合金元素对Co-8.8Al-9.8W合金显微组织及γ′相转变温度的影响

为了研究Ni,Nb,Ta,Ti和Mo元素对Co-8.8Al-9.8W基合金(摩尔分数,%)显微组织及γ′相溶解温度的影响,借助DSC和SEM等方法研究几种合金元素对合金γ/γ′两相显微组织形貌和γ′相转变温度的影响。结果表明:Ni和Mo元素降低γ′相的溶解温度,而Nb、Ta和Ti元素提高了γ′相的溶解温度,且Ta的提高效果最明显。几种合金化合金经过(900℃,50 h)时效处理后均形成γ/γ′两相组织。Ni和Mo元素能使合金中γ′相形貌由立方形变为近立方形或球形(如2Ni合金),而其他合金元素并没有明显改变γ′相的立方形貌。Ni、Mo与Nb元素使合金中γ′相的体积分数减少,Ni减少的程度较为显著;但Nb、Ta和Ti元素使γ′相保持较高的体积分数。     

Ni对Co-Al-W基合金时效组织演变和γ′相溶解行为的影响

以4种不同Ni含量(15%~45%,原子分数)的新型γ′相强化Co-Al-W基合金为研究对象,通过时效与高温热处理显微组织分析以及显微硬度测试,研究了Ni对相转变温度、γ/γ′两相组织演变、γ′相高温溶解行为和显微硬度的影响.结果表明:随着Ni含量的增加,γ′相溶解温度升高,固相线温度未发生明显变化.4种合金经900℃,50 h热处理后,基体均为γ/γ′两相组织;随着Ni含量的增加,γ′相形貌由立方形逐渐向近似球形转变,γ′相体积分数不断降低.经300 h长时间热处理后,合金的γ′相形貌没有明显改变,γ′相体积分数出现不同程度的降低.对900℃,300 h热处理的合金进行970~1060℃高温处理后,γ′相体积分数随着热处理温度的升高而逐渐减少,并最终全部溶解而消失;低Ni含量(15%和25%)合金和高Ni含量(35%和45%)合金的γ′相形貌分别转变为球形和立方形.900℃,50 h和300 h显微硬度测试结果表明:随着Ni含量的增加,合金的硬度降低;热处理时间的延长使合金的硬度小幅增加.     

合金元素对Co-Al-W合金高温氧化行为的影响

研究新型Co-Al-W合金在800和900℃空气中氧化动力学及元素Mo、Nb、Ta和Ti对合金高温氧化行为的影响。结果表明:在800℃氧化100 h后,Co-8.8Al-9.8W(摩尔分数,%)和Co-8.8Al-9.8W-2Ta合金的质量增加较小,表明其抗高温氧化能力较强;在900℃氧化时,Co-8.8Al-9.8W-2Mo、Co-8.8Al-9.8W-2Nb、Co-8.8Al-9.8W-2Ta和Co-8.8Al-9.8W-2Ti合金的质量增加小于Co-8.8Al-9.8W合金的,表明加入合金元素可以提高合金的抗高温氧化能力;在不同温度下,Co-Al-W合金氧化膜表面出现团聚、开裂和脱落现象;氧化膜分为3层,外层为Co3O4氧化物,中间层为W、Al和合金元素的复杂氧化物,内层为Co和Al的氧化物。从合金氧化动力学曲线来看,在800℃时合金元素增强Co-Al-W合金抗高温氧化能力由强至弱依次为Ta、Ti、Mo、Nb;在900℃时按Ti、Ta、Mo、Nb顺序依次减弱。     

合金元素Nb对电弧熔炼Co-Al-W合金显微组织的影响

利用光学显微镜、XRD和扫描电子显微镜等对电弧熔炼Co-8.8Al-9.8W及Co-8.8Al-9.8W-2Nb合金组织进行观察与分析,研究元素Nb对Co-Al-W合金显微组织的影响。结果表明,Co-Al-W合金的相组成主要为γ相+沉淀析出的γ’-Co3(Al,W)相。Nb的加入有利于γ’相的存在,显著提高Co-Al-W合金的硬度,且细化晶粒。     

钽含量对Co-Al-W合金强化相和高温氧化行为的影响

Co-Al-W合金是一种由γ′-Co3(Al,W)相沉淀强化的新型钴基高温合金,为了研究微合金化元素钽对Co-8.8Al-9.8W(摩尔分数,%)合金强化相和高温氧化行为的影响,运用d电子合金设计理论和XRD分析方法研究Co-8.8Al-9.8W-x Ta(x=0、0.5、1、1.5、2)合金的相组成、γ′强化相的数量及μ相的析出行为;运用SEM和EDAX等方法研究合金高温氧化膜的组成、显微组织结构和元素分布,并计算合金的氧化激活能。结果表明:钽元素含量增加,合金中γ′强化相的数量增多,对μ相析出的抑制程度增加。Co-8.8Al-9.8W-x Ta合金的氧化膜主要由3层组成,最外层主要为钴的氧化物,中间过渡层为钨、铝和钽的复杂氧化物,最内层主要为铝的氧化物。钽元素提高合金氧化膜最内层中铝氧化物的致密性和稳定性。1.5Ta合金的氧化膜具有最佳的致密度和稳定性,氧化激活能最高,抗氧化能力最强。     

Ni含量对Co-8.8Al-9.8W合金相影响的热力学

为了研究Ni元素对新型钴基高温合金析出相的影响,基于JMatPro热力学模拟计算软件对不同Ni含量下Co-8.8Al-9.8W合金(摩尔分数,%)中平衡相析出的热力学行为进行研究。结果表明:随着Ni含量的增加,合金中γ相的析出温度有降低趋势,析出量减少;与0Ni合金相比,25Ni合金γ相析出温度降低了11.63℃,600℃时35Ni合金γ相的析出量较0Ni合金的减少了20.63%。μ-Co7W6相的析出温度升高;与0Ni合金相比,35Ni合金析出温度升高303.73℃,η-Co_3Al相则会消失,而γ′相的析出温度升高,析出量增加;与5Ni合金相比,35Ni合金γ′相析出温度升高392.85℃,600℃时35Ni合金析出量较0Ni合金的增加40.9%。从Ni对平衡相中各元素的影响以及各物相的析出角度来看,随着Ni含量的增加,当γ相析出时固相和液相中各元素的含量相差越来越多,要满足γ相的析出和长大,只有通过降低温度或增加过冷度来实现。从而导致γ相的含量越来越少,析出温度也越来越低。合金中加入的Ni元素以形成γ′相的形式抑制η-Co_3Al相的形成与生长,从而导致η相最后消失。从γ相中析出的W和Al元素分别为μ-Co_7W_6和η-Co_3Al提供形核及生长的条件,但η-Co_3Al相消失以后,从γ相中析出的Al和Ni元素却为γ′相的生成提供了条件,γ′相开始形成并增加。     

钼对Co-8.8Al-9.8W合金组织及其压缩行为的影响

为研究γ′相形态与二次相对Co-8.8Al-9.8W合金塑性变形行为的影响,添加钼(Mo)制备得到具有不同形态的γ′相与二次相的合金,采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)以及透射电镜(TEM)等技术对合金组织形态以及室温压缩行为进行研究。结果表明:Co-8.8Al-9.8W-xMo(x=0, 2)各合金抗压强度与塑性变形能力均处于相同水平,但具有立方状γ′相的0Mo合金的硬度显著高于具有球状γ′相的2Mo合金;0Mo合金在压缩过程中表现为解理断裂,而2Mo合金为准解理断裂;在应力作用下,球状γ′相被位错剪切甚至破坏,出现了断裂和弯曲变形的现象,立方状γ′相的形态则无明显变化;2Mo合金中的富W二次相对位错运动有阻碍作用。     

时效处理对镍基单晶高温合金显微组织和硬度的影响

针对不同γ′相体积分数(30%和60%)、经不同时间时效后(0、100、500和1000 h)的镍基单晶高温合金,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM),并结合纳米压痕试验研究了时效处理对镍基单晶高温合金微观结构和硬度的影响。结果表明,随着时效时间的增加,合金γ′相尺寸逐渐增大。γ′相体积分数为30%和60%的合金中γ′相的形态分别为球形和立方形,γ′相的形态并未随着时效时间增加而发生明显变化;同时,由于60%γ′相体积分数的合金难熔元素含量较高,在时效处理过程中产生了TCP相。时效后,两种沉淀体积分数的合金都呈现出显著的硬化效应,分析认为γ′相强化机制未发生转变。合金在压痕周围的堆积高度随着时效处理时间的增加逐渐增高,而堆积影响的范围逐渐减小。     

W含量对镍基合金显微组织和高温抗拉强度的影响

对不同W含量的镍基高温合金的显微组织和1 100℃的抗拉强度进行了对比研究。结果表明,随着W含量的增加,合金次生γ′相形貌由规则的方块状聚集长大为不规则形状,体积分数由51.1%先增加至61.8%后下降至55.3%,在1 100℃的抗拉强度从405MPa先增至488MPa后降至433MPa。低W含量合金由于次生γ′相的体积分数较少而具有较低的高温抗拉强度,高W含量合金高温抗拉强度下降的主要原因是析出的α(W)相引起的次生γ′相的体积分数的下降。W含量为13.0%和15.5%的合金在1 100℃具有较高的抗拉强度,达440~488 MPa。     

钴基合金Co-Al-W-Ta-Nb的显微组织与高低温力学性能

以新型Co基合金Co-9Al-9W-2Ta为基础,分别用4at%、6at%和9at%的Nb元素替代等量的W(分别称4Nb、6Nb、9Nb合金,无Nb添加的称为0Nb合金),研究Nb含量对合金显微组织和高低温力学性能的影响。结果表明:铸态组织由Co基固溶体γ相和γ+Co3Nb共晶组成(Nb可部分被W和/或Ta取代),随Nb含量提高,共晶组织体积分数增大。1200℃/8h固溶+800℃/100h时效处理后,γ中析出尺寸为数百纳米并与之共格的γ’-Co3(Al,W)相或Co3Nb相,显微组织由γ/γ’组织(0Nb)逐步向γ/γ’/Co3Nb组织(4Nb和6Nb合金)和γ/Co3Nb组织转变(9Nb合金)。合金在600℃开始出现反常屈服,反常屈服强度峰值对应温度大约在700℃。     

Co-9Al-(9－x)W-xMo-2Ta-0.02B (x=4,9)合金的显微组织与高低温拉伸性能

以Co基高温合金Co-9Al-9W-2Ta-0.02B成分为基础,分别添加了4at%和9at%的Mo元素替代W(使W+Mo含量为9at%),用电弧熔炼法制备了Co-9Al-xMo-(9-x)W-2Ta-0.02B合金(x=4,9),分别称为4Mo和9Mo合金,研究了Mo含量及时效温度对合金相组成、显微组织形貌和高低温拉伸性能的影响。结果表明:铸态合金由Co的固溶体γ相基体和金属间化合物γ’相Co3(Al,Me)组成(其中Me为合金元素W、Mo、Ta),γ’相位于γ相界。1350℃/8h固溶+800℃/100h时效处理的4Mo合金γ相中均匀析出了与之共格并规则排列的立方形γ’相Co3(Al,Me),γ’相尺寸为200～300nm;9Mo合金析出大量胞状和针状的к-Co3Mo相以及少量的γ’相。1350℃/8h固溶+900℃/100h时效处理时4Mo合金的γ/γ’共格组织中也析出微量针状к-Co3Mo相,而9Mo合金中的针状相明显粗化。4Mo合金的高低温抗拉伸强度与塑性均高于9Mo合金,合金在600℃以上发生反常屈服。     

含Ta低Cr高W铸造镍基高温合金中α相的形成与转变

研究了不同含Ta量低Cr高W铸造镍基高温合金的铸态和1 100℃保温500 h、1 280℃保温20 min～3h热处理后的显微组织以及1 100℃,118 MPa条件下的持久性能.结果表明:低Cr高W铸造镍基高温合金中添加元素Ta会使共晶γ'相的数量显著增加.当(Ti Nb)含量恒定在2.1%(摩尔分数),(Ta Al)含量达14.4%(摩尔分数)时,合金凝固后期将形成α(W,Mo) γ'共晶;少量α相不会明显降低合金的持久性能,但α相在高于1 260℃下固溶处理或在1 100℃长时热暴露时是不稳定的,它会溶解或转变成块状M6C,从而损伤合金的高温持久性能;Ta是一种有利于提高高温合金高温强度的元素,但Ta含量应与合金中的Al含量相适应,须按等摩尔分数原则相互替换;具有Ni-10Co-1.5Cr-16W-2Mo-1Nb-5Al-4Ta成分的合金性能最佳.     

热处理制度对K417G铸造高温合金组织和性能的影响

对K417G合金经过“1 080℃/4 h,AC+870℃/12 h,AC”固溶+时效热处理后的显微组织、性能进行了研究。结果表明,与铸态相比,经“1 080℃/4 h,AC”固溶处理后,铸态部分γ′相已经溶解,并且初生γ′相附近聚集着尺寸更小的二次γ′相颗粒;室温抗拉强度和塑性提高,而900℃抗拉强度变化不大,塑性指标却明显降低。再经“870℃/12 h,AC”时效处理后,γ′相呈现为规则的立方形,二次γ′相有所长大,尺寸约为20～100 nm;900℃塑性指标有一定提升,其他力学性能与铸态相比变化不明显。     

不同服役温度时间下IC10高温合金组织演变研究

在由于尺寸超差等因素报废的IC10高温合金叶片上进行取样,研究不同服役温度、时间对IC10叶片组织的影响规律以及对显微硬度的影响。结果表明:随热暴露温度和时间的增加,合金中二次γ′相的体积分数逐步降低,在1 120 ℃时,二次γ′相明显球化,体积分数开始显著降低,至1 200 ℃时,短时热暴露（40 h）二次γ′相的体积分数降低至12.96%,说明服役温度、时间对IC10合金的组织有着显著影响;经过热暴露实验后的IC10叶片硬度为HV 354.57～407.28 ,1 050 ℃时,由于基体强度的弱化,试样的硬度低于标准热处理态,随后二次γ′相开始回溶,1 200 ℃之后二次γ′相基本回溶,此时组织为更为均匀细小的三次γ′相,硬度反而升高。     

固溶冷却速度和前处理对新型镍基粉末高温合金组织与显微硬度的影响

对新型镍基粉末高温合金FGH98Ⅰ分别进行亚固溶前处理+过固溶和过固溶热处理,利用光学显微镜,场发射扫描电镜和显微硬度仪研究冷却速度对合金组织与显微硬度的影响。结果表明:过固溶处理前的亚固溶前处理使锻态合金中大晶界γ′相发生部分溶解,晶粒稍有长大,对过固溶热处理冷却γ′相析出的影响不显著;随着冷速增加,合金中二次和三次γ′相的尺寸减小,二次γ′相的形状从蝶形向球形转变,γ′相的颗粒密度增大,面积分数减小,在冷却速度≤1.4℃/s时,γ′相分两阶段形核;冷速越快,合金的硬度越高,时效后硬度增高越多。另外,还建立了冷速与γ′相平均尺寸和合金硬度之间的函数关系式。该结果为FGH98Ⅰ合金实际双性能盘固溶热处理工艺的选择提供了理论参考。     

强磁场下热处理对定向凝固高温合金DZ417G析出相γ′的影响

在不同强度的强磁场下对定向凝固高温合金DZ417G试样进行固溶处理和时效处理,利用扫描电镜(SEM)和显微硬度计观察析出相γ′的微观结构并测定其显微硬度,探讨强磁场对析出相γ′的大小、形态、分布和硬度的影响,并从热力学原理探讨解释析出相γ′的变化.结果显示:12 T强磁场下固溶处理后,析出相γ′尺寸减小,枝晶干和枝晶间区域析出相γ′体积百分数分别增加达5.3％和5.6％,显微硬度分别增加9.4％和15.8％.12 T强磁场下时效处理后,析出相γ′尺寸减小,枝晶干和枝晶间区域析出相γ′体积百分数分别增加达3.9％和4.2％,显微硬度分别增加达6.2％和11％.     

热处理对新型镍钴基高温合金组织及硬度的影响

利用CALPHAD方法设计了3种不同(W+Ta)含量的新型镍钴基高温合金,并根据平衡相图确定合金固溶及时效处理制度。利用OM、SEM以及EDS等手段对新型镍钴基高温合金热处理后的微观组织特征进行了分析。结果表明,3种镍钴基高温合金,铸态组织均由γ相、γ′相、γ+γ′共晶组织及碳化物组成,γ+γ′共晶组织呈放射状。经固溶处理后,铸态一次γ′相完全消除,800℃时效后析出三次γ′相。随着时效时间的增加,合金中γ′相尺寸增大,合金的硬度也呈上升趋势,但W+Ta含量高的合金在800℃时效析出的γ′相发生了分裂,硬度先增加后减少。     

高Al新型Co-Al-W基高温合金热处理过程中微观组织演变

利用电子显微技术研究了Co-12Al-10W三元高温合金在热处理过程中的微观组织转变过程。结果表明,铸态合金的显微组织存在初生CoAl相。经过1300 ℃×8 h固溶处理后,初生CoAl相完全固溶,并析出μ相。随后在900℃时效处理过程中,γ和γ′相两相共格结构在50 h后出现,γ′相的尺寸随时间的延长不断增大。在时效处理初期,析出相主要为μ相;随着时效时间的延长,部分μ相边缘出现了DO19相;而时效时间进一步延长至600 h后,大量的μ相边缘出现了DO19相和B2相,同时在晶内出现了大量的针状B2相。电子衍射谱的分析表明,μ相、DO19相、B2相和γ′相之间存在着特定的取向关系为[111]B2//[110]γ′,(011)B2//(111)γ′,[001]μ//[110]B2//[001]DO19,(11-2)B2//(-100)μ//(100)DO19,(1-10)B2//(0-27)μ//(0-10)DO19。这些特殊的取向关系归结于析出相之间的结构关联性,而相转变则由W元素在时效处理过程中的扩散作用造成。     

Al含量对高钨铸造高温合金显微组织和高温拉伸性能的影响

对Al含量分别为4.5%、5.5%、6.5%和7% (质量分数,%)4炉高W铸造镍基高温模具合金的显微组织和1100 ℃的高温抗拉强度进行了对比研究,结果表明：4.5%和7%的合金由于主要强化相次生γ′ 含量不足50%(体积分数),且高Al量合金的共晶γ′ 和析出的α(W,Mo)相是1100 ℃下高温强度不高的主要原因。5.5%和6.5%的合金次生γ′ 含量为56%~57%,共晶γ′ 含量为6%~12%,其1100 ℃高温拉伸强度达到同类合金最高水平,为488~518 MPa。目前该合金已用于制造1050~1080 ℃工作的大型等温锻造模具,其Al含量的成分范围为5.5%~6.5%(质量分数)。     

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。