Ni对Co-Al-W基合金时效组织演变和γ′相溶解行为的影响

以4种不同Ni含量(15%~45%,原子分数)的新型γ′相强化Co-Al-W基合金为研究对象,通过时效与高温热处理显微组织分析以及显微硬度测试,研究了Ni对相转变温度、γ/γ′两相组织演变、γ′相高温溶解行为和显微硬度的影响.结果表明:随着Ni含量的增加,γ′相溶解温度升高,固相线温度未发生明显变化.4种合金经900℃,50 h热处理后,基体均为γ/γ′两相组织;随着Ni含量的增加,γ′相形貌由立方形逐渐向近似球形转变,γ′相体积分数不断降低.经300 h长时间热处理后,合金的γ′相形貌没有明显改变,γ′相体积分数出现不同程度的降低.对900℃,300 h热处理的合金进行970~1060℃高温处理后,γ′相体积分数随着热处理温度的升高而逐渐减少,并最终全部溶解而消失;低Ni含量(15%和25%)合金和高Ni含量(35%和45%)合金的γ′相形貌分别转变为球形和立方形.900℃,50 h和300 h显微硬度测试结果表明:随着Ni含量的增加,合金的硬度降低;热处理时间的延长使合金的硬度小幅增加.     

Ta和Mo点位偏好对Co-Al-W合金γ′相的影响

为了研究Ta元素和Mo元素合金化对Co-Al-W基高温合金γ′相强度和形貌的影响，构建γ′-L12超胞结构，对其六个非等效点位进行掺杂计算，分析能量结构和力学性能；并制备Co-8.8Al-9.8W-2X(X=Ta, Mo)合金，对合金进行5%和10%的压缩变形，使用透射电镜（TEM）技术对合金γ′相形貌和位错形态进行分析。结果表明:Ta原子掺杂时优先占据Al2位置，Mo原子掺杂时优先占据W6位置，Ta原子占据Al2位置会使得γ′-L12掺杂结构的强度以及组织稳定性升高，Mo原子在W6位置的掺杂则效果相反；由于在合金化时Ta原子优先占据在Al2位置，导致了γ′相强度升高，2Ta合金在进行压缩变形时γ′相形貌可以保持为立方状，位错对γ′相的切割破坏较为有限，而2Mo合金由于Mo原子优先占据W6位置导致γ′相强度降低，进行压缩变形时γ′相形貌由立方状转变为筏排状，位错对γ′相的破坏较为严重。     

热等静压工艺对K4125镍基高温合金显微组织的影响

采用3组不同参数的热等静压(HIP)工艺对K4125镍基高温合金进行显微组织演变研究。结果表明,3种热等静压工艺制备的合金中Hf、Mo等在MC碳化物中的分布区域略有不同,Ta、Mo、Co、Cr、Ti及Al等为正偏析元素,W、Ni为负偏析元素,与其他元素相比较,Ni、Co、Cr偏析程度较小,提高热等静压温度及压力,各元素的偏析程度均有所降低,γ/γ′共晶组织含量逐渐减少,同时枝晶干γ′相的尺寸显著降低,但面积分数无明显变化。此外,3种热等静压合金均出现大块状MC碳化物碎化、二次MC碳化物析出及晶界细小碳化物形成等现象,提高热等静压温度及压力后,这种现象加剧,且碳化物中Ta、Ti含量降低,TaC、TiC的分解倾向增加。     

镍含量对Co-8.8Al-9.8W基合金时效组织演变与γ′相溶解行为的影响

为了研究镍含量(5、15、25和35,at%)对Co-8.8Al-9.8W基高温合金时效组织演变及γ′强化相溶解行为的影响,运用SEM、XRD等对时效处理后合金的γ′相微观组织结构演变、γ′相相转变温度和显微硬度进行了研究。结果表明,Ni含量增加,γ′相溶解温度出现不同程度的提高,γ′相的体积分数也在逐渐增加。当Co-8.8Al-9.8W合金中Ni添加量为25%时,γ′强化相的溶解温度达到了1100℃。合金固相线温度和γ′相的形貌未发生明显变化。4种不同镍含量合金经900℃/50 h热处理后,基体均为典型的γ/γ′两相组织。经900℃/100 h热处理后,γ′相的体积分数出现不同程度的降低,且γ′相发生了明显的粗化。对4种合金900℃/50 h和900℃/100 h的显微硬度测量结果表明,当Ni含量由5%增加至15%时,其显微硬度升高;当Ni含量进一步增加时,合金的显微硬度却降低。合金的时效处理时间由50 h延长至100 h时,γ′相的体积分数减少并伴随着γ′相的粗化,导致Co-8.8Al-9.8W基合金的显微硬度降低。     

高温合金的化学成分

正高温合金要提高热强性,主要采用合金化强化,强化作用有强化固溶体、强化基体及强化晶界,加入的元素有:(1)形成奥氏体的元素:Ni、Fe、Co、Mn;(2)提高抗氧化、耐腐蚀性的元素:Cr、Al、Ti;(3)固溶强化元素:W、Mo、Cr、N、Al;(4)金属间化合物强化元素:Al、Ti、Nb、Ta、Hf。此外,W能大量进入γ′相,以增强γ′相的强化作用;(5)碳化物强化元素:Cr、W、Mo、V、Nb、Ta、Hf、(N);     

Al、Ti和Ta含量对镍基单晶高温合金时效组织的影响

研究了几种不同含量γ′相形成和强化元素(Al、Ti和Ta)的单晶高温合金在热处理以及长期时效处理后的组织演化.结果表明:在经过相同的热处理后,随着Al、Ti和Ta总含量的增加,γ′相的尺寸逐渐增大,γ′相形貌由圆形向立方形再向不规性形状转变.在950 ℃的长期时效处理过程中,γ′相的尺寸明显增大,立方度降低,直到1000 h,γ′相也没有发生连接和形筏.1050 ℃、500 h后,γ′相形貌尺寸明显增大、立方度降低.合金A和E仍保持原来形状,合金B、C和D的γ′相发生连接和形筏.在2种时效条件下,合金E中均有TCP相(μ相)析出.     

高温合金的化学成分

正高温合金要提高热强性,主要采用合金化强化,强化作用有强化固溶体、强化基体及强化晶界:加入的元素有:1)形成奥氏体的元素:Ni、Fe、Co、Mn;2)提高抗氧化、耐腐蚀性的元素:Cr、Al、Ti;3)固溶强化元素:W、Mo、Cr、N、Al;4)金属间化合物强化元素:Al、Ti、Nb、Ta、Hf。此外,W能大量进入γ′相,以增强γ′相的强化作用;5)碳化物强化元素:Cr、W、Mo、V、Nb、Ta、Hf、(N);     

Mo对镍基单晶高温合金组织及持久性能的影响

通过在不含Mo的基础合金USTB-F7中添加1.5%(质量分数)Mo,形成合金USTB-F9,研究Mo对镍基单晶高温合金组织稳定性和持久寿命的影响。1 100℃时效与热处理组织的研究分析表明: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;经长期热处理2 000 h后,其形貌保持稳定,仅发生粗化而未产生筏排现象。Mo的添加使γ相中Re、Mo和Cr等元素含量增加,提高了合金USTB-F9的γ/γ′点阵错配度和γ′相的立方度,从而加速长期热处理过程中的筏排化进程,仅200 h就发生明显的筏排现象。同时,Mo强烈促进富含Re、Mo、W和Cr等元素的P相和σ相的析出,使析出时间由合金USTB-F7的700 h提前到合金USTB-F9的100 h。在1 100℃和140 MPa下的持久性能测试表明,尽管Mo的添加提高了γ′相的体积分数和错配度,并促进筏排组织的形成,有利于合金持久性能的提高;但由于Mo促进TCP相的大量析出,从而使合金的持久寿命降低。     

718Plus合金时效初期强化相的析出规律EI北大核心CSCD

采用显微硬度计、扫描电子显微镜(SEM)、原子探针层析(APT)技术研究了在标准热处理过程中及720℃时效初期(时效至128 h)718Plus合金的显微组织以及成分的演变规律。结果表明:718Plus合金的硬度在788℃炉冷至704℃后明显上升,在720℃时效至64 h时达到最大值459.3HV±8.5HV,硬度变化与γ′相的析出长大有关。随着热处理的进行,Ti、Al、Nb元素的分配系数逐渐增大,球形γ′相的直径、体积分数逐渐增大。γ′相的析出长大由Ti、Al、Nb元素在基体中的扩散控制,扩散程度采用元素的分配系数进行表示。在整个热处理过程中,Ti、Al、Nb元素在γ′相与基体之间的分配行为造成γ′相的直径、体积分数的变化。此外,在基体中分散着纳米级γ′团簇,其尺寸和数量密度在热处理过程中基本不变。     

新型难变形高温合金эк151的组织特征及平衡析出相热力学计算

利用场发射扫描电子显微镜对其铸态组织进行了观察,并通过热力学计算,对该合金中成分对平衡相析出的影响规律进行了研究。结果表明,эк151合金凝固过程中,Mo、Nb和Ti等元素在枝晶间偏析,并形成大量γ′+γ共晶相。合金主要析出相为大量的γ′相、少量的一次、二次碳化物和硼化物以及μ相。其中强化相γ′多成立方状,800℃下平衡态质量分数含量高达50%左右。当成分在规定范围波动时,对熔点影响最大的为Cr、Mo、Nb和Ti;而Al、Ti和Nb含量变化均会影响到γ′相的析出量及析出温度;Cr、Mo含量变化还会影响到二次碳化物的种类,Ti、Nb、C虽然是一次碳化物MC的主要形成元素,但是成分范围内对其析出温度影响并不明显。影响μ相析出温度和析出量的主要成分为Cr、Mo和W。     

Ni添加量对Co-Al-W基单晶高温合金凝固特性的影响

基于实验研究、热力学计算与动力学分析,研究了Ni含量对Co-Al-W基单晶高温合金凝固特性的影响。结果表明：无Ni和添加Ni的Co基单晶高温合金均具有典型的枝晶组织,但Ni的添加增大了合金的一次枝晶间距。同时,Ni的添加增大了Al和W元素的显微偏析倾向,降低了Ta元素的显微偏析倾向,但对Ti元素的显微偏析倾向的影响较小。无Ni合金的枝晶间析出相为初生γ′相和(β+γ′)共晶相,而含Ni合金的枝晶间析出相为初生γ′相,即Ni的添加改变了合金的凝固路径与铸态组织。同时,Ni的添加对Co-Al-W基单晶高温合金凝固特征温度的影响不明显。     

合金元素对新型Co-Al-W合金摩擦磨损性能的影响

Co-Al-W合金是由γ′-Co3(Al,W)相沉淀强化的新型钴基高温合金。为了研究合金元素Mo、Nb、Ta和Ti对Co-Al-W合金摩擦磨损性能的影响,采用THT07-135型摩擦磨损试验机、SEM等方法研究合金化Co-Al-W合金的室温摩擦磨损性能,并与钴基Stellite6合金相比较。研究发现,9.8W合金的摩擦系数比钴基Stellite6的小。合金元素Mo、Nb、Ti可适度降低9.8W合金的磨损失重和摩擦系数,提高其耐磨性能。Mo、Ti和Nb元素对提高9.8W合金的耐磨性能效果较好;Ta的效果不明显。Co-Al-W合金主要发生氧化磨损和磨粒磨损,但Stellite6合金主要发生剥层和磨粒磨损。     

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。     

Ta、Co对新型高强抗热腐蚀单晶高温合金组织稳定性的影响

研究了Ta、Co对一种新型高强抗热腐蚀单晶高温合金微观组织及1000 ℃长期时效中组织稳定性的影响。结果表明,随Ta含量的增加,γ′相溶解温度提高,完全热处理后的γ′相尺寸先增大后减小,Co降低了γ′相溶解温度,减小了γ′相尺寸并且降低了γ′相的含量;1000 ℃长期时效过程中,随Ta含量的提高,γ′相粗化速率先降低后升高,Co降低了γ′相的粗化速率,γ/γ′两相错配度和元素的扩散是影响γ′相粗化速率的主要因素;Ta提高了合金中γ′相的含量,促使Re、W、Mo、Cr元素向γ基体中分配,促进了TCP相的析出,Co降低了Re、W、Mo、Cr元素在γ基体中的分配,降低了基体的过饱和度,抑制了TCP相的析出。     

Cr_xCuFe_2Mo_(0.5)Nb_(0.5)Ni_2高熵合金的微观组织与力学性能

采用电弧熔炼工艺制备了CrxCuFe2Mo0.5Nb0.5Ni2(x=0,0.5,1.0,2.0,摩尔比)高熵合金,采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)和显微硬度计对合金的物相结构、微观组织形貌、元素分布和硬度进行了分析。结果表明,合金物相主要由面心立方固溶体相(FCC)、体心立方固溶体相(BCC)和密排六方固溶体相(HCP)组成。Cr含量的增加,有利于BCC相的形成。合金组织主要呈树枝晶和枝晶间结构组成。合金中Nb、Mo和Cu元素分别偏聚于枝晶和枝晶间区域,Fe、Cr和Ni元素的分布相对均匀。合金硬度随Cr含量的增加而逐渐增加,但增幅较小。     

980 ℃长期时效对DD15单晶高温合金组织稳定性的影响

采用选晶法在真空高梯度定向凝固炉中制备第四代单晶高温合金DD15试棒,热处理后在980 ℃分别时效400、800、1200、1600、2000 h,研究不同时效时间的合金组织。结果表明:合金的热处理组织由立方化较好γ′相和基体γ相组成。随着980 ℃时效时间增加,γ′相合并长大仍保持立方形状,基体通道的宽度增加;时效1600 h时,未有TCP相析出;时效2000 h时,析出极少量TCP相,合金具有良好的组织稳定性;合金中较多的Re、W、Ta、Mo、Nb等高熔点元素能够抑制γ′相长大,Ru元素能够抑制TCP相的析出,合金具有良好的组织稳定性。     

Ta/W比对一种粉末高温合金相组成和形貌的影响

提高Ta、W元素的含量是新型镍基粉末高温合金设计和研究的趋势。为了研究Ta、W元素交互作用对粉末高温合金组织的影响，设计了一种高(W+Ta)的粉末高温合金，在保持(W+Ta)的总量(7.5%,质量分数)和其他元素含量相同的情况下，合金的Ta/W比从4.0/3.5逐步下降到3.0/4.5。结果表明：Ta/W比的变化对合金的晶粒组织基本没有影响，对碳化物、γ′相的分布和含量影响不大，但强烈影响二次γ′相的形貌和尺寸。随Ta/W比的下降，二次γ′相的尺寸逐渐增大，形貌由近方形转变为不规则形状，甚至产生分裂趋势；γ′相和γ基体的晶格常数均减小，但γ基体晶格常数减小更多，导致合金γ′相/γ基体间错配度增大。W元素随着Ta/W比的降低从倾向分配在γ基体转变为分布在γ′相；除W外，Ta/W比对其他合金元素在γ′相/γ基体间的分配系数影响不大。     

以Mo代W对单晶高温合金组织、凝固特性与错配度影响的热力学研究

基于d电子原理,设计了高W强化Ni基单晶高温合金Alloy W和高Alloy Mo强化Ni基单晶高温合金Mo。热力学计算的结果表明,以Mo代W降低了γ'相的高温组织稳定性、液相线温度和固相线温度,但对结晶温度区间的影响较小。在单晶高温合金凝固过程中,以Mo代W降低了Al元素的显微偏析倾向,但对Re和Ta元素显微偏析行为的影响较小。同时,W和Mo在凝固时分别显著偏析于已凝固的固相和未凝固的液相。此外,以Mo代W增大了γ相和γ'相的晶格常数,并降低了γ/γ'错配度。     

微量元素对NiAl-Cr(Mo)共晶合金组织和力学性能影响的研究进展

综述了添加微量元素(Ti、Nb、Hf、Zr、稀土元素)对Ni Al-Cr(Mo)共晶合金微观组织和力学性能的影响。在Ni Al-Cr(Mo)共晶合金中添加Ti、Hf、Zr元素会使得合金微观组织产生Heusler相(Ni2Al Ti相、Ni2Al Hf相、Ni2Al Zr相)沉淀,添加Nb元素会产生Laves相(Cr2Nb相)沉淀,添加稀土元素会产生稀土沉淀相。这些沉淀相都会在合金中产生沉淀强化来增强合金的力学性能。最后,就目前研究中的不足之处提出了改进方法。     

热等静压处理对K439B高温合金显微组织的影响

对K439B合金进行了1165 ℃/150 MPa,4 h热等静压处理,采用光学显微镜和扫描电镜对比研究了铸态和热等静压态K439B合金的显微组织。结果表明:铸态K439B合金存在0.25%的显微疏松,热等静压后显微疏松基本消除(0.013%)。与铸态相比,经过热等静压处理后合金中的γ/γ′共晶组织体积分数和尺寸减小,各元素分布更加均匀,凝固偏析系数均更接近1。铸态K439B合金枝晶干处γ′相尺寸和体积分数分别是116.9 nm和17.8%,枝晶间部位γ′相尺寸和体积分数分别为244.4 nm和24.9%。热等静压后合金枝晶干部位的γ′相尺寸及体积分数分别为148.0 nm和17.5%,枝晶间部位γ′相尺寸和体积分数分别为159.1 nm和22.8%。热等静压处理使合金枝晶干、枝晶间部位的γ′相尺寸、体积分数和形貌接近,同时γ′相分布变得均匀。