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金属学报  2014, Vol. 50 Issue (8): 1011-1018    DOI: 10.11900/0412.1961.2013.00846
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热处理对一种新型镍基单晶高温合金组织与性能的影响*
宁礼奎1, 郑志1, 金涛1, 唐颂1, 刘恩泽1, 佟健1, 于永泗2, 孙晓峰1
1 中国科学院金属研究所, 沈阳110016
2 大连理工大学, 大连116023
EFFECT OF HEAT TREATMENTS ON THE MICROSTRUCTURE AND PROPERTY OF A NEW NICKEL BASE SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY
NING Likui1, ZHENG Zhi1, JIN Tao1, TANG Song1, LIU Enze1, TONG Jian1, YU Yongsi2, SUN Xiaofeng1
1 Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016
2 Dalian University of Technology, Dalian 116023
引用本文:

宁礼奎, 郑志, 金涛, 唐颂, 刘恩泽, 佟健, 于永泗, 孙晓峰. 热处理对一种新型镍基单晶高温合金组织与性能的影响*[J]. 金属学报, 2014, 50(8): 1011-1018.
Likui NING, Zhi ZHENG, Tao JIN, Song TANG, Enze LIU, Jian TONG, Yongsi YU, Xiaofeng SUN. EFFECT OF HEAT TREATMENTS ON THE MICROSTRUCTURE AND PROPERTY OF A NEW NICKEL BASE SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY[J]. Acta Metall Sin, 2014, 50(8): 1011-1018.

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摘要: 

研究了不同热处理对一种含Re的新型镍基单晶高温合金组织和性能的影响. 结果表明, 通过差热分析法确定合金的固相线和液相线温度分别为1339和1371 ℃, 由金相测试法测出初熔温度介于1305~1310 ℃范围内. 初熔组织中主要表现为Ti的严重富集, 其次为B和S. 在1080, 1100和1120 ℃分别时效4 h后空冷, 获得的γ' 相均具有较高的正方度. 合金的最佳热处理制度为1290 ℃, 2 h+1320 ℃, 4 h, A.C.+1100 ℃, 4 h, A.C.+900 ℃, 24 h, A.C.. 采用该制度处理后的单晶高温合金中各元素偏析系数明显降低, 持久性能优异, 在1070 ℃, 140 MPa条件下的持久寿命达到78.2 h.

关键词 单晶高温合金初熔温度热处理    
Abstract

Nickel base single crystal superalloys are widely used to fabricate turbine blade materials, since they have high temperature capability, excellent mechanical and environmental properties. Re is known as a very efficient solid-solution element that increases high temperature strength, so novel single crystal superalloys contain a high level of Re content. Whereas enhancement of Re in the dendrite arms facilitates inhomogeneous distribution of other alloy elements, it become difficult and important to determine the heat treatment in Re-containing single crystal superalloys. Effects of heat treatments on microstructure and properties in a new Re-containing single crystal superalloy have been investigated in this work. The solidus and liquidus temperature measured by differential thermal analysis (DTA) is 1339 and 1371 ℃, respectively. The incipient melting temperature determined by metallographic testing method is in the range between 1305 and 1310 ℃. The results show that Ti resides preferentially followed by B and S in the incipient melting regions. γ' precipitates all display cubic after 4 h aged at 1080, 1100 and 1120 ℃ followed by air cooling (A.C.). The optimum heat treatment is 1290 ℃, 2 h+1320 ℃, 4 h, A.C.+1100 ℃, 4 h, A.C.+900 ℃, 24 h, A.C.. Microsegregation of alloy elements reduces significantly after this heat treatment. The rupture property performs well and the rupture life is up to 78.2 h under the condition of 1070 ℃ and 140 MPa.

Key wordssingle crystal superalloy    incipient melting temperature    heat treatment
收稿日期: 2013-12-30     
ZTFLH:  TG146.1  
作者简介: null

作者简介: 宁礼奎, 男, 1983年生, 助理研究员, 硕士

图1  单晶试棒横向和纵向的宏观形貌
图2  铸态合金的枝晶组织
图3  铸态合金的典型组织
图4  铸态合金枝晶干和枝晶间γ' 形貌
图5  铸态合金的差热分析曲线
图6  合金在不同温度保温10 min后的γ+γ' 共晶形貌
图7  铸态合金不同温度下保温后的SEM像
图8  经1330 ℃保温10 min后合金初熔组织和元素面分布图
图9  预处理后经1325 ℃, 10 min水冷的初熔组织
图10  预处理+固溶处理后的枝晶干和枝晶间γ' 相
图11  不同温度高温时效处理后γ' 相形貌
Aging treatment temperature Stress rupture life Elongation
h %
1080 68.5 19.84
1100 78.2 12.48
1120 55.8 13.12
表1  合金经不同高温时效处理后在1070 ℃, 140 MPa的持久性能
图12  合金经1290 ℃, 2 h+1320 ℃, 4 h, A.C.+1100 ℃, 4 h, A.C.+900 ℃, 24 h, A.C.处理后的典型组织
图13  热处理前后各元素的偏析情况对比
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