DD6单晶高温合金二次γ’相的析出

研究了DD6单晶高温合金二次γ’相的析出规律和二次γ’相对持久性能的影响。结果表明:DD6合金固溶保温后炉冷,基体通道内有细小的二次γ’相析出;固溶后1120℃/4 h一次时效空冷,基体通道内有大量的二次γ’相析出;固溶后1120℃/4 h一次时效炉冷,基体通道内没有二次γ’相析出;固溶并一次时效后在870℃二次时效过程中,随保温时间增加二次γ’相逐渐溶解,32 h时效后二次γ’相完全消失,在随后空冷过程中没有二次γ’相析出。基体通道内的二次γ’相阻碍基体中位错的运动,促使位错剪切一次γ’相,因此基体通道内的二次γ’相降低DD6合金760℃/785MPa持久寿命;DD6合金标准热处理后,基体通道内的二次γ’相消失,760℃/785 MPa持久寿命显著提高。     

镁合金铸轧过程中表面点状偏析形成机制

研究了DD6单晶高温合金二次γ'相的析出规律和二次γ'相对持久性能的影响.结果表明;DD6合金固溶保温后炉冷,基体通道内有细小的二次γ'相析出;固溶后1120℃/4 h一次时效空冷,基体通道内有大量的二次γ'相析出;固溶后1120℃/4h一次时效炉冷,基体通道内没有二次γ '相析出;固溶并一次时效后在870℃二次时效过程中,随保温时间增加二次γ'相逐渐溶解,32 h时效后二次γ'相完全消失,在随后空冷过程中没有二次γ '相析出.基体通道内的二次γ'相阻碍基体中位错的运动,促使位错剪切一次γ'相,因此基体通道内的二次γ'相降低DD6合金760℃/785MPa持久寿命;DD6合金标准热处理后,基体通道内的二次γ'相消失,760℃/785MPa持久寿命显著提高.     

K439B铸造高温合金800℃长期时效组织与性能演变

对K439B合金开展800℃、3000 h长期时效,研究合金显微组织及力学性能的演变,分析室温拉伸及815℃、379 MPa持久性能的变形机制。结果表明：热处理态K439B合金中的γ’相呈球状,晶界存在MC及M₂₃C₆ 2种碳化物,而枝晶间仅存在MC碳化物。在800℃长期时效过程中,γ’相的粗化遵循Ostwald熟化机制且形貌趋于立方化,γ′相粗化速率为71.7 nm³/h;晶界和枝晶间MC碳化物发生退化,M₂₃C₆碳化物析出含量逐渐增加。时效3000 h后晶界γ’相与M₂₃C₆碳化物存在■的位向关系。热处理态合金的室温抗拉强度和屈服强度分别为1159.0和911.5 MPa,815℃、379 MPa持久寿命为150.4 h。长期时效后γ’相尺寸增加使得位错的运动方式由以位错在基体中滑移为主向位错切入γ′相为主转变,γ′相中出现了更多的堆垛层错,合金室温拉伸强度和815℃、379 MPa持久寿命均降低。     

长期时效对两种低Re镍基单晶高温合金显微组织和持久性能的影响

采用扫描电镜和蠕变试验机研究了长期时效对两种低Re镍基单晶高温合金(1.0Re和1.5Re合金)显微组织和持久性能的影响。结果表明：在980℃/1000 h的长期时效处理过程中，合金的γ′相发生粗化和连接，1.0Re合金粗化速率略大于1.5Re合金。980℃长期时效过程中两种合金均未析出TCP相，均表现出较好的组织稳定性。持久性能测试表明：200 h长期时效后1.0Re和1.5Re合金在1038℃/172 MPa的持久寿命较热处理态分别提高了16.8%和13.3%;随着长期时效时间的延长，持久寿命略有下降，长期时效1000 h后，1.0Re和1.5Re合金的持久寿命较热处理态分别下降了15.8%和14.9%。3种状态下两种合金持久寿命均相近，说明用0.5%W代替0.5%Re后起到相同的强化效果。     

热等静压对单晶高温合金组织和持久性能的影响

在高温度梯度真空定向凝固炉中,采用螺旋选晶法制备了单晶高温合金,再在1180℃/150 MPa条件下对其进行热等静压,然后进行标准热处理,研究了热等静压对单晶高温合金组织和不同条件下持久性能的影响。结果表明,合金热等静压后,铸态组织的共晶含量基本保持不变,γ′相尺寸增加,立方化程度增加,γ基体通道变宽。热处理组织的γ′相尺寸稍有减小,立方化程度增加。在760℃/800 MPa和980℃/250 MPa条件下,合金的持久寿命增加;而在1100℃/140 MPa条件下,粒状碳化物的析出导致持久寿命没有提高,与未热等静压的合金持平。     

一次时效温度对单晶高温合金组织和持久性能的影响

在真空定向凝固炉中采用螺旋选晶法制备了一种镍基单晶高温合金,固溶处理后分别采用1080、1120、1160和1200℃不同的温度进行一次时效,然后在相同工艺下进行二次时效,研究一次时效温度对合金组织和1100℃/140 MPa条件下持久性能的影响。研究表明,随一次时效温度升高,γ'相的尺寸增大,体积分数先增加后减少,在较高温度时效后γ基体通道中有细小的二次γ'相析出,立方化程度先增加后因在1200℃下时效后有部分γ'/γ相界面变为锯齿状而降低。随着一次时效温度提高,合金的持久寿命先增加后降低,在1200℃下时效后持久寿命最低。在1080、1120和1160℃时效后,γ'相在持久过程中形成了完善细密的筏排组织,而在1200℃时效后,γ'相在持久过程中形成了非常不规则的粗化组织。合金在1120℃进行一次时效,合金的组织和持久性能最佳。     

Ru对镍基单晶热暴露组织演变及持久性能的影响

对比研究了不含Ru的USTB-F7及添加2.5 wt％ Ru的USTB-F8两种镍基单晶高温合金的组织稳定性和持久性能.标准热处理与1100℃长期热暴露组织研究表明: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;热暴露2000 h后,其形貌仍保持稳定,仅发生粗化而未发生筏排化.Ru的添加使Re元素在γ/γ′中的分配比增大,提高了合金USTB-F8的γ/γ′点阵错配度和γ'相的立方度,从而加速了长期热暴露过程中的筏排化进程,经2000 h热暴露发生了明显的筏排化现象.同时,合金USTB-F7热暴露700 h后在枝晶干处析出了富集Re、W和Cr元素的TCP相,Ru的加入有效地抑制了TCP相的析出,合金USTB-F8直至2000 h仍未析出TCP相.1100℃/140MPa持久性能测试表明,Ru显著提高合金的持久寿命,这与Ru增加合金中的y相体积分数和γ/γ′点阵错配度,促进筏排组织的形成,并减小时效组织中的γ通道宽度有关.     

含Ru镍基单晶高温合金显微组织和持久性能研究

采用扫描电子显微镜、电子探针和持久性能测试等手段,研究了一种含Ru镍基单晶高温合金的显微组织、偏析行为和持久性能。结果表明,铸态下,Re、W和Ta、Al分别强烈偏析于枝晶干和枝晶间,而Ru及其他元素分布趋于均匀。标准热处理后,合金枝晶干处的γ′相均呈立方状,体积分数和尺寸为63%和0.48μm。合金在980℃/250 MPa、1 100℃/140 MPa和1 120℃/135 MPa条件下的持久寿命分别是364 h、125 h、78 h。长期热处理后,γ′相发生长大粗化,至500 h,发生筏排,但未析出TCP相,表明合金具有较好的组织稳定性;至300 h,合金在1 120℃/135 MPa条件下的持久寿命降至56 h。     

热过程对IC21单晶合金组织和力学性能的影响

利用光学显微镜和扫描电镜对IC21单晶合金的铸态、热处理后和不同热过程后的组织进行了观察,检测了铸态、热处理态和不同热过程后合金的高温拉伸和持久性能,研究了热处理和热过程对IC21合金组织演变和力学性能的影响。结果表明,IC21合金的铸态组织呈树枝晶状,由γ′相、γ相以及枝晶间的粗大γ′相和NiMo相组成,枝晶干上γ′相尺寸比枝晶间的γ′相尺寸大。1315 ℃/6 h/充氩冷却+两次时效热处理后合金未实现完全固溶,枝晶干上部分铸态γ′相在固溶时未完全溶解,枝晶间仍存在粗大γ′相,持久性能与铸态相比有明显提升。热过程后,γ′相明显长大,立方度略有降低,枝晶间和枝晶干的γ′相尺寸差距减小,并且有针状相析出。合金的持久寿命与热处理态相比,稍有降低,抗拉强度有所提高。     

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。     

超温对DD6单晶高温合金组织及高周疲劳性能影响

为了研究超温对DD6单晶高温合金组织及高周疲劳性能的影响,对标准热处理的DD6合金进行1200℃/1 h、1200℃/50 MPa/1 h 2种条件高温短时热处理以模拟超温过程。采用SEM观察标准热处理、1200℃/1 h、1200℃/50 MPa/1h条件下的合金组织,在旋转弯曲疲劳试验机上测试了上述3种条件合金的高周疲劳性能。结果表明:1200℃/1 h的超温使DD6合金的γ'相尺寸稍微增大,立方化及均匀化程度明显降低,基体通道区域析出少量细小二次γ'相,γ/γ'相界面出现锯齿化现象;1200℃/50 MPa/1 h的超温使DD6合金γ'相尺寸增大,立方化及均化化程度明显降低,基体通道显著变宽,基体通道区域析出大量细小二次γ'相,γ'相产生了轻微的定向粗化;1200℃/1 h的超温使合金高周疲劳性能降低,1200℃/50 MPa/1 h的超温的合金高周疲劳性能与标准热处理合金的相当,合金800℃条件下的疲劳断口呈类解离断裂特征。     

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。     

DD5合金单晶双联整铸导向叶片的热工艺匹配性

研究了DD5合金单晶双联整铸导向叶片热工艺顺序对组织和性能的影响。结果表明,DD5合金标准热处理后,合金组织由碳化物、残留共晶相和规则立方状的γ'相组成。与标准热处理相比,时效前后的焊接,碳化物形貌和数量无明显变化,γ'相和基体通道尺寸呈不均匀分布,γ'相的立方化程度降低,可见锯齿状的γ'/γ相界面,基体通道可见细小不规则的二次γ'相。与时效后进行钎焊工艺相比,时效前进行钎焊工艺的γ'/γ相界面锯齿化程度较轻,γ'相的立方化程度稍好,对合金870 ℃拉伸性能、980 ℃/250 MPa和1093 ℃/158 MPa持久性能没有明显影响。考虑到叶片研制生产工序的安排,建议DD5合金导向叶片先进行标准热处理,再安排焊接工序。     

LMC法定向凝固抽拉速率对DD488单晶高温合金组织和持久性能的影响

研究了液态金属冷却(LMC)法定向凝固抽拉速率对DD488单晶高温合金组织和980℃/250 MPa持久性能的影响。结果表明:增大抽拉速率能够显著细化合金的枝晶组织,减小铸态共晶含量和γ'相尺寸。同时,随着抽拉速率的增大,标准热处理后的γ通道宽度减小,γ'相体积分数增加。抽拉速率较小时(5 mm/min),合金980℃/250 MPa持久寿命为70.3 h,随着抽拉速率提高至8 mm/min,持久寿命增大到107.5 h。DD488合金持久寿命的提高得益于在较高的抽拉速率下合金标准热处理组织中的γ'相体积分数增加,γ通道宽度减小,并且共晶组织基本消除。     

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。     

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。     

K424合金超温后的显微组织与典型性能

以标准热处理态的K424合金为研究对象,对其进行不同条件的超温热处理(1050~1150℃/2 h+空冷)。对超温后的合金进行975℃/196 MPa条件下的高温持久试验和室温拉伸试验,并对其显微组织和断裂特征进行表征。结果表明:标准热处理后的K424合金经过1050~1150℃超温处理2 h并空冷后,力学性能仅发生轻微降低,其力学性能指标仍明显高于标准规定值。组织表征表明:经过不同温度超温处理并空冷后合金晶粒、晶界和枝晶间γ′相的形貌并未呈现出明显的变化。一次γ′相的立方度提高以及γ通道中二次γ′相析出是合金超温后力学性能仅轻微降低的主要原因。同时,对超温后K424合金的高温和室温断裂机制也进行了讨论。     

Inconel 751合金长期时效过程中γ′析出相的长大行为

对经过标准热处理的Inconel 751合金,在700℃和850℃进行了长期时效处理。对长期时效处理后的合金组织进行了观察,采用Thermo-calc软件对合金γ′相的析出进行了热力学验证计算。结果表明,Inconel 751合金在700℃时效时,γ′相长大较为缓慢,而在850℃时效时γ′相迅速长大;随着时效温度的升高和保温时间的延长,合金中小颗粒γ′相数量减少,单位面积内的γ′颗粒数目减少,大γ′颗粒数目增加,即发生了Ostwald熟化;Inconel751合金中γ′相主要为N i3(A l,Ti),在700℃和850℃时效过程中,γ′颗粒长大受A l和Ti扩散控制。     

热处理冷却速度对IN792合金显微组织及持久性能的影响

研究了热处理冷却速度对IN792合金显微组织及760 ℃/662 MPa持久性能的影响。结果表明,热处理冷却速度对γ′相的析出有显著影响：与炉冷相比,空冷和油冷条件下较快的冷却速度细化了合金二次γ′相尺寸,同时促进三次γ′相的析出,获得了尺寸、形貌不同的两种γ′相相匹配的双态组织。这种组织特点使合金760 ℃/662 MPa的持久寿命由炉冷条件下的118 h提高到空冷条件下的216 h和油冷条件下的245 h,使伸长率由炉冷条件下的8.5%下降到空冷条件下的4.0%和油冷条件下的3.3%。合金经1185 ℃×2 h,AC+1121 ℃×2 h,AC+843 ℃×24 h,AC时效处理,可获得较好的综合性能。     

Ti/Al比对GH984G合金长期时效过程中γ′沉淀相粗化行为及拉伸性能的影响

研究了2种Ti/Al比对新型Ni-Fe-Cr基合金GH984G在长达上万小时高温时效过程中γ′淀相的粗化行为及其拉伸性能的影响规律.结果表明:随时效温度从700℃升高至800℃,球形γ′沉淀相的粗化速率明显增大.在700和750℃长期时效过程中,高Ti/Al比和低Ti/Al比合金γ′沉淀相的粗化行为均符合Lifshitz-Slyozof-Wagner(LSW)理论,受扩散过程控制,高Ti/Al比合金中γ′沉淀相的粗化速率较高.800℃长期时效过程中,2种Ti/Al比合金γ′沉淀相的粗化行为偏离LSW理论.此外,时效时间小于3×103h时,高Ti/Al比合金的γ′沉淀相长大较快,进一步延长时效时间,低Ti/Al比合金的γ′沉淀相长大速率较快.Ti/Al比对合金标准热处理态和700~800℃时效10480 h后合金的700℃拉伸性能无明显影响.通过选取合适的Ti/Al比,可以控制γ′沉淀相的粗化行为,增强合金组织稳定性.