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。     

长期时效对一种镍基单晶高温合金组织演化及持久性能的影响

研究了长期时效对一种镍基单晶高温合金显微组织及持久性能的影响。结果表明:800℃时效1000h后,γ′相仍保持立方体形态;980℃时效1000h、1010℃时效500h后,γ′相逐渐连接形筏。980℃时效500h、1010℃时效100h后,μ相以针状和颗粒状形态逐渐析出,980℃时随时效时间延长,μ相逐渐增加,1010℃时随时效时间延长,μ相先增加后减少。800℃长期时效后合金的持久寿命变化不大,980,1010℃时随时效温度升高和时效时间延长,合金的持久寿命递减。     

第二代单晶高温合金DD6在980℃长期时效后的显微组织与持久性能

选用980℃时效温度、分别对[001]取向标准热处理后的第2代单晶高温合金DD6进行100,200,300,400,600,800及1000h的长期时效,研究了合金的显微组织与持久性能。结果表明：DD6合金980℃／1000h长期时效后,无TCP相析出,组织稳定性优良：DD6合金980℃／1000h长期时效后980℃／248．2MPa的持久寿命高于180h,合金具有优异、稳定的持久性能。     

Al含量对单晶高温合金1100℃长期时效后组织和持久性能的影响

研究了两种不同Al含量单晶高温合金的热处理态组织和1 100℃不同时间长期时效处理后的组织形貌以及长期时效对两种合金持久性能的影响,考察Al含量对合金组织稳定性以及持久性能的影响机理.研究结果表明:两种不同Al含量的合金经完全热处理后,5.7Al合金与6.1Al合金的γ'相尺寸相当,和5.7Al合金相比,6.1Al合金...     

Re和Ta对抗热腐蚀单晶高温合金900℃长期时效组织稳定性的影响

开展了不同Re和Ta含量抗热腐蚀单晶高温合金900℃长期时效的实验研究,定量分析了0～7500 h时效过程中γ′形貌、尺寸的演化和拓扑密排(TCP)相析出规律。结果表明,2Ta2Re、5Ta0Re、5Ta2Re、8Ta0Re和8Ta2Re 5种合金中,随Ta和Re含量增加,γ′相尺寸变小,且γ′相粗化速率变慢,粗化速率分别为:1.445×10-5、1.569×10-5、1.390×10-5、1.465×10-5和1.384×10-5μm3/h。提高Ta和Re的含量可以降低合金的有效扩散系数并增加扩散激活能,从而降低粗化速率,其中Re的作用更显著。时效2000 h后,含Re合金依次析出了TCP相,高Ta含Re合金析出较严重。Ta和Re交互作用影响了γ和γ′两相元素的分配行为,其中8Ta2Re合金Ta进入γ′相使其晶格常数变大的同时,也促进了Re、W、Cr等元素在γ基体中的分配,促进TCP相析出。     

热力耦合对一种第四代镍基单晶高温合金1100℃蠕变组织演变的影响

以一种第四代镍基单晶高温合金为研究对象,采用变截面蠕变试样,在1100℃、43~96 MPa条件下进行200 h蠕变中断实验,利用SEM和TEM观察了微观组织演变规律,利用同步辐射高能XRD和EPMA分析了高温低应力条件下镍基单晶高温合金的蠕变组织演变。结果表明:随着应力的增大,镍基单晶高温合金的γ′相体积分数降低,筏化程度增大且筏排厚度下降,同时,γ相通道宽度逐渐增大,而γ/γ’两相界面位错网间距逐渐减小。固溶强化元素Re、Mo和Cr等在γ相中的富集导致γ/γ’两相错配度绝对值增大。蠕变过程中γ’相体积分数降低和γ’相筏排厚度减小显著降低了合金的强度。另外,位错在γ′相溶解所导致的弯曲相界处的塞积,使位错易于切入γ′相,也是镍基单晶高温合金室温硬度下降的重要原因。     

扫描电镜下一种镍基单晶高温合金 长期时效过程中的界面位错演化

利用场发射扫描电镜观察分析了一种镍基单晶高温合金在长期时效处理过程中的位错网演化过程.结果 表明:在1100℃时效过程中合金γ/γ'界面形成了大量界面位错,界面位错反应形成位错网.随着长期时效时间的增加,界面位错网的间距逐渐减小.随着位错反应的进行,部分初始为四边形的界面位错网逐渐转化为八边形,最后形成方形位错网.界面...     

一种第三代单晶高温合金的组织稳定性与持久性能

针对第三代单晶高温合金研制过程中析出少量拓扑密排相(TCP相)和中温性能偏低的问题,采用电子空位数计算,确定了对合金组织稳定性影响最显著的元素为Al,通过将Al含量降低0.4%,合金在1100℃、1000 h长期时效后完全无TCP相析出,实现了合金良好的组织稳定性。根据中温变形机制,认为合金中温持久性能偏低的原因为合金层错能偏低。确定合金成分的优化方案为在Al含量降低0.4%的基础上,少量降低Re和Co的含量以提高合金的层错能,通过将Re和Co含量分别降低0.25%和1%,合金在760℃、800 MPa的持久寿命由40 h提高到150 h,且合金的高温持久性能保持不变。在此基础上,确定了组织稳定且中/高温性能平衡的一种第三代单晶合金的最佳成分,并讨论了稳定合金组织和提高中温蠕变性能的原因。     

一种镍基第三代单晶高温合金的横向拉伸性能

在760℃到1100℃条件下,研究了一种镍基第三代单晶高温合金的横向拉伸性能。采用光学显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)与扫描透射电子显微镜(STEM)观察了合金的显微组织与断口形貌。结果表明：随着温度的升高,合金的拉伸强度降低,而拉伸延伸率增加。在760℃与850℃条件下的拉伸断裂均为类解理断裂。在980℃,1070℃和1100℃条件下,试样断口出现了反映凝固方向的枝晶形貌特征,且随着温度的升高枝晶形貌在断口上的面积增加。在980℃条件下,拉伸断裂为类解理断裂与韧窝断裂的混合断裂。在1070℃与1100℃条件下,拉伸断裂均为韧窝断裂。随着温度的升高,塑性变形过程中开动了更多滑移系,导致形成了不同的位错形貌。760℃拉伸,合金中出现了高密度大致平行分布的a/2<110>位错;980℃拉伸,合金中出现了位错缠结;1100℃拉伸,合金中形成了位错网络。     

W对第三代单晶高温合金抗氧化性能的影响

采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)等方法研究了不同W含量的3种试验单晶高温合金在1100℃的恒温氧化行为。结果表明:8%W合金氧化增重最大,6%与7%W的增重量相当,3种合金氧化动力学曲线近似遵从抛物线规律。试验合金氧化100 h后氧化膜剥落严重,8%W含量试验合金表面氧化膜剥落较6%和7%W合金严重,氧化膜由3层构成:最外层主要为(Ni,Co)O;中间层主要为氧化物和尖晶石相;最内层是连续的A1_2O_3层。在合金基体形成了γ'贫化层。在本合金体系下,随W元素含量变化,改变了试验合金1100℃氧化机制,在合金设计时,兼顾合金高温强度与抗氧化性能,应选择W含量不超过7%为宜。     

隔热挡板厚度对DD6单晶高温合金凝固组织的影响

单晶凝固过程中隔热挡板的控制对温度梯度及温度场均匀性有重要影响,进而会影响到单晶凝固组织,因此需要对隔热挡板进行研究。采用第二代单晶高温合金DD6,研究了不同厚度隔热挡板对DD6单晶高温合金凝固组织的影响。结果表明,随着隔热挡板厚度增加,单晶凝固过程中温度梯度降低,但晶体生长方向与[001]偏离度变小。此外,随着隔热挡板厚度增加,DD6单晶高温合金一次枝晶间距增大,γ-γ′共晶含量和尺寸增加,枝晶干与枝晶间的铸态γ′尺寸略有增加,合金主要元素偏析加大。     

螺旋选晶器结构对CMSX-4高温合金单晶铸件晶向的影响

采用不同结构的螺旋选晶器制备了CMSX-4高温合金单晶试棒,并对制备过程进行了模拟和试验验证,探讨了改进螺旋选晶器起点位置对选晶效果的影响。结果表明,采用常规的中心选晶器选出的晶粒并非起始于起晶段的中心,导致最终单晶铸件的晶向无法达到最优,而采用改进的偏心结构选晶器则使得起晶段中心区域晶向最好的晶粒更容易被选取。因此,采用偏心选晶器能够获得更小的一次晶向偏离和更高的选晶成功率。     

单晶高温合金异形铸件中的雀斑研究

对复杂形状的异形单晶高温合金铸件中产生的雀斑现象进行了研究。结果表明,由于环状排列的铸件内外两侧凝固条件的差别,造成了雀斑缺陷的不对称分布。从整体上来看,所有的表面雀斑都出现在传热条件较差的铸件内侧,而温度梯度和冷却速率较高的铸件外侧则没有雀斑。从局部来看,所有雀斑都产生在铸件外凸的棱角或弧面,而不是内凹处,其原因在于糊状区液体流动的附壁效应会在外凸部位产生叠加,促进雀斑形成。另外,在铸件内部也发现了雀斑,说明雀斑也会成为单晶高温合金铸件的内部缺陷。     

DD6单晶高温合金凝固特性研究

利用等温凝固淬火法、光学金相技术、定量金相技术以及扫描电镜、能谱分析等方法,研究了Re含量为2%的DD6单晶高温合金的凝固特性,结果表明,合金凝固过程中所析出相依次为γ相→MC相→共晶γ′→枝晶间γ′→枝晶干γ′,DD6合金的固-液相温度范围（ΔT）、有效结晶温度范围（ΔT2）和F值（枝晶间失去补缩能力温度下的液相体积分数）较小,铸造性能较好。     

能量约束的单晶高温合金激光外延修复试验研究

针对单晶高温合金激光外延修复层中常常出现\"杂晶\"的问题,提出能量约束的单晶高温合金激光外延修复工艺,并研究了激光功率和单晶母材宽度对修复层形貌与组织结构的影响。结果表明,能量约束的单晶高温合金激光外延修复层内几乎保持完全的定向外延生长枝晶,\"杂晶\"出现的概率大大降低。在优化参数下,修复层内获得连续的定向外延枝晶,单层厚度达到1 220μm。随着激光功率升高,修复层厚度有所增加;在光斑直径和激光功率相同的条件下,随着单晶母材宽度的增加,修复层厚度先增加后减小,并呈现\"扁平化\"特征。当母材宽度为3mm时,修复层内呈现明显的流线特征,结合高速摄像照片,观察发现激光熔覆时熔池内金属从中心底部向表面流动,随后向四周扩散,最终沿着熔池底部回流至中心底部,如此反复。     

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1 100℃、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。     

镍基高温合金单晶叶片凝固组织模拟

采用CAF模型对DZ445高温合金单晶叶片定向凝固组织进行了数值模拟,在CAF模型中分别采用高斯分布连续形核模型和扩展KGT模型描述晶粒形核和枝晶尖端生长速率,研究了组模方式和抽拉速率对叶片凝固组织的影响。结果表明,倾斜组模可消除缘板杂晶,但可能会引入新的杂晶;抽拉速率越小越易形成单晶,抽拉速率越大越易形成杂晶;分段变速抽拉可消除缘板杂晶,但变速的位置距缘板应保持一定距离,此距离随叶片尺寸和抽拉速率而发生变化。     

Al、Ti、Ta对镍基单晶高温合金组织和性能的影响

利用ISP 05 DS/SC定向单晶炉拉制单晶试棒,研究了Al、Ti、Ta含量对镍基高温合金组织和性能的影响。研究结果表明,铸态组织中Al、Ti、Ta主要分布于γ′相中。Al、Ti、Ta含量的提高可以提高Co、Cr、Mo在γ基体中的溶解度,同时,随着Al、Ti、Ta含量的提高,合金的固溶温度提高,错配度增大,γ′增强相的形貌也由椭球形转为方形。高温持久试验结果表明,Al、Ti、Ta含量的增加可以提高合金的持久寿命。     

镍基单晶高温合金一次枝晶间距的统计研究

采用籽晶法制备了3种[001]取向的镍基单晶高温合金。通过正方形估算法和直接测量法统计了合金不同凝固高度的一次枝晶间距。该方案消除了晶界和晶体学取向对一次枝晶间距的影响。随着凝固高度升高,3种合金的一次枝晶平均间距逐渐增大。两种统计方法的一次枝晶平均间距相近,说明两种方法的精度均较高。此外,3种合金的一次枝晶间距在较大的范围内变化,且呈正态分布。3种合金的一次枝晶间距上限是下限的5.4～8.5倍。