的比例逐渐增大,进入γ相的比例逐渐减小,即Hf在γ′和MC相的分配比R₁逐渐减小,在γ′和γ相的分配比R₂逐渐增大,R₁和R₂的平均值分别为1:0.1和1:0.05,这表明Hf主要分配在γ′相中,其次分配在MC相中.Hf促进γ′相和MC相析出,影响γ′相的尺寸和形貌,对MC碳化物的尺寸和形貌的影响并不明显.     

多步热处理对GH4742合金组织性能的影响

采用多步热处理,研究了不同固溶温度和高温时效温度对GH4742高温合金组织性能的影响。结果表明,固溶温度显著改变晶粒尺寸和一次γ′相形态。固溶温度为1090 ℃时,基体中存在大量未溶的一次γ′相,可以有效阻止晶粒长大,同时这种粗大γ′相以及后续时效过程中形成的细小γ′相共存的组织使得合金具有良好的综合力学性能。高温时效处理对组织形貌影响较小,但可以改变γ′相的尺寸,显著影响晶界碳化物的形态,通过Mo置换一次碳化物MC中的Nb、Ti,使晶界连续分布的碳化物发生溶解形成颗粒状的碳化物,显著降低了GH4742高温合金的高温持久性能。     

新型镍基粉末高温合金微量元素的相研究

对新型第3代粉末高温合金母合金、等离子体旋转电极法生产(PREP)粉末和热等静压态合金中的微量元素Hf,Zr和Ta的存在相进行了研究。结果表明:母合金中微量元素Hf,Zr和Ta主要以一次MC型碳化物存在,呈块状、条状和蝶状分布于枝晶间;原始粉末中碳化物大致可分为两类:一类为富Ti,Ta和Nb,另一类为含有Ta,Hf和Zr,两类碳化物均含有一定量非碳化物形成元素Co和Ni及弱碳化物形成元素Cr和Mo,以块状、粒状分布于枝晶间或胞晶间。另外,热等静压态分析表明,微量元素Hf,Ta和Zr主要以晶内和晶界MC型碳化物存在,说明微量元素Hf,Zr和Ta以MC型碳化物存在并具有一定遗传性的特点。与原始粉末相比,热等静压态γ′相和碳化物中的Ta量比较少。     

固溶处理对挤压/等温锻复合工艺制备的GH710合金组织与性能的影响

采用光学显微镜、场发射扫描电镜及化学相分析等方法,研究了采用铸锭挤压/等温锻复合工艺制备的GH710合金经不同固溶温度热处理后的显微组织特征、室温拉伸和高温持久性能。结果表明,固溶温度对合金次生MC型碳化物和γ′相的影响显著。随着固溶温度升高,合金的次生MC型碳化物溶解度增大,钉扎晶界作用减弱,晶粒尺寸增大,室温拉伸性能降低;同时,固溶温度升高,使合金一次γ′相减少,二次γ′相增加,增加位错的绕越路径,提高合金持久寿命。为使合金获得良好的室温拉伸和高温性能匹配,固溶温度应控制在1170～1180℃;在标准热处理制度下,合金的抗拉强度达到1332 MPa,伸长率达到11.7%,表现出优异的强度和塑性。     

K447A合金的热处理组织和拉伸性能研究

通过对K447A合金在不同热处理状态下的显微组织观察和拉伸性能测试,研究了合金显微组织的演变规律及其对拉伸性能的影响。结果表明,合金铸态组织主要包括γ基体、γ′相、碳化物及γ/γ′共晶,碳化物多分布于晶内枝晶干和晶界。固溶处理后,γ′相由大、小两种尺寸的组成,碳化物发生"碎化",且由γ′相包覆,同时枝晶间处析出了细小的MC型碳化物。高温(1100℃)时效热处理使γ′相长大,同时再次析出细小γ′相;低温(870℃)时效热处理则使γ′相形貌接近长方形。拉伸性能结果表明,合金经固溶热处理和时效热处理后的抗拉强度相近,但时效热处理后的伸长率有所增加。     

FGH96合金中γ′和碳化物相平衡计算

利用热力学计算软件Thermo-Calc及相应的Ni基数据库对FGH96粉末高温合金中可能析出的平衡相进行计算,并分析元素含量在允许范围内的波动对主要析出相γ′和碳化物析出行为的影响。结果表明:FGH96合金析出的平衡相有γ′、MC、M23C6、MB2、M3B2和TCP相。Al、Ti和Nb含量的增加会显著提高γ′相的固溶温度及析出量;合金中碳化物的析出量及MC的析出温度主要受到碳含量的影响,Al和Nb含量的变化对碳化物的析出温度有着显著影响,其中Al含量的影响尤为明显。     

微量元素Hf对镍基粉末高温合金FGH97显微组织的影响

利用SEM和物理化学相分析方法研究了5种Hf含量的FGH97粉末高温合金中γ'相和MC型碳化物形貌、化学组成及含量.结果表明:Hf促进γ'相和MC相析出,改变γ'相和MC相的化学组成,对MC相的尺寸和形貌影响不大,显著影响γ'相的尺寸和形貌,促使γ'相的形态失稳,导致立方状γ'相发生分裂,使γ'相更快地进入稳定的立方状择优形态.在FGH97合金中添加Hf,可通过改变错配度d,从而改变γ'相发生分裂的临界尺寸Dc.建立了Dc与Hf含量w(Hf)的关系式:Dc=315.4+640.2w(Hf)-358.2[w(Hf)]2.随着Hf含量的增加,|d|逐渐变小,Dc增大.γ'相长大到临界尺寸时,γ'相由立方状分裂为八重小立方体状.     

Hf对第二代镍基单晶高温合金DD11高温低应力持久性能的影响

通过对4种不同Hf含量(0~0.80%,质量分数,下同)的第二代镍基单晶高温合金DD11铸态及热处理态组织定量表征与1100℃,140 MPa持久性能测试,研究了Hf对相转变温度、(g+γ')共晶组织、碳化物、微孔、凝固偏析、合金元素成分分配比及持久性能的影响.结果表明,添加Hf显著降低合金的固/液相线,降低微孔含量,提高铸态共晶组织体积分数、MC型碳化物含量以及凝固偏析程度.合金热处理后,随着Hf含量提高,固溶微孔含量显著降低、残余共晶和碳化物含量显著增加.添加Hf通过提高Re,Mo和Cr的成分分配比,增加γ/γ'错配度,减小γ/γ'界面位错间距,促进Re,Mo和Cr向γ相中偏聚,提高固溶强化效果,减小微孔含量等方式,显著提高DD11合金持久性能.但当Hf含量达到0.80%时,热处理后的残余共晶、碳化物含量较高,导致合金持久性能明显降低.     

块状碳化物的形态演化及对镍基合金蠕变性能的影响

通过不同工艺热处理、蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了固溶温度对一种定向凝固镍基合金中碳化物形态演化与蠕变性能的影响。结果表明:铸态DZ125合金中存有粗大块状MC型碳化物,热处理期间合金中MC型碳化物可发生分解和形态演化,逐步转变成粒状M23C6型碳化物。随固溶温度提高、时间延长,碳化物发生分解及形态演化的几率增加,并使细小粒状M23C6型碳化物沿晶界不连续析出。与低温固溶处理合金相比,高温固溶处理合金在780℃具有良好的蠕变抗力。其中,以共格方式嵌镶在?基体中的立方γ′相均匀分布在枝晶干和枝晶间区域,并有细小粒状碳化物沿晶界弥散析出,可抑制晶界滑移,是大幅度提高合金蠕变抗力的主要原因。在近780℃蠕变后期,与应力轴呈45?角的晶界承受较大的剪切应力。裂纹在沿与应力轴呈45?角的晶界处萌生与扩展,直至断裂是合金的蠕变断裂机制。     

Hf和Zr含量对FGH96合金平衡相及PPB的影响

采用材料热力学计算软件Thermo-calc,计算了FGH96合金中的平衡相,并结合显微组织观察、能谱和相分析,探讨Hf、Zr含量对γ’相和碳化物的影响,及对消除PPB的作用。结果表明:Hf和Zr不会导致产生新相,主要影响MC和γ’相的析出行为与成分。Hf和Zr能显著改变MC型碳化物的组分,增加其热力学稳定性和数量,促进MC型碳化物在合金中的均匀分布,抑制MC向M23C6转变;Hf还可以参与形成γ’相,增加其数量。Hf、Zr有助于消除FGH96合金中的原始颗粒边界(PPB)。     

固溶热处理对新型镍基粉末FGH98Ⅰ高温合金组织与性能的影响

对新型镍基粉末高温合金(FGH98Ⅰ)在不同温度下进行固溶热处理,采用热力学相计算、光学显微镜、场发射扫描电镜及化学相分析等研究了亚固溶和过固溶合金的析出相和显微组织,并综合分析了组织与性能的关系。结果表明:FGH98Ⅰ合金经1130℃亚固溶和1190℃过固溶处理后的析出相均为γ’、MC、M23C6和M3B2等,未发现TCP(拓扑密堆)相。FGH98Ⅰ合金亚固溶热处理后晶粒稍有长大,存在尺寸不同的初次、二次和三次γ′相;过固溶热处理合金的晶粒明显长大,存在单模分布的二次γ′相;前者由于晶粒较小使强度更高,后者因减小二次γ′相尺寸和消除初次γ′相,PPB(原始颗粒边界)和残余枝晶,提高了合金的高温塑性和持久性能,说明不同晶粒尺寸和γ′相特征是FGH98Ⅰ盘件获得双性能的关键因素。     

新型低钴铸造镍基高温合金的相析出行为研究

利用热力学计算软件JMatPro和差示扫描量热实验,研究新型低钴铸造镍基高温合金的相析出行为,并与实际铸锭的组织、成分进行对比。结果表明,低钴合金铸态组织主要包括γ（基体）、γ′、碳化物（MC、M6C）和γ+γ′共晶组织（体积分数约13.9%）,凝固过程中Ta和Hf出现正偏析。DSC测试得出合金初熔点、终熔点和γ′相回溶温度分别为1349.6℃、1300.1℃和1272.1℃,理论计算与实验结果基本一致。热力学计算显示Al、W含量增加能够分别提高γ′和M6C型碳化物的析出量与回溶温度,Hf、Ta元素能增大MC型碳化物的液析倾向,新型低钴合金的预期持久性能优于现有商用镍基多晶铸造高温合金。     

铪对粉末冶金高温合金FGH97粉末颗粒的影响

研究了不同Hf含量的FGH97合金松散粉末和断口中粉末的组织及析出相。结果表明,粉末颗粒内部的碳化物主要是富Nb、Ti、Hf的MC型碳化物,同时发现粉末颗粒内部存在Zr的氧化物。Hf能进入到粉末颗粒中MC碳化物内,并促进稳定MC碳化物的析出,适量的Hf有利于消除合金中原始粉末颗粒边界(PPB)。粉末颗粒表面的Hf以HfC和HfO2复合形式存在,Hf含量大于0.6%时会对PPB有不利影响。     

固溶处理对K447A高温合金碳化物组织的影响

利用场发射扫描电镜分析了K447A合金在不同固溶+相同时效处理下碳化物的组织及析出行为。结果表明,铸态K447A合金中初生碳化物为MC型,呈块状、骨架状和汉字状,分布于枝晶间和晶界上;热处理后初生MC碳化物呈破碎状,表面形成一层γ'相包覆层,在热处理过程中,初生MC碳化物的成分发生变化,TaC、TiC、WC等初生碳化物发生了分解,HfC受影响程度最小;热处理后初生MC碳化物附近的枝晶间和残余共晶区域析出大量以HfC为主的细小弥散分布的颗粒状二次MC碳化物,1185 ℃固溶2 h+870 ℃时效20 h时,二次MC析出量最多。     

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.     

固溶处理温度对GH738合金组织和性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜和材料试验机研究了GH738合金在不同固溶热处理制度下的显微组织和性能。结果表明,随着固溶温度的提高,合金的晶粒尺寸随之增大、未溶入基体的γ′相逐渐减少,新析出的γ′相逐渐长大;GH738合金中的第二相有MC和M_(23)C_6,MC主要分布在晶内,M_(23)C_6主要分布在晶界;GH738合金的室温拉伸强度、屈服强度及洛氏硬度随二次固溶温度的升高而减小。     

热加工过程中Ni基变形高温合金析出相的演变规律

变形高温合金在热加工过程中的相析出行为是影响合金抗拉强度的重要因素之一。本实验对GH4738合金在热加工过程中不同阶段的 MC,M23C6,γ′相三种析出相进行跟踪研究。析出相在热加工过程中不同阶段的表现：（1）合金坯料中的主要析出相为初生MC碳化物和初生γ′相。（2）合金经热变形后,初生MC碳化物发生部分分解并析出纳米级晶内次生MC碳化物和少量晶界次生M23C6碳化物,同时析出次生γ′相。（3）合金经热处理后,初生MC碳化物进一步分解直至完全溶解,进而纳米级晶内次生MC碳化物转变为大量酒瓶状晶内次级M23C6碳化物,同时γ′相接近于完全析出,但γ′相会有小幅度的长大。     

Hf含量对镍基粉末高温合金中γ′相形态的影响

研究了含Hf镍基粉末高温合金在长期时效处理过程中γ′相形态的演化过程.结果表明:合金在高温长期处理过程中立方状γ′相发生分裂、呈现出二重平行状和八重小立方体组态.八重小立方体组态作为择优形态不再发生分裂,处于低能稳定状态.不同Hf含量合金的错配度发生明显变化,γ′相的长大或粗化过程可以粗略地分为"界面控制"和"应变控制"2个阶段,γ′相间弹性相互作用能对合金中析出相的形态变化起着重要作用.