固溶处理参数对一种单晶高温合金微观偏析的影响

采用液态金属冷却法,对一种含4wt.％Re的单晶高温合金进行高温度梯度定向凝固试验,并通过改变固溶处理温度和时间对其进行多步固溶处理.结果表明:高温度梯度定向凝固可以显著地细化枝晶,降低Re、W、Ta等难熔元素的枝晶偏析;溶质的特征扩散距离也随枝晶的细化而减小,经多步固溶处理后,合金各组元的残余偏析程度显著降低;此外,适当提高固溶热处理温度,可以起到减轻枝晶偏析的作用.     

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。     

固溶热处理对含碳镍基单晶高温合金AM3组织和偏析的影响

研究了不同固溶处理工艺对含0.045%（质量分数）碳的AM3镍基高温合金组织和元素偏析的影响。采用光学显微镜和扫描电镜对组织和γ''相进行了观察分析。采用电子探针对元素偏析进行了测试分析。结果显示,合金的初熔温度为1305 ℃,在对试样进行1305 ℃/6 h固溶处理前,对其先进行1300 ℃/3 h的均匀化处理可以减少初熔组织的出现,并能使得初熔温度提高约5 ℃。随着固溶温度的提高和固溶时间的延长,γ''相的体积分数和尺寸显著增大,元素Cr、Co、Mo、W和Al的偏析系数接近均值1。随着固溶时间的延长,初熔组织的出现阻碍了Ti的偏析。最佳的固溶处理工艺为1300 ℃/3 h+1305 ℃/6 h/空冷+1080 ℃/6 h+870 ℃/20 h/空冷。热处理后的AM3单晶高温合金枝晶组织完全消失,γ''相立方度更好,尺寸达到454 nm,并且体积分数为66.05%。元素Cr、Co、Mo、W、Al和Ti的偏析程度均有所降低。     

一种含Re单晶镍基合金的中温蠕变行为及影响因素

通过对合金进行不同温度的固溶处理、蠕变曲线测定及组织形貌观察,研究了热处理工艺对4.5%Re镍基单晶合金中温蠕变行为的影响。结果表明:随着固溶温度提高,可降低元素的偏析程度,提高合金的蠕变性能。在760℃/800MPa条件的蠕变期间,合金中γ′相不形成筏状组织,但在近断口区域,立方γ′相的扭曲程度增加。合金在蠕变期间的变形特征是位错在基体中运动和剪切γ′相,其中,切入γ′相的<110>超位错可由{111}面交滑移到{100}面,形成K-W锁,而切过γ′相的<110>超位错在{111}面发生分解,可形成(1/3)<112>超肖可莱不全位错+层错的位错组态,阻碍位错运动和抑制位错的交滑移。     

固溶温度对镍基单晶合金蠕变性能的影响

根据差热曲线分析制定出合金的热处理工艺,结合蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了固溶温度对一种高W镍基单晶合金蠕变性能的影响。结果表明：铸态合金中存在明显的枝晶成分偏析,其中元素Al、Ta、W富集于枝晶干,元素Mo、Cr、Co等富集于枝晶间。采用不同温度固溶处理,合金具有不同的蠕变寿命。当固溶温度提高到1 325℃时,可使合金成分的均匀化程度提高,难溶元素得到充分扩散,可降低合金中枝晶干/间的成分偏析,并显著提高合金的蠕变抗力。与1 310℃固溶处理相比,合金经1 325℃高温固溶处理后,在1 072℃、137 MPa条件下的蠕变寿命由35 h提高到48 h。     

一种单晶镍基合金蠕变初期的位错组态

利用ＴＥＭ研究了单晶镍基合金平行于应力轴的（１００）晶面拉伸蠕变初期的位错组态,表明：形变特征是错在γ相八面体滑移系中运动,在基体通道中,１／２〈１１０〉型位错运动相遇,发生反应而增殖;由于（１００）晶面的基体通道受压应力,位错运动阻力大,密度小,位错运动多以交滑移和Ｏｒｏｗａｎ弓入方式进行;当受拉应力通道中弓出的位错环经交滑移进入压应力通道后,入口两侧被钉扎,位错可定向弓入成为形貌类似于双端Ｆ－     

热处理工艺对镍基单晶合金性能的影响

通过能谱分析和拉伸蠕变试验研究了热处理工艺对1.8Re-4.0W镍基单晶合金性能的影响.试验结果表明,合金的最佳固溶处理温度为1320℃;合金经1280℃×4h空冷均匀化处理,1320C×4h空冷固溶处理,再1080℃×4h空冷时效和870℃×8h3次时效后,在1072℃、137 MPa条件下的蠕变寿命达221 h.该...     

Re对单晶镍基合金蠕变行为的影响

通过对有Re和无Re单晶镍基合金进行蠕变性能测定,结合组织形貌观察,研究了Re对单晶镍基合金蠕变行为的影响.结果表明,Re可有效提高合金的高温蠕变抗力,与无Re单晶合金相比较,加入2%的Re后,可使合金在高温低应力条件下的蠕变寿命有较大幅度的提高,计算出2%的Re合金在稳态蠕变期间的蠕变激活能Q=478.6 kJ/mol,应力指数n=5.1.合金在蠕变初期的变形特征是(1/2)<110>位错在基体通道中滑移,运动位错相遇发生位错反应,在γ、γ'两相界面处形成位错网,可提高合金的蠕变抗力.蠕变后期,合金的变形机制是<110>超位错切入筏状γ'相内.     

一种4.5%Re单晶镍基合金的中温蠕变行为

通过对合金进行不同温度的固溶处理、蠕变曲线测定及组织形貌观察,研究了热处理工艺对4.5%Re镍基单晶合金中温蠕变行为的影响。结果表明:提高合金的固溶温度,可降低合金中元素的偏析程度,提高合金的蠕变性能。完全热处理后单晶镍基合金的组织结构由立方γ’相以共格方式嵌镶在γ基体所组成,在760℃/800 MPa条件下的蠕变期间,合金中γ’相不形成筏状组织,但在近断口区域,立方γ’相的扭曲程度增加。在施加的温度和应力条件下,合金具有良好的蠕变抗力和较长的蠕变寿命。合金在蠕变期间的变形特征是位错在基体中运动和剪切γ’相,其中,切入γ’相的<110>超位错可由{111}面交滑移到{100}面,形成K-W锁,而切过γ’相的<110>超位错在{111}面可发生分解,形成(1/3)<112>超肖可莱不全位错+层错的位错组态,阻碍位错运动和抑制位错的交滑移,是使合金具有良好蠕变抗力的主要原因。     

固溶温度对DD416镍基单晶高温合金组织及拉伸性能的影响

研究了固溶处理温度对一种高强低密度第一代的镍基单晶高温合金DD416的组织及拉伸性能的影响。结果表明,铸态试样中存在着明显的成分偏析与元素偏析现象。经过固溶处理后,合金中的成分偏析与元素偏析现象得到明显改善,随着固溶温度的提高,合金中的共晶组织含量逐渐减少。铸态合金中存在的孔洞为铸造疏松,在经过固溶处理后,由于元素扩散速率的不同会出现小部分的固溶孔洞,合金中空洞较多也会影响合金性能。通过对760℃高温拉伸数据可以看出,合金的拉伸性能在经过热处理后得到较为明显的提高,随着固溶温度的提高,合金的抗拉强度和屈服强度有所提高,合金的断后伸长率和断面收缩率也有着较为显著的增加,即经过固溶处理+时效处理后,随着固溶温度的提高,合金的强度与塑性得到改善与提高。     

单晶镍基合金的蠕变特性及影响因素

通过对（００１）取向单晶镍基合金蠕变曲线和位错运动内磨擦力的测定及能谱微区成分分析,研究了两种合金的蠕变特性。结果表明：在１０００℃和１２０ＭＰａ条件下,两合金位错运动的内摩擦力值相近,随温度的升高,两合金的内摩擦力差值增大;随着提高,不含Ｔａ拾金中γ＇相尺寸和体积分数明显减少,而Ａｌ、Ｔａ元素含量较高的合金中,γ＇相保持较高的体积分数是合金蠕变抗力明显提高的主要原因。     

先进单晶高温合金均匀化-固溶热处理的研究与设计

为设计更适用于先进单晶高温合金的均匀化-固溶热处理制度,研究了不同热处理温度和时间对一种先进单晶高温合金组织的影响。使用金相显微镜和场发射电子显微镜观察合金组织,使用电子探针测试合金元素分布,并分析试验结果。试验发现,当温度直接升至γ′相溶解的实际起始温度1338℃时,合金不会发生初熔;当温度直接升至γ′相溶解的外推初始温度1350℃时,合金中出现了明显初熔,但初熔组织随着保温时间的延长逐渐减少;当温度直接升至较低的1328℃时,合金中虽然没有发生初熔,但均匀化效率明显降低。结合先进单晶高温合金高熔点元素含量较高的特点对试验结果进行热力学和动力学计算与分析,结果表明,单晶高温合金的均匀化-固溶热处理窗口是一个动态的窗口,γ′相完全溶解温度和初熔温度均随着合金均匀化程度的提高而提高;高代单晶高温合金在均匀化-固溶热处理中,不须要将温度始终保持在铸态合金的初熔温度以下,只要保证温度低于合金所在均匀化状态对应的初熔温度即可;均匀化-固溶热处理中,提高每一台阶的温度可以得到的均匀化-固溶效果远优于延长热处理时间可达到的效果。根据试验及分析结果提出了一种适用于先进单晶高温合金的均匀化-固溶热处理制度设计方法,使试验合金在较短时间内得到了理想的合金组织和均匀化效果。     

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．     

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。     

温度对镍基单晶高温合金SRR99持久各向异性行为的影响

为了揭示单晶高温合金SRR99在650-1040°C温度范围内及典型应力条件下的持久各向异性行为,采用扫描电镜和透射电镜对持久实验后试样的断口形貌和微观组织演化进行研究。从Larson-Miller曲线看出,在中低温条件下,[001]取向单晶具有最好的持久性能,而[011]和[111]取向的持久性能相差不大;随着温度的升高,3个主取向的持久性能的差异逐渐缩小,到1040°C时几乎相同。通过断口形貌和组织观察,分析[001]取向单晶持久性能较佳的原因,同时探讨取向偏离度对[001]取向单晶持久性能的影响。     

铸造镍基合金K44的高温蠕变行为

研究了铸造镍基高温合金K44在850——900℃，225—380 MPa的高温拉伸蠕变行为，结果表明，实验合金蠕变曲线具有较短的初始阶段和较长的加速阶段，加速阶段较长是由于筏形化的γ粒子和位错相互作用促成的，加速蠕变为应变软化阶段时，可以由关系式ε=εmin(1 c△ε)exp(n△ε)来描述，蠕变断裂数据遵守Monkman-Grant规律，裂纹起源于晶界或枝晶界的空洞。     

抽拉速率对一种镍基单晶高温合金组织和偏析的影响

研究了抽拉速率对一种镍基单晶高温合金组织和成分偏析的影响。结果表明：随着抽拉速率的提高,一次枝晶间距与二次枝晶间距缩小,γ''相尺寸减小;γ/γ''共晶随着抽拉速率的提高,尺寸变小,但体积分数增加;同时,随着抽拉速率的提高,单晶成分偏析增加。     

镍基单晶合金高温蠕变变形与损伤行为

通过蠕变性能测试和组织观察,研究了镍基单晶合金在高温蠕变期间的变形和损伤行为.结果 表明,该合金在1040℃/137 MPa条件下的蠕变寿命为556 h,表现出优异的蠕变抗力.合金在稳态期间的蠕变特性是位错在γ基体中滑移和攀移越过筏状γ'相.在蠕变后期,合金的变形特征是位错剪切进入筏状γ'相,剪切γ'相的位错可以交滑移...     

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。     

固溶温度对一种定向凝固镍基合金中温蠕变性能的影响

通过对一种定向凝固合金进行不同温度的固溶处理、蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了固溶温度对枝晶臂/间区域的成分偏析及持久性能的影响。结果表明:经1230℃固溶及时效处理后,合金在枝晶干/间区域存在明显的成分偏析和组织不均匀性,粗大γ'相存在于枝晶间区域,细小γ'相存在于枝晶干区域,碳化物呈条状分布在枝晶间区域。合金经1260℃固溶及时效处理后,可明显降低合金中元素的偏析程度,并消除了合金在枝晶间区域存在中的粗大γ'相,使高体积分数细小立方γ'相均匀分布在枝晶间和枝晶干区域,并有细小粒状碳化物沿晶界析出,抑制晶界滑移,因此,可大幅度改善合金的中温蠕变性能。合金在中温蠕变期间的变形特征是位错在基体中滑移和剪切γ'相,并在γ'/γ两相界面形成位错网。蠕变后期,由于沿与应力轴呈45!角的晶界承受载荷的最大剪切应力,故裂纹易于在与应力轴呈45!角的倾斜晶界处萌生与扩展。