镍基粉末高温合金中微量元素Hf的作用<sup>*</sup>

doi:10.11900/0412.1961.2014.00704

金属学报

2015, Vol. 51

Issue (8): 967-975 DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00704

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镍基粉末高温合金中微量元素Hf的作用^*

张义文^1,²(

),胡本芙³

2 钢铁研究总院高温合金新材料北京市重点实验室, 北京 100081
3 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083

FUNCTION OF MICROELEMENT Hf IN POWDER METALLURGY NICKEL-BASED SUPERALLOYS

Yiwen ZHANG^1,²(

),Benfu HU³

1 High Temperature Material Institute, Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081
2 Beijing Key Laboratory of Advanced High Temperature Materials, Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081
3 School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083

引用本文:

张义文,胡本芙. 镍基粉末高温合金中微量元素Hf的作用^*[J]. 金属学报, 2015, 51(8): 967-975.
Yiwen ZHANG, Benfu HU. FUNCTION OF MICROELEMENT Hf IN POWDER METALLURGY NICKEL-BASED SUPERALLOYS[J]. Acta Metall Sin, 2015, 51(8): 967-975.

全文: PDF(10823 KB) HTML

摘要:

利用FEG-SEM, TEM, AES和EDS分析技术以及物理化学相分析等方法, 系统地研究了微量元素Hf在镍基粉末高温合金中的作用. 结果表明: Hf以固溶态分布在枝晶间g固溶体内, 有助于减少原始粉末颗粒边界组织. Hf促进g′ 相形态失稳, 导致大尺寸立方状g′ 相发生分裂, 更快地进入g′ 相低能稳定的择优形态. Hf主要分布在g′ 相和MC型碳化物中, 改变g′ 相和MC型碳化物及g固溶体相间合金元素的再分配, 有利于消除合金的缺口敏感性, 改善合金综合力学性能.

关键词 ：粉末高温合金, Hf, MC型碳化物, g′ 相的形态稳定性, 原始粉末颗粒边界

Abstract：

Hafnium (Hf) is one of the most important microelements in powder metallurgy (P/M) superalloy. Hf modifies the microstructure and drastically improves mechanical properties in P/M superalloy. The effect of Hf in a nickel-based P/M superalloy was systematically studied by means of FEG-SEM, TEM, AES, EDS and physical and chemical phase analysis. Hf mainly distributes at interdendritic region of the solidification powder in form of solid solution, which is helpful to reduce prior particle boundary (PPB). Hf facilitates morphology of g′ phase to be unstable and enhances the large cubic g′ phase to split into smaller ones, so the g′ phase turns into a stable state with a lower energy faster. Hf is mainly distributed in g′ phase and MC carbides, which changes the distribution of element between the g′ phase, MC and g solid solution, which is beneficial to eliminate notch sensitivity and improves overall mechanical properties of the alloy.

Key words： powder metallurgy superalloy Hf MC carbide g′ phase morphology stability prior particle boundary (PPB)

基金资助:*国家国际科技合作计划项目2014DFR50330和中俄政府间科技合作项目CR14-20资助

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图1 含0.30%Hf 的FGH97 合金粉末颗粒内MC′ 型碳化物的TEM像、[01ˉ3] 晶带轴的SAED谱和EDS

图2 无Hf和含0.30%Hf的FGH97合金热等静压态显微组织的OM像

图3 热等静压态无Hf 的FGH97 合金原始颗粒边界(PPB)组织中MC型碳化物的TEM像、[1ˉ23] 晶带轴的SAED谱和EDS

表1 标准热处理态FGH97合金中Hf在各相中的分配量

表2 标准热处理态FGH97 合金中Hf 在g′ 相与MC型碳化物中及在g′相与g相中的分配比

图4 标准热处理态不同Hf含量FGH97合金中g’ 相形貌的SEM像

图5 不同Hf含量的FGH97合金在不同冷却速率下g’ 相形貌的SEM像

图6 含0.30%Hf的FGH97合金在750 ℃时效过程中g’ 相形貌的SEM像

图7 含0.30%Hf的FGH97合金在不同温度下时效100 h后g’ 相形貌的SEM像

图8 标准热处理态不同Hf含量的FGH97合金在650 ℃时的拉伸性能

图9 标准热处理态不同Hf含量的FGH97合金在650 ℃, 1020 MPa条件下光滑试样和缺口试样的持久寿命

图10 标准热处理态不同Hf含量的FGH97合金在750 ℃, 460 MPa条件下不同时间的蠕变伸长率

图11 标准热处理态不同Hf含量的FGH97合金在650 ℃的疲劳裂纹扩展速率

图12 标准热处理态含0.30%Hf的FGH97合金650 ℃疲劳裂纹扩展速率试样断口起始区及扩展区形貌

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