DD9镍基单晶高温合金固溶处理初熔组织研究

研究了DD9单晶合金固溶处理过程中组织的变化以及初熔组织的生成机理。结果表明,初熔组织分为两类,即γ/γ′共晶组织熔化生成的不规则初熔组织及固溶微孔熔化生成的规则初熔组织。初熔组织严重降低铸件的高温性能,在1100℃、137 MPa条件下,初熔组织使铸件的使用寿命缩短35h。两种初熔组织都可以通过延长较低温度下的保温时间,促进元素的扩散来消除。     

固溶处理对1种镍基单晶高温合金组织的影响

采用光镜、扫描电镜对1种镍基单晶高温合金的铸态组织和不同温度固溶处理后的组织进行了观察，研究了不同温度固溶处理对γ′相尺寸、γ／γ′共晶、成分偏析的影响。结果表明：合金枝晶间γ′相的固溶温度高于枝晶干γ′相的固溶温度，随固溶处理温度的升高，γ′相尺寸略有增加，γ／γ′共晶量及成分偏析降低；1290℃，4h，AC固溶处理后合金枝晶干、间γ′相全部固溶，1310℃，4h，AC固溶处理后合金中γ/γ′共晶全部消除，1320℃固溶处理时，合金中出现初溶现象；确定1310℃，4h，AC为合金的固溶处理工艺。     

一种含硼第三代镍基单晶高温合金的初熔及固溶处理

采用电子探针测试结合Thermo-Calc软件计算,研究了一种含0.001%(质量分数)硼第三代单晶高温合金枝晶间区域的初熔过程。结果表明,初熔相为M_2B,初熔温度为1265℃,远低于用差示扫描量热仪测得的共晶熔化温度1352℃。采用扫描电镜分析固溶处理过程中合金组织的演化过程,发现共晶组织中马赛克状共晶和扇状共晶率先溶解,粗大γ′最后溶解。初熔区域空冷可发生均质形核,重新凝固后的共晶组织呈圆形,初熔组织中粗大γ′组织较初始凝固的粗大γ′组织更细,而相比残余共晶组织,初熔组织中含有马赛克状共晶和扇状共晶。在通用分步固溶处理制度的基础上,通过低于硼化物初熔的首步处理和适当提高最终固溶温度(ST2),可以有效避免初熔并完全消除共晶。     

一种第三代单晶高温合金固溶热处理组织研究

本工作对一种第三代单晶高温合金的试棒铸件进行了固溶热处理实验,研究了热处理气氛对试棒表面层组织的影响,探讨了解决贫Cr层问题的新方法。在真空状态下进行热处理时,发现试棒表面出现了深度约为70μm的 Cr、Co和Re等元素的贫化层。在高纯度的氩气气氛中热处理时,样品出现严重的表面氧化层和熔融层,深度达到约1mm。其原因是高温下充入保护气体时会大大增强炉内气氛的宏观对流,加速铸件表面的氧化反应和合金元素挥发。为尽量减小炉内气氛对流的影响,将实验样品装入陶瓷管进行保护,形成相对相对密闭的空间,消除大范围对流的可能性。结果表明,该措施不但避免了合金表面的氧化反应,也使高温下各种合金元素的挥发很快达到饱和,避免了表面层中合金元素的蒸发,有效防止了铸件表面贫化层的形成。     

镍基高温合金锻后固溶处理的研究

探讨了固溶温度对GH150镍基高温合金显微组织和力学性能的影响。研究结果证明，提高固溶温度可以促进γ′，得到充分溶解，进而提高高温合金时效处理时的沉淀强化效果。但当固溶温度超过1080℃以后。性能有所下降，主要是因为合金原子的扩散能力增强和晶界碳化物不断的溶解，从而导致晶粒过分长大。同时说明，1080℃应该是γ′的完全固溶的温度。     

一种新型高温合金的固溶处理条件与高温时效的研究

利用电子探针测定合金的枝晶干和枝晶间各元素的含量.通过扫描电镜观察时效不同时间后的γ'相形貌.结果表明:通过理论计算,进一步证明了本实验中的固溶处理制度的合理性;高温时效4h后,γ'相的正方度良好,且尺寸较小(150～320nm),延长时效时间,γ'相长大,继续延长时间,γ'相边缘开始钝化.因此,高温时效时间选择4h.     

固溶处理在镍基高温合金中作用的研究进展

随着镍基高温合金服役温度的不断提高,难溶元素含量的增多使合金固溶处理难度进一步增加。为了能更有效地制定出最佳的热处理制度,将固溶处理对镍基高温合金凝固组织、元素偏析以及力学性能的影响进行综合分析。结果表明,均匀化处理可以提高合金的初熔温度。适当提高固溶温度,延长固溶时间,增加固溶处理步骤可以显著减少合金元素的偏析,降低γ/γ′共晶组织、TCP相的体积分数,使碳化物转变为更稳定的类型,残余γ′相体积分数有所降低。但不同的固溶处理工艺对不同合金析出的γ′相尺寸、体积分数的影响仍存有差异,需对不同合金分别进行研究。新提出的斜坡固溶处理与重熔固溶处理均是保证在没有初熔组织存在的条件下,尽量提升固溶处理温度,使元素分布更均匀,并获得比传统逐步固溶处理更小的残余偏析,持久寿命明显增加。最后综述了固溶处理对合金微观组织及力学性能的影响机理,并指出今后的研究方向。     

固溶时效处理工艺对一种四代镍基单晶高温合金组织、性能的影响

研究了固溶时效处理对一研制的Re、Ru含量分别为4.0%(质量分数)的第四代镍基单晶高温合金DD476的组织及持久性能的影响。铸态试样存在明显的成分偏析,由于Al、Ti元素较少,枝晶间的γ/γ’共晶组织含量偏低。固溶处理过程中,共晶组织在1310℃下基本消除,但直到1340℃才完全消除枝晶干和枝晶间的差异且此时除了Re其他元素偏析有明显的改善。四代单晶的优势在于提高了合金在高温下的力学性能尤其是持久性能,固溶时效后单晶合金在950℃/300MPa下持久寿命约为二代单晶的两倍,而在1150℃/100MPa下持久寿命与二代单晶MC2相比更是提高了10倍以上。整个固溶时效处理过程中没有出现TCP相,合金中Ru元素的添加可能是抑制TCP相析出的主要原因。     

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.     

固溶处理对新型镍基高温合金组织及性能的影响

采用OM、SEM、DSC和硬度计等方法研究了在1080 ℃下不同固溶时间及冷却方式对新型镍基高温合金中γ′相和硬度值的影响。结果表明,在空冷和水冷条件下,试验合金中的γ′相尺寸均随着固溶时间的延长而减小;同一固溶时间下,相较于水冷试样,空冷试样中的γ′相尺寸更大,硬度值也更高。这是因为在水冷条件下,冷速较高,过冷度大,降低了基体中原子的扩散速率,减缓了γ′相的长大,使其最终尺寸较小。因此,固溶时间应小于16 h,冷却方式宜选择空冷,此时该合金中的γ′相分布均匀,尺寸大于20 nm,合金硬度值高于425 HV0.2。     

基于计算机仿真镍基单晶高温合金再结晶过程分析

再结晶是影响高温合金高温蠕变性能的重要因素.以DD6镍基单晶高温合金为研究对象,建立了再结晶过程中形核生长、储能分布、晶粒长大的数学模型,利用计算机模拟技术分析了材料热处理过程中再结晶的整个过程和动力学曲线.该研究为镍基单晶高温合金生产过程中的蠕变性能优化提供了参考.     

热处理对镍基单晶高温合金微观组织和高温持久性能的影响

采用螺旋选晶法,制备了一种镍基单晶高温合金。在非真空箱式电阻炉中进行分级均匀化热处理,研究了热处理制度对合金显微组织及持久性能的影响。结果表明:合金的铸态组织由γ-Ni固溶体相、初生和次生的γ-′Ni3Al相、以及γ/γ′共晶相组成;1 305~1 310℃、16 h固溶处理后,次生γ′全部固溶,少量γ/γ′共晶没有完全固溶;1 315℃、16 h固溶处理后,γ/γ′共晶全部固溶;1 320℃、2 h固溶处理后,出现少量初熔;两次时效处理明显改变了γ′的尺寸、形貌及分布;合金经1 180℃、2 h 1 290℃、2 h 1 315℃、16 h AC 1 140℃、4 h AC 870℃、24 h AC完全热处理后,在1 100℃,137 MPa条件下持久寿命达到100 h。持久裂纹主要沿与拉应力垂直的枝晶间横向段萌生扩展,与γ/γ′共晶完全固溶状态相比,未固溶的γ/γ′共晶更容易成为主要裂纹源。     

The microstructure of a single crystal superalloy after different aging heat treatments

To study the influence of aging heat treatments on the microstructure of single crystal superalloys with high content of refractory elements and optimal the aging heat treatment regimes, a single crystal superalloy containing 22 wt% refractory elements was investigated.Results show that for the experimental alloy, even the homogenization-solution heat treatment for 25 h cannot homogenize the alloying elements completely. During primary aging heat treatment, γ' phase grows larger and turns to regular cubes. Higher aging temperature induces larger γ' cubes. For specimens with primary aging heat treated at 1120 ℃,γ' morphology does not change apparently during secondary aging heat treatment. For specimens with primary aging heat treatment at 1150 ℃,γ'phase in interdendrite grows obviously comparing with that in dendrites. By analyzing the precipitating kinetics of γ'phase, it is found that owning to the dendrite segregation and different aging heat treatment temperatures, γ' phase at different regions grows under the control of different factors at different aging heat treatment stages. The two controlling factors that are driving forces of phase transformation and element diffusion rate induce obviously different growth rates of γ' phase. As a result, the γ'-precipitating behaviors are variable based on different solute concentrations and aging temperatures. For advanced single crystal superalloys that are supposed to be used at relatively high temperatures, the final γ' size after aging heat treatment is suggested to be close to the crossing point of diffusion controlling curve and driving force controlling curve corresponding to the serving temperature. And then,high-temperature properties can be improved.     

固溶冷却速率对镍基高温合金K444组织和力学性能的影响

研究了固溶冷却速率对K444合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,控制K444合金固溶后的冷却速度,可获得不同尺寸和形状且呈双态弥散分布的g′相;较快的固溶冷却速度可使合金中碳化物细化;冷速越大,g′相尺寸越小,合金拉伸性能及持久寿命越好。合金经1170 ℃×4 h固溶后,以80 ℃/min冷速冷却到900 ℃,再经1050 ℃×4 h高温时效和850 ℃×16 h低温时效,可以获得较好的综合性能。     

热处理过程中DD6单晶高温合金的组织演化规律与力学性能

研究了DD6单晶高温合金在热处理过程中的显微组织演化规律以及初熔组织的生成机理。通过研究不同固溶时效处理对γ′相形貌、尺寸分布和体积分数的影响且分析了完全热处理后合金的显微硬度和拉伸性能,从而确定了合金最佳的热处理工艺。结果表明,通过差热分析法和金相观察法确定合金的初熔温度在1300~1310 ℃。在1315 ℃固溶处理4 h,枝晶间/枝晶干γ′相尺寸趋于一致,呈立方状均匀排列。在固溶处理过程中,γ/γ′共晶组织熔化生成了不规则初熔组织。在不同的一次时效工艺下,1120 ℃时效4 h空冷后,γ′相立方度更好,尺寸分布更均匀。合金最佳的热处理工艺为1290 ℃×1 h+1300 ℃×2 h+1315 ℃×4 h, AC+1120 ℃×4 h, AC+870 ℃×32 h, AC。合金在完全热处理后,随拉伸温度从室温升高至850 ℃时,强度达到峰值,温度继续升高,强度下降;在760 ℃拉伸时塑性最差,随着拉伸温度从760 ℃升高到950 ℃,塑性提高。     

Surface recrystallization of single crystal nickel-based superalloy

As-cast single crystal (SC) superalloy samples were shot peened and then annealed at different temperatures to investigate the effect of annealing temperature on the surface recrystallization behavior of the SC superalloy. The results show that the depth of recrystallized layers increases with the increase of annealing temperature. Below 1200 °C, the recrystallization depth climbs slowly with temperature rising. Above 1200 °C, the recrystallization depth increases sharply with the rise of temperature. The morphology of recrystallized grains is significantly affected by annealing temperature. Below the γ′ solvus, cellular recrystallization may be observed. Above the γ′ solvus, recrystallization occurs through the growth of well developed recrystallized grains. In addition, the microstructure evolution of recrystallized grains at the homogenization annealing temperature was studied. It is found that recrystallized grains first nucleate in the dendritic core areas on the shot-peened surface and then grow inwards along the dendritic core areas. With the dissolution of the coarse γ′ precipitates and γ′/γ′ eutectics in the interdendritic areas, the recrystallized grain boundaries move through the interdendritic areas. Finally, the fully developed grains nearly have a uniform depth. The dissolution of primary γ′ precipitates is a critical factor influencing the recrystallization behavior of SC superalloys.     

Improvement of creep strength of a third generation, single-crystal Ni-base superalloy by solution heat treatment

The standard solution heat treatment of the third generation, single-crystal Ni-base superalloy, CMSX-10, requires multiple steps at temperatures up to 1365 °C and lasts a total of approximately 45 hours. These high temperatures and long hours result in a heat treatment that is costly. Reducing the temperature and/or time of the heat treatment to reduce the cost of the heat treatment would result in residual segregation of W and Re to the dendrite cores, a locally unstable microstructure. Therefore, a modified heat treatment was evaluated that increased the maximum heat-treatment temperature and the amount of time at the higher heat-treatment temperatures. The microstructures and mechanical properties were evaluated for samples given both the standard and the modified solution heat treatment.     

真空热处理后Ni-Co-W-Ta-Al-Cr-Mo-Re-Nb-Hf系镍基单晶高温合金表面的氧化状态分析

将Ni-Co-W-Ta-Al-Cr-Mo-Re-Nb-Hf系镍基单晶高温合金试样在真空炉中完成固溶和时效真空热处理,由于设备状态或是其他原因造成试样表面存在不同程度的氧化(即表现出不同的氧化色),利用光学显微镜、扫描电镜和能谱分析对不同氧化色的单晶高温合金试样表面氧化微观组织和氧化物成分进行观察和测试。结果表明:单晶高温合金试样随着氧化程度的加深表面氧化物的组织状态和成分存在不同程度的变化,对于该氧化问题应详细分析原因并对症处理,最终才能获得表面质量满足要求的单晶高温合金制件。     

一种镍基单晶高温合金蠕变机制的研究

对一种镍基单晶高温合金在两种蠕变条件下（760℃／780MPa和982℃1248MPa）的变形机制进行分析．结果表明：在中温高应力条件下（760℃／780MPa）,在低应变阶段,位错以堆垛层错的形式切入γ’相;高应变阶段,位错以位错对的方式切入γ’相．在高温低应力条件下（982℃／248MPa）的低应变阶段,母相a／2（110）位错在基体中运动弓出,并绕过γ’相,发生位错反应而形成位错网;高应变阶段与中温高应力条件的切入机制相同．     

晶体取向对镍基单晶高温合金铸态组织和偏析的影响

用光学显微镜观察了沿 [0 0 1],[0 11]和 [111]方向生长的镍基单晶高温合金的枝晶形态。结果表明 ,以枝晶界面生长的单晶中生长方向完全由择优取向〈0 0 1〉决定 ,[0 0 1]方向中形成平行于轴向的枝晶 ,[0 11]和 [111]方向中由于不同取向的枝晶交错生长 ,形成多种位向的亚晶界。在垂直于枝晶方向的 { 0 0 1}面内测定的一次枝晶间距 ,按 [0 0 1]→ [0 11]→ [111]次序增大。用电子探针测定了不同取向中合金元素的偏析比 ,Al,Co ,W的偏析情况不受晶体取向影响 ,Ti和Cr的偏析比按 [0 0 1]→ [0 11]→ [111]的顺序减小 ,Ta和Mo的偏析程度无确切变化规律。各元素在不同取向中偏析的变化是由元素的扩散能力和枝晶空间构形共同决定的。