Mo含量对一种镍基单晶高温合金显微组织和持久性能的影响

采用螺旋选晶法制备镍基单晶高温合金,研究了Mo含量（质量分数）分别为2％,3％,4％时合金的显微组织和高温持久性能．结果表明：3种成分合金的铸态组织均由γ和γ′相组成．1100℃,500h热暴露后,4％Mo合金中的μ相大量析出并长大,3％Mo合金中只有少量μ相析出,2％Mo合金中不析出μ相．析出的μ相主要由Mo,Re,W,Cr,Co和Nb等元素组成．其中,Mo形成μ相倾向最强;Re,W和Cr次之;Nb和Co最小．大量棒状μ相的析出严重损害了合金的高温持久性能,少量“相不降低合金的高温持久性能．考虑到Mo的固溶强化作用使合金高温持久性能升高,对于Ni-5Cr-10Co-4W-3Re-5.6Al-8Ta-1Ti-0．5Nb基础成分合金,最佳的Mo含量为3％．     

热处理对一种镍基单晶高温合金微观组织和持久性能的影响

研究了不同热处理工艺对一种镍基单晶高温合金的组织和持久性能的影响。结果表明：固溶处理时间越长，合金中的γ′相尺寸越均匀，有利于合金持久性能的提高。1080℃，4h和1150℃，4h时效后空冷获得的γ′相具有尺寸适合、立方度高的特点。2种时效处理对合金中温高应力的持久性能影响不明显，在高温低应力下，经1080℃时效处理的持久寿命略长。     

热处理对一种镍基单晶高温合金组织及性能的影响

研究了热处理工艺对一种镍基单晶合金微观组织及持久性能的影响,并测定了合金微区成分偏析系数.结果表明,经1 260℃/2 h A.C 1 300℃/4 h A.C 1 100℃/4 h A.C 870℃/16 h A.C的热处理明显改善了单晶合金元素的枝晶偏析,合金中γ强化相的尺寸适当、分布均匀,合金获得理想的综合性能.     

一种镍基单晶高温合金持久性能的预测

在Monkman-Grant方程的基础上计算了试验合金的Larson-Miller曲线,对预测的结果与试验结果进行了比较,计算曲线与实测曲线有较好的吻合,证明该方法能够准确地预测试验合金的持久性能。     

热处理对一种抗热腐蚀单晶高温合金组织和持久性能的影响

研究了热处理对一种抗热腐蚀单晶高温合金微观组织及1070 ℃/140 MPa持久性能的影响。结果表明：长时间的均匀化热处理显著降低了元素偏析;随着均匀化时间的延长,微孔面积分数逐渐增加,平均尺寸不断增大,微孔的密度呈先升高后降低的变化趋势;随一级时效温度的升高,γ′相尺寸逐渐增大,γ′相面积分数先增加后减少;合金的持久寿命随一级时效温度的提高先升高后降低,一级时效温度为1100 ℃时,立方状γ′相尺寸约370 nm且正方度较好,γ′相的面积分数最大,持久寿命最高;持久断口具有韧性断裂特征,亚晶界处的碳化物和微孔是引起持久试样断裂的主要裂纹源。     

两种热处理对镍基单晶高温合金CMSX-4微观组织和持久性能的影响

研究了第2代镍基单晶高温合金CMSX-4的标准多级预处理+固溶热处理(多级固溶)和一种超初熔点固溶热处理工艺对其组织、元素偏析和持久性能的影响。结果表明:合金经1280℃/1 h+1290℃/2 h+1300℃/6 h,AC+1140℃/4h,AC+870℃/16 h,AC多级固溶热处理(工艺1)后,元素偏析得到较明显改善,在980℃/250 MPa和1070℃/140 MPa条件下的持久寿命分别为207.50 h和280.84 h。工艺1的固溶热处理过程中形成较多固溶微孔,铸态微孔尺寸增大,这些显微孔洞在持久实验中成为合金的裂纹源,使合金发生微孔聚集型断裂,是CMSX-4合金发生持久断裂的关键原因。合金经1320℃/3 h,AC+1140℃/4 h,AC+870℃/16 h,AC超初熔点热处理(工艺2)后,改善合金元素偏析情况不如工艺1,但采用的固溶处理制度形成的微孔数量较少,持久寿命更高,在980℃/250 MPa和1070℃/140 MPa条件下的持久寿命分别为293.08 h和310.10 h。     

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。     

Al含量对镍基单晶合金组织及持久性能的影响

研究了铝含量对一种镍基单晶合金铸态和热处理态显微组织的影响,测试了单晶合金的高温持久性能,利用金相显微镜、SEM、TEM、XRD等考察了持久断裂试样的微观形貌.结果表明,单晶合金的铸态组织由粗大的γ'、细小的γ'和γ组成,随Al含量的增加,粗大的γ'相数量增多、尺寸增大.固溶处理不能使粗大的γ'完全固溶,持久断裂裂纹主要在粗大的γ'/γ界面产生,并沿γ'/γ界面扩展,严重损伤合金的高温持久性能.     

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.     

Hf含量对DD6单晶高温合金组织和持久性能的影响

研究了Hf含量对DD6单晶高温合金热处理组织和持久性能的影响。结果表明,在本实验研究范围内,随着Hf含量的增加,热处理后合金残余共晶量增加,枝晶干的γ′相尺度无明显变化,枝晶间的γ′相尺度有所减小。在1100 ℃, 140 MPa条件下,随着Hf含量的增加,合金的持久寿命先升高后降低, 持久延伸率先快速增加, 然后慢速增加。讨论了不同Hf含量合金的显微组织与持久性能的关系     

Ti/Al比对镍基单晶高温合金组织和持久性能的影响

研究了Al+Ti原子总量相同、Ti/Al比不同的3种单晶高温合金的微观组织和持久性能,讨论了无Re单晶高温合金中Al和Ti元素的成分设计原则.利用金相显微镜和扫描电镜对铸态和热处理态组织进行观察和分析;利用透射电镜的EDS对合金元素在两相中的分配比和错配度进行测试和分析.结果表明:随着Ti/Al比的增加,合金铸态枝晶间的r'-r共晶含量略有增加;热处理态r'相尺寸略有降低,r'相形貌逐渐规则,错配度略有降低.Ti/Al比的变化对合金的相变温度影响不大.Ti/Al比的变化对合金元素在两相中的分配有明显的影响,高Ti/Al比使合金元素在r'和r中的分配比更偏离于1.随着Ti/Al比的增加,合金的持久寿命逐渐增加.     

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。     

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。     

Re含量对DD15单晶高温合金显微组织和持久性能的影响

在定向凝固炉中制备了3种不同Re含量（5%,6%,7%,质量分数）、其它合金元素相同的第4代单晶高温合金DD15,将其完全热处理后在1100℃长期时效1000 h,在1100℃/137 MPa条件下测试合金的持久性能。研究了Re含量对DD15单晶高温合金组织稳定性和持久性能的影响。结果表明,随着Re含量增加,γ′相尺寸减小,其体积分数和立方化程度稍有增加,长期时效时γ′相粗化、筏排化速率和TCP相析出量增加,合金的组织稳定性降低。合金的持久性能随着Re含量增加而显著降低。3种断裂试样中均发现了TCP相,其含量随着Re含量增加而增多,这是合金持久性能随Re含量增加而降低的主要原因。γ/γ′相界面位错网密度随着Re含量增加而增加。Re元素在γ基体中有强烈的偏析倾向,分配比随Re含量增加而显著升高。随着Re含量增加,合金的晶格错配度向负方向增加。     

稀土Y对单晶高温合金组织和高温持久性能的影响

在高温度梯度真空定向凝固炉中,采用螺旋选晶法制备了不含Y和含0.01%Y的两种单晶高温合金,研究了稀土Y对单晶高温合金组织以及在980℃/300 MPa条件下持久性能的影响。结果表明,添加微量稀土Y后,单晶高温合金的固相线和液相线降低,合金的一次枝晶间距有减小趋势,铸态和热处理γ′相均有所减小。在1100℃时效200 h后,不含Y和含Y合金都发生了γ′相的长大粗化以及少量针状TCP相的析出,而含Y合金的γ′相粗化程度较轻,Y对TCP相的析出无明显影响。添加微量稀土Y后,合金的高温持久性能提高。最后讨论了加入稀土Y提高单晶高温合金持久性能的原因。     

Effect of Heat Treatment on Microstructure and Stress Rupture Properties of a Ni-Mo-Cr-Fe Base Corrosion-Resistant Superalloy

The influences of heat treatment and test condition on the microstructure and stress rupture properties of a Ni-Mo-Cr-Fe base corrosion-resistant superalloy have been investigated in this paper. Optical microscope and scanning electron microscope were employed for the microstructure observation, and X-ray diffraction, electron probe micro-analyzer, and transmission electron microscope were used for phase determination. It was found that the grain size increased and the volume fractions of initial M₆C carbides decreased along with the increase in solution treatment temperature. When tested at 650 °C/320 MPa, the stress rupture lives decreased with the increase in solution treatment temperature, but the stress rupture lives increased slightly at first and then decreased for the samples solution heat treated at 1220 °C when tested at 700 °C/240 MPa. The elongations showed the descendent trends under these two conditions. The stress rupture life and elongation for the aged samples all showed a noticeable improvement at 650 °C/320 MPa, but there was no noticeable improvement at 700 °C/240 MPa. The reasons can be attributed to the grain size, test conditions, and the initial and secondary carbides.