应用d—电子合金设计理论发展新型抗热腐蚀单晶镍基高温合金 Ⅰ.相稳定性临界条件的确定

为应用d-电子合金设计理论(或新相分计算法(New PHACOMP))设计发展新型抗热腐蚀单晶高温合金,首先对高Cr抗热腐蚀IN738LC系列合金Ni—16Cr—9.5Al—4.0Ti-8.0Co—0.55Nb—0.06Zr—0.05B—0.47C-Ta—W—Mo(at-％)的相稳定性进行了综合评价得出抑制σ相析出的稳定性临界条件为Mdt<0.991或Mdγ<0.93同时证明这两个临界电子参数具有等价性,可以用Mdt代替Mdγ简化合金设计过程.这一结果可适用于其它高Cr系列抗热腐蚀镍基合金的d-电子合金设计     

APPLICATION OF d-ELECTRON ALLOY DESIGN THEORY TO DEVELOPMENT OF HOT CORROSION RESISTANT Ni-BASE SINGLE CRYSTAL SUPERALLOYS——Ⅱ. Effects of Refractory Metals Ti, Ta and Nb on Microstructure and Properties

本文系统地研究了Ti,Ta和Nb三个γ′形成元素在抗热腐蚀合金系统Ni-16Cr—9Al-4Co—2W—1Mo—Ti-Ta—Nb(at-％)中的作用该合金系统是根据d-电子合金设计理论和镍基高温合金合金化的特点选出的根据DTA和图象仪分析结果确定了凝固反应温度以及共晶(γ+γ′)体积分数在Ti-Ta—Nb浓度三角形中的等值线分布,与参考合金IN738LC相比较,在所研究的大部分成分范围内,设计合金表现出很低的共晶(γ+γ′)析出(<0.4v-％),较低的凝固范围(<65℃)和较宽的热处理温度范围(>100℃),说明合金具有良好的组织稳定性,单晶铸造性能和热处理工艺性能.经长期时效(900℃/500h)后,无TCP相析出,在很宽的成分范围内,试验合金表现出良好的抗热腐蚀性能(900℃/24h坩埚试验,失重<20mg/cm~2)综合各项结果,给出了可供选择合金成分进行最后单晶生长及力学性能评价的具有较好综合性能的成分范围     

应用d—电子合金设计理论发展新型抗热腐蚀单晶镍基高温合金——Ⅱ合金元素对显微组织和性能的影响

本文系统地研究了Ti,Ta和Nb三个γ′形成元素在抗热腐蚀合金系统Ni-16Cr—9Al-4Co—2W—1Mo—Ti-Ta—Nb(at-％)中的作用该合金系统是根据d-电子合金设计理论和镍基高温合金合金化的特点选出的根据DTA和图象仪分析结果确定了凝固反应温度以及共晶(γ+γ′)体积分数在Ti-Ta—Nb浓度三角形中的等值线分布,与参考合金IN738LC相比较,在所研究的大部分成分范围内,设计合金表现出很低的共晶(γ+γ′)析出(<0.4v-％),较低的凝固范围(<65℃)和较宽的热处理温度范围(>100℃),说明合金具有良好的组织稳定性,单晶铸造性能和热处理工艺性能.经长期时效(900℃/500h)后,无TCP相析出,在很宽的成分范围内,试验合金表现出良好的抗热腐蚀性能(900℃/24h坩埚试验,失重<20mg/cm~2)综合各项结果,给出了可供选择合金成分进行最后单晶生长及力学性能评价的具有较好综合性能的成分范围     

APPLICATIONS OF d-ELECTRONS ALLOY DESIGN THEORY TO DEVELOPMENT OF HOT CORROSION RESISTANT Ni－BASE SINGLE CRYSTAL SUPERALLOYS Ⅲ. Characterization of Properties

根据ｄ－电子合金理论研究了合金系统Ｎｉ－１６Ｃｒ－９Ａ１－２Ｗ－１Ｍｏ－４Ｃｏ－Ｔｉ－Ｔａ－Ｎｂ（ａｔ．－％）的热腐蚀行为。选择了最佳成分范围内的４种成分进行单晶生长及性能评价。确定了性能匹配最佳的合金成分（ａｔ．－％）为：Ｎｉ－１６Ｃｒ－９Ａ１－２Ｗ－１Ｍｏ－４Ｃｏ－３．１２５Ｔｉ－０．８７５Ｔａ。完成了整个合金设计过程．该合金抗热腐蚀能力达到或超过ＩＮ７３８ＬＣ，使用温度比ＩＮ７３８ＬＣ高７０－９０℃，其持久强度达到ＣＭＳＸ－２的水平，试验证明ｄ－电子合金设计理论可以用于研制开发高性能抗热腐蚀单晶镍基高温合金．     

一种新型高强抗热腐蚀DZ68镍基高温合金的研究

研究了一种新型高强抗热腐蚀DZ68合金,运用低偏析技术设计了DZ68合金的成分,利用OM,SEM和XRD等研究了DZ68合金铸态、热处理态的微观组织.研究了DZ68合金拉伸、持久性能和抗热腐蚀性能,并与DZ125和IN738合金进行了比较.结果表明:铸态DZ68合金组织由γ,γ′,(γ+γ′)共晶、MC型碳化物和少量硼化物组成,热处理后的组织由γ,γ′,MC和M_(23)C_6型碳化物组成;DZ68合金的拉伸性能和持久性能与DZ125合金相当,抗热腐蚀性能与IN738合金相当,并具有良好的组织稳定性.     

一种新型定向凝固镍基高温合金抗热腐蚀性能的研究

研究了新型定向凝固镍基高温合金DZ68的抗热腐蚀性能,并与K438合金进行了比较.结果表明:热处理态DZ68合金组织中几乎没有(γ+γ')共晶,碳化物尺寸小,其整体组织比较均匀;在热腐蚀过程中发生比较均匀的腐蚀,其外腐蚀层的腐蚀产物主要是(Ni,Co)Cr2O4,内腐蚀层的腐蚀产物主要是Al2O3.热处理态K438合金组织中存在较多的(γ+γ')共晶和数量较多、尺寸较大的长条状碳化物,组织均匀性较差;在热腐蚀过程中发生不均匀腐蚀,其外腐蚀层的腐蚀产物主要是NiO,内腐蚀层的腐蚀产物主要是CrS.两种合金中Ti元素的偏析有促进其它元素偏析的倾向,使合金组织的均匀性恶化,热腐蚀均匀性变差.在本实验条件下,DZ68合金的抗热腐蚀性能略好于K438合金.     

Study of a Novel DS Superalloy DZ142

研究了一种新型定向高温合金DZ142的微观组织,测定了DZ142合金持久性能、抗氧化性能、抗热腐蚀性能并与DZ125L合金进行比较。结果表明:热处理后的DZ142合金组织主要由γ、γ′、(γ+γ′)共晶和MC型碳化物组成;经长期时效处理,合金时效组织中未见有害的TCP相,碳化物类型仍为MC型。DZ142合金的持久性能,高温抗氧化性能和抗热腐蚀性能都优于DZ125L合金。     

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。     

Ru和Cr对镍基单晶高温合金γ/γ′热处理组织演变的影响

通过对6种不同Ru(0—5.1%,质量分数,下同)和Cr(0—5.7%)含量的镍基单晶高温合金1100℃的时效和热处理组织观察与γ/γ′两相的成分分析,研究了Ru和Cr的独立和交互作用对合金元素成分分配比及热处理组织演变的影响.经1100℃/8 h时效后,在枝晶干处,不含Ru和Cr的基础合金γ′相接近球形,Re在该合金γ/γ′两相中的成分分配比较低,错配度接近于0.在基础合金中加入高Ru后,γ′相立方度和Re的成分分配比略有增大,错配度变负;在不含Ru合金与含Ru合金中,随着Cr含量的增大,γ′相的立方度和Re的成分分配比均显著增大,错配度明显变负.1100℃非加载下的长期热处理研究表明:γ′相接近球形且错配度接近于0的合金γ′相形貌稳定,在2000 h内只出现了粗化,没有发生筏排化现象;γ′相呈中间态并且错配度较小的合金γ′相粗化趋势较为明显;γ′相接近立方体形且错配度中等的合金在热处理800 h后形成近似筏排组织;同时加入Ru和Cr,随着Re的成分分配比和错配度的增大,γ′相为立方体形或长方体形的合金筏排化时间提前;其中高Ru中Cr合金热处理200 h就出现筏排化趋势,而错配度最高的高Ru高Cr合金热处理...     

C——Cr合金在3.5％NaCl＋H2SO4溶液中脱铬腐蚀行为

通过金相、扫描电镜(SEM/EXD)，结合X射线衍射(XRD)研究了Cu—Cr合金在3．5％NaCl H2SO4溶液中脱铬腐蚀行为。结果表明，Cu—Cr合金脱铬腐蚀首先发生在Cr相的界面处，并向Cr相内继续扩展，随H2SO4浓度增大及温度升高，其脱铬腐蚀倾向加大。     

Zr(Fe_x,Cr_(1-x))2合金在400℃过热蒸汽中的腐蚀行为

用真空非自耗电弧炉熔炼了3种与锆合金中常见第二相粒子成分相同的合金Zr(Fe_x,Cr_(1-x))_2(x=1,2/3,1/3).研究锆合金中第二相粒子的腐蚀行为.第二相合金的粉末在高压釜中经400℃/10.3 MPa过热蒸汽腐蚀不同时间后,利用XRD和能量过滤TEM对腐蚀产物进行了物相分析,结果表明:Cr对第二相合金的氧化速率有很大的影响,增加Cr含量可以提高第二相合金的耐腐蚀性能;由于Fe和Cr在ZrO_2中的固溶度极低,第二相合金被腐蚀形成ZrO_2时,Fe和Cr被排出并形成α-Fe(Cr)和γ-Fe(Cr),最终腐蚀生成(Fe,Cr)_3O_4.不同成分第二相合金的腐蚀行为不同,会对锆合金氧化膜的显微组织演化产生不同的影响,因而也对锆合金的耐腐蚀性能产生不同的影响.     

Cr含量对CrxMoNbTiZr系高熵合金组织与性能的影响

采用真空电弧熔炼的方法制备了Cr_xMoNbTiZr系高熵合金(x=0, 0.5, 1, 1.5)。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度计以及电化学工作站研究了Cr含量对该高熵合金结构、组织、硬度和耐蚀性能的影响。结果表明,Cr的添加使合金由单相BCC结构转变为富Zr相与富Mo-Nb相的双相BCC结构,随着Cr含量增加,在富Zr相中还有富Cr的Laves相析出;Cr_1.5MoNbTiZr合金具有最高硬度765.53 HV,这是由于第二相析出强化、固溶强化与高熵合金晶格畸变的共同作用;Cr的加入增加了Cr_xMoNbTiZr系高熵合金在质量分数为3.5%NaCl溶液中发生腐蚀倾向,但降低了该系高熵合金的腐蚀速率,同时发现Cr的添加存在一个临界值来保证合金的抗点蚀能力,超过这个临界值合金就会更容易发生点蚀现象。     

NiAl-28Cr-5.8Mo-0.2Hf合金在LiCl-10%Li2O熔盐中的腐蚀行为

利用浸没法腐蚀实验研究了NiAl—28Cr—5．8Mo-0.2Hf(原子分数，％)合金在750℃下，LiCl—10(质量分数，％)Li2O熔盐中的腐蚀行为。该合金是由：NiAl(β)相、Cr(Mo)相和少量的Hf的固溶体相组成。实验结果表明：Cr(Mo)相的腐蚀优先于NiAl相的腐蚀，腐蚀产物为LiCrO2、LiAlO2，反应所形成的腐蚀层是非保护性的，因此腐蚀动力学曲线呈直线。     

Cr25Ni20Si2合金表面复合搪瓷涂层的抗热腐蚀研究

在Cr25Ni20Si2合金上制备了施加Ni中间层的复合搪瓷涂层,研究了Cr25Ni20Si2合金、搪瓷涂层及含镍中间层的复合搪瓷涂层在800℃熔融盐(75%Na2SO4+25%NaCl)下的腐蚀行为和腐蚀机理。试验表明合金在孕育期结束后发生灾难性腐蚀,腐蚀机理主要遵从硫化-碱融模式;未镀镍搪瓷涂层主要以直接脱落丧失保护能力,复合搪瓷涂层则以物理减薄方式缓慢失效。搪瓷涂层使合金的抗热腐蚀能力提高了30%,复合搪瓷涂层可使合金抗热腐蚀能力提高100%以上。这种复合搪瓷涂层是有效的抗热腐蚀涂层。     

DD8及DZ38G合金的热腐蚀研究

用涂Na_2SO_4盐膜法研究了单晶DD8合金、定向凝固DZ38G合金和普通精铸M38G合金在900℃和950℃空气中的热腐蚀行为。结果表明,组织均匀的单晶合金抗热腐蚀性能最好;普通精铸合金在晶界上优先发生硫化和氧化;定向凝固合金中的大块初生γ相聚集区发生严重的加速氧化。     

应用d－电子合金设计理论发展新型抗热腐蚀单晶镍基高温合金──Ⅲ．性能评价

根据ｄ－电子合金理论研究了合金系统Ｎｉ－１６Ｃｒ－９Ａ１－２Ｗ－１Ｍｏ－４Ｃｏ－Ｔｉ－Ｔａ－Ｎｂ（ａｔ．－％）的热腐蚀行为。选择了最佳成分范围内的４种成分进行单晶生长及性能评价。确定了性能匹配最佳的合金成分（ａｔ．－％）为：Ｎｉ－１６Ｃｒ－９Ａ１－２Ｗ－１Ｍｏ－４Ｃｏ－３．１２５Ｔｉ－０．８７５Ｔａ。完成了整个合金设计过程．该合金抗热腐蚀能力达到或超过ＩＮ７３８ＬＣ，使用温度比ＩＮ７３８ＬＣ高７０－９０℃，其持久强度达到ＣＭＳＸ－２的水平，试验证明ｄ－电子合金设计理论可以用于研制开发高性能抗热腐蚀单晶镍基高温合金．     

三种β-NiAl相材料的短期热腐蚀行为比较研究

在Ni-30Al(mass%,下同)和Ni-20Cr-10Al铸态合金上进行粉末包埋渗铝,分别得到纯β-NiAl相涂层和β-(Ni,Cr)Al相涂层.在这两种渗铝试样和铸态Ni-20Cr-13Al合金(含β-NiAl、γ′-Ni3Al、α-Cr相)上涂覆了硫酸钠薄膜,进行900℃热腐蚀测试.经过10小时热腐蚀测试后,三种试样表面均生成Al2O3膜.腐蚀动力学分析表明,Cr对提高材料的抗热腐蚀性能是有益的;Ni-20Cr-10Al渗铝涂层试样的增重最低,仅为铸态Ni-20Cr-13Al合金试样增重的80%左右,Ni-30Al渗铝涂层试样增重的50%左右.     

α-Cr precipitation behavior and its effect on high Cr-containing superalloys

为了对不同Cr含量高温合金中α—Cr相析出行为进行对比研究，优化高Cr合金中α—Cr相的组织形态，通过微观分析手段对不同Cr含量的GH169，GH625，GH648及两种高Cr实验合金进行α—Cr相析出行为的对比分析，同时通过特殊热处理对高Cr合金α—Cr相组织优化进行了初步研究．结果表明，Cr含量低于25％的GH169和GH625合金在标准热处理后均没有α—Cr相析出，但经过长期时效后α—Cr相依附于δ相和M6C的界面析出；而Cr含量大于30％的GH648合金以及更高Cr含量的两种实验合金，α—Cr相已直接从奥氏体基体中析出，并有不同的析出存在形态，随Cr含量增加，α—Cr相从短棒状和颗粒状向长片条状和层片状的析出方式变化．同时，通过特殊热处理优化α—Cr相组织分布形态，获得细小弥散分布的α—Cr相，为高Cr合金的发展奠定研究基础，     

两种低偏析镍基高温合金抗热腐蚀性能的研究

研究了DZ68和K438G合金在900℃、75%Na2SO4 25%Nacl熔盐中的热腐蚀行为.结果表明,低偏析DZ68合金成分、组织均匀,腐蚀过程中发生均匀腐蚀;K438G合金成分不均匀,组织中存在共晶相,腐蚀过程中发生局部腐蚀.两种合金内腐蚀层腐蚀产物相同,外腐蚀层腐蚀产物不同.在本文试验的条件下,组织成分均匀的DZ68合金的抗热腐蚀性能略好于含Cr较高的K438G合金.     

β-γ高Nb-TiAl合金组织转变及拉伸性能研究

本文研究了β稳定元素Cr和Mn的掺杂对高Nb-TiAl合金的组织、相组成、凝固路径及室温、高温拉伸性能的影响。实验结果表明,Ti-45Al-8Nb-0.4B（原子分数,%,下同）合金中分别加入2Cr、2Mn或1Cr1Mn后,铸态组织中B2相逐步增加,而α2相逐步减小。1Cr1Mn合金转变为由γ+B2两相组成的新型β-γ高Nb-TiAl合金。凝固路径由L→β→β+α→α+γ+β→α2+γ+B2转变为L→β→β+γ→B2+γ。Cr和Mn的同时添加具有更明显的β相稳定作用。室温拉伸结果表明,随着B2相含量的增加,合金的强度与延伸率均降低。而在900℃条件下,合金延伸率出现先降低后升高的现象。这说明,高温下合金中β相含量达到一定程度时（本研究为14.4 %）,有利于协调变形。