GH99镍基合金长期时效后的组织和性能变化

GH99合金在800～950 ℃温度范围内时效100～1000h后,其析出相的种类与8h时效热处理的相同,为γ＇、M_(23)C_6、M_6C和TiC(含TiN)。γ’按照时间的立方根规律而长大,其长大激活能为243 kJ/mol.但800℃时效时间超过500h后,γ’尺寸却保持不变。GH99合金经上述温度长期时效后,室温塑性和持久寿命都有衰减现象,但800 ℃时效的衰减得较为轻微。     

THE BEHAVIOUR OF CARBON IN A Ni-BASE SUPERALLOY GH99 AND ITS INFLUENCE ON STRESS-RUPTURE PROPERTIES

在GH_99镍基合金中,无论加入多少碳,固溶在基体中碳的数量均相等(约为0.019wt-%),其余的碳则形成一次碳化物.合金在持久试验过程中,沿着与外力垂直的一次碳化物相界面产生裂口.出现这种裂口的一次碳化物的临界直径为0.80±0.05μm.合金中碳含量愈高,等于和大于这个临界尺寸的一次碳化物的数量就愈多,持久寿命降低的程度也就愈严重.合金的碳含量不超过0.05wt-%时,可显著地减少达到临界尺寸的一次碳化物数量.此外,与外力平行的晶界(纵向晶界)上的M_23C_6碳化物,朝着与外力垂直的晶界(横向晶界)上迁移,致使横向晶界上的M_23C_6数量增多且趋向连成一片.这必然弱化了晶界,损害持久性能.     

碳在GH99镍基高温合金中的行为及其对持久性能的影响

在GH_99镍基合金中,无论加入多少碳,固溶在基体中碳的数量均相等(约为0.019wt-%),其余的碳则形成一次碳化物.合金在持久试验过程中,沿着与外力垂直的一次碳化物相界面产生裂口.出现这种裂口的一次碳化物的临界直径为0.80±0.05μm.合金中碳含量愈高,等于和大于这个临界尺寸的一次碳化物的数量就愈多,持久寿命降低的程度也就愈严重.合金的碳含量不超过0.05wt-%时,可显著地减少达到临界尺寸的一次碳化物数量.此外,与外力平行的晶界(纵向晶界)上的M_23C_6碳化物,朝着与外力垂直的晶界(横向晶界)上迁移,致使横向晶界上的M_23C_6数量增多且趋向连成一片.这必然弱化了晶界,损害持久性能.     

Ni-20Cr-20Co-20W高温合金中的析出相

本文研究了Ni-20Cr-20Co-20W高温合金中第二相在长期时效过程中的析出规律,以及它们的溶解规律。结果表明,除析出有μ相和M_6C外,还发现有点阵参数略小于M_6C的M_(12)C型碳化物,其化学组成式为(Ni_(0.47)Co_(0.53)_(4.8)(Cr_(0.27)W_(0.13)_(7.2)C,析出温度范围是800～11℃,析出高蜂在900℃,而M_6C析出温度范围是900～1150℃,析出高峰在1000℃。此外,在700℃或800℃长期时效后,发现有M_6C Cr→M_(23)C_6 M的反应,式中M_C是属于一次MC。用金属薄膜技术测定出μ相和γ基体间的关系是(0110)_μ∥(110)_γ,〔0001〕_μ∥〔116〕γ。     

不同Al含量γ′相的反相畴界能及其对GH99镍基合金强度的贡献

GH99镍基合金在室温拉伸变形条件下,被位错切割过渡到被位错绕过的γ'[Ni_3(Al,Ti)]质点的临界直径约为60nm.在同样条件下,该合金γ'强化的方式属于被位错切割机制.增加γ'相中Al含量能提高其反相畴界能和增大合金塑性变形的临界分切应力.GH99镍基合金的室温屈服强度理论计算值与实测值很接近.由γ'沉淀强化所贡献的强度占总强度的45％到64％,它随γ'相中Al含量的增多而增大.晶界碳化物强化所贡献的强度很少,只占2—3％。     

时效热处理温度对GH99镍基合金的γ′行为和力学性能的影响

本文根据GH99镍基合金γ′的数量、尺寸、组成和错配度,以及合金的硬度和屈服强度等随时效温度变化的规律,指出该合金的时效峰为800℃,低于和高于800℃分别为欠时效和过时效。又根据时效温度与持久性能的关系,指出使用温度低于800℃时,该合金可进行800℃×8h 的时效热处理,若使用温度高于800℃,则无须进行时效热处理,只进行固溶处理即可。     

碳、钨、钼和铁对GH128合金显微组织和性能的影响

本文采用金相、化学相分析、x光衍射和性能测试等方法,研究了C、W、Mo和Fe等元素含量的变化对GH128合金的组织和性能的影响,结果表明,W和Mo显著地提高Ni-20Cr固溶体的强度。但它们都有合适的含量范围,低于此值强化效果小,超过时则析出μ相,两者均降低合金的力学性能。C和Fe也都显著地影响合金的组织和性能,当C和Fe高于一定量时,在时效过程中析出μ相。片状μ相降低时效后的室温拉伸塑性和持久寿命。C高通过细化晶粒影响合金的性能。Fe对冷热疲劳和抗氧化基本无影响。通过本试验确定这些元素在GH128合金中的上下限是:W=7.5～9.0％、Mo=7.5～9.0％、Fe≤=2.0％、C≤0.05％。     

La在Ni-20Cr-20Co-18W高温合金中的分布及其对持久性能的影响

本文对La在Ni-20Cr-20Co-18W高温合金中的分布及其作用进行了研究.发现La主要富集在晶界上;La显著增加合金在1000℃,39MPa条件下的持久寿命和延伸率以及蠕变激活能.用热蚀刻方法测量了合金的晶界能,用测量电阻率随温度变化的方法测量了合金的空位形成能.从理论上阐述了La降低晶界能和提高空位形成能的作用是改善合金持久性能的主要原因.     

镧对Ni-20Cr-20Co-18W高温合金持久性能的影响

本文指出,适量的La能显著提高Ni-20Cr-20Co-18W高温合金1000℃、4kg/mm~2的持久性能和蠕变激活能。La在该合金中的最佳含量为0.01～0.04wt.％。用离子探针、俄歇谱仪、扫描电镜、透射电镜等仪器研究发现,La主要富集在晶界上,有些La形成了氧化物和氧硫化物,一些La的氧化物可成为M_6C碳化物的核心,当La含量超过0.04wt.％后,还出现Ni_xLa等金属间化合物。用热蚀刻方法测量了合金的晶界能。用测量电阻率随温度变化的方法测得了合金的空位形成能。从理论上阐述了La降低晶界能和提高空位形成能的作用是改善合金持久性能的主要原因。     

GH99薄板表面花纹的研究

本文对GH99时效型镍基合金薄板表面上曾出现的明暗相间的花纹的成因和消除途径进行了研究。结果指出,表面花纹是由一次碳化物的偏析造成的。一次碳化物集聚的地方就显示为暗区,一次碳化物没有或少有的地方就显示为亮区。碳含量愈高,一次碳化物愈多,花纹就愈严重。降低碳含量可使花纹减轻或消除。合金锭经1200℃长时间的均匀化处理,可消除合金锭中碳化物的偏析,从而可防止薄板表面花纹的产生。提高固溶处理温度。中间热处理温度或加热温度均可减轻或消除表面花纹。