高温合金专刊2015

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本辑高温合金虚拟专刊共收录了2015年《金属学报》发表的23篇文章,文章内容涵盖了我国变形高温合金及其先进制造技术、铸造高温合金及其先进制造技术、新型高温合金及其前沿技术等领域,基本反映了我国高温合金研究领域的主要成果。欢迎阅读、引用和转发!

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1. 镍基高温合金铸件液态金属冷却定向凝固建模仿真及工艺规律研究
闫学伟,唐宁,刘孝福,税国彦,许庆彦,柳百成
金属学报    2015, 51 (10): 1288-1296.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00338
录用日期: 2015-09-09

摘要67)   HTML6)    PDF (5902KB)(1067)   

考虑了液态金属冷却定向凝固过程中动态对流边界, 建立了高温合金铸件温度场数学模型, 采用三维元胞自动机(cellular automaton, CA)方法和KGT生长模型, 建立了镍基高温合金凝固过程晶粒形核及生长的数学模型. 采用宏观模型与微观模型双向同步耦合, 实现了温度场和晶粒组织的数值模拟. 进行了浇注实验, 用冷却曲线和晶粒形貌验证了数学模型的准确性. 对液态金属冷却定向凝固规律的研究表明, 抽拉速率不仅对糊状区形状有重要影响, 而且对晶粒的平行度以及枝晶组织的细密性也有很大的影响. 抽拉速率过小时, 糊状区上凸, 晶粒组织易发散; 抽拉速率过大时, 糊状区下凹, 晶粒组织汇聚, 同时造成枝晶组织的粗化; 适当的抽拉速率下能获得平坦的糊状区, 提高晶粒的平行度, 细化枝晶组织.

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2. Ni3Al基单晶合金IC21的微观组织及力学性能
赵海根,李树索,裴延玲,宫声凯,徐惠彬
金属学报    2015, 51 (10): 1279-1287.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00434
录用日期: 2015-09-08

摘要85)   HTML5)    PDF (12250KB)(553)   

针对高压涡轮导向叶片服役性能需求特点研发了一种低密度、低成本、高强度Ni3Al基单晶合金IC21. 该合金的Re含量不大于1.5%, 密度小于8.0 g/cm3. 金相法测得合金的初熔温度约为1345 ℃. 经过标准热处理后, IC21合金中g'相分布均匀, 体积分数为80%左右, 尺寸约为420 nm, 具有较高的g'相立方化程度和排列有序度. IC21单晶合金在1100 ℃下抗拉强度为490 MPa, 屈服强度为470 MPa, 在1100 ℃, 140 MPa条件下的持久寿命可达170.5 h, 1150 ℃, 100 MPa条件下的持久寿命可达110.0 h. IC21单晶合金具有良好的高温组织稳定性和较好的抗高温氧化性, 1080 ℃长期热暴露后, 没有拓扑密堆相析出, 在1100 和1150 ℃大气中100 h的氧化动力学曲线遵循抛物线规律, 氧化增重速率分别为0.015和0.045 mg/(cm2h). 组织结构分析表明, 该单晶合金的高温强度主要来源于高的g'相含量、高的合金错配度和致密的界面位错网结构.

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3. DD9单晶高温合金拉伸性能各向异性
王效光,李嘉荣,喻健,刘世忠,史振学,岳晓岱
金属学报    2015, 51 (10): 1253-1260.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00369
录用日期: 2015-08-26

摘要100)   HTML6)    PDF (8239KB)(1107)   

采用OM, SEM和TEM研究了[001], [011]和[111]取向第三代单晶高温合金DD9组织, 在拉伸试验机上测试了3种取向760和1100 ℃下的拉伸性能. 结果表明, 在垂直于晶体生长方向的截面上, [001], [011]和[111]取向DD9合金铸态枝晶形貌、热处理态γ’相形状不同; 随着温度的升高, 合金的抗拉强度与屈服强度降低, 各向异性减弱; 除1100 ℃下[001]取向屈服强度略低于[011]取向, [001]取向DD9合金抗拉强度与屈服强度分别高于[011]和[111]取向合金; [001], [011]和[111]取向DD9合金760 ℃下拉伸断口呈类解理特征, 1100 ℃下断口为韧窝断裂特征; 760 ℃下DD9拉伸试样在基体通道内含有浓密的位错, [001]取向在γ’相内出现了层错, 1100 ℃下[001]与[111]取向在基体通道内和γ’相内累积了大量浓密的位错网, [011]取向出现了大量的形变孪晶带.

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4. GH4033合金短时超温后的显微组织损伤及力学性能
童锦艳,冯微,付超,郑运荣,冯强
金属学报    2015, 51 (10): 1242-1252.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00265
录用日期: 2015-08-26

摘要119)   HTML5)    PDF (11597KB)(896)   

对已服役的航空发动机用GH4033合金二级涡轮叶片榫头部位进行900~1100 ℃短时超温3 min热处理, 之后再进行组织表征和力学性能测试, 研究了短时超温过程中合金的组织损伤及其对室温硬度和700 ℃, 430 MPa下持久寿命的影响规律. 结果表明, GH4033合金中γ’相颗粒在短时超温过程中发生粗化和回溶现象, 当温度达到980 ℃及以上时, 保温3 min后γ’相完全回溶; 随着超温温度的升高, 晶界碳化物逐渐溶解, 1100 ℃时完全溶解, 并造成晶粒开始长大. 短时超温后叶片合金的室温硬度随着γ’相的回溶急剧下降, 当γ’相完全回溶时室温硬度降低至170 HV左右. 合金在700 ℃, 430 MPa下持久寿命随着短时超温温度的升高呈现先增大后急剧降低的规律, 其主要受γ’相的回溶与再析出以及晶界碳化物回溶的影响.

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5. 静电场处理对GH4169合金中d相析出行为的影响
王磊,安金岚,刘杨,宋秀,胥国华,赵光普
金属学报    2015, 51 (10): 1235-1241.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00375
录用日期: 2015-08-27

摘要103)   HTML5)    PDF (6071KB)(863)   

将静电场应用于GH4169合金的时效过程, 研究了静电场对合金d相沉淀析出行为的影响规律, 并探讨了其机理. 结果表明, 合金在850 ℃以8 kV/cm静电场强度进行15 min时效, d相开始在晶界析出; 时效1 h晶内分布大量γ’’相. 随时效时间延长, d相尺寸增大、体积分数增加, γ’’相尺寸亦增大. 与未加静电场时效处理相比, 静电场时效处理后合金中d相体积分数降低、尺寸减小, γ"相体积分数升高; 晶界d相中Nb原子分数降低、Fe和Cr原子分数升高, 晶界d相点阵常数c减小、a和b增大. 由于静电场时效处理后合金中平均空位浓度升高, 促进了Fe和Cr原子扩散, 同时Fe和Cr原子置换晶界d相中Nb原子, Nb原子固溶入晶内. 另一方面, 空位浓度的升高增加了γ’’相非匀质形核几率, 促进γ’’相析出. 同时, 空位亦可松弛基体γ相与γ’’相的共格畸变, 有效抑制了γ’’相向d相转变, 增加了强化相γ’’相的稳定性.

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6. 高性能涡轮盘材料GH4065及其先进制备技术研究
张北江,赵光普,张文云,黄烁,陈石富
金属学报    2015, 51 (10): 1227-1234.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00368
录用日期: 2015-08-25

摘要116)   HTML14)    PDF (5596KB)(1990)   

在对一系列高合金化模型合金进行系统比选研究的基础上, 发展了新型的GH4065变形高温合金, 该合金化学成分与René 88 DT合金类似, 并针对铸锻制备工艺的要求进一步实施了优化. 研制结果表明, 应用三联低偏析熔铸和多重循环热机械处理等新型技术生产的GH4065合金, 适用于制备先进航空发动机关键热端转动部件, 综合性能完全满足高压压气机盘和低压涡轮盘的工况要求, 必要时可以作为高压涡轮盘的高可靠性、低成本解决方案. 随着变形高温合金材料和制备工艺的发展, 应用铸锻工艺制备的高性能涡轮盘材料能够满足先进航空发动机的技术要求.

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7. 微量元素Hf对镍基粉末高温合金FGH97显微组织的影响
张义文,韩寿波,贾建,刘建涛,胡本芙
金属学报    2015, 51 (10): 1219-1226.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00384
录用日期: 2015-08-19

摘要115)   HTML9)    PDF (4000KB)(898)   

利用SEM和物理化学相分析方法研究了5种Hf含量的FGH97粉末高温合金中γ’相和MC型碳化物形貌、化学组成及含量. 结果表明: Hf促进γ’相和MC相析出, 改变γ’相和MC相的化学组成, 对MC相的尺寸和形貌影响不大, 显著影响γ’相的尺寸和形貌, 促使γ’相的形态失稳, 导致立方状γ’相发生分裂, 使γ’相更快地进入稳定的立方状择优形态. 在FGH97合金中添加Hf, 可通过改变错配度d, 从而改变γ’相发生分裂的临界尺寸Dc. 建立了Dc与Hf含量w(Hf)的关系式: Dc=315.4+640.2w(Hf)-358.2[w(Hf)]2. 随着Hf含量的增加, |d|逐渐变小, Dc增大. γ’相长大到临界尺寸时, γ’相由立方状分裂为八重小立方体状.

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8. 高温合金铸锭均匀化程度对开坯热变形的再结晶影响
董建新,李林翰,李浩宇,张麦仓,姚志浩
金属学报    2015, 51 (10): 1207-1218.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00419
录用日期: 2015-09-02

摘要131)   HTML14)    PDF (14184KB)(1069)   

利用OM, SEM和裂纹扩展速率测试等手段分析了GH4740H, GH4738, GH3625和690合金不同均匀化程度下的组织特征以及这些组织状态的热变形行为, 系统研究了合金均匀化工艺因素与再结晶的关联规律. 研究结果表明, 合金均匀化需要兼顾枝晶偏析消除带来的热塑性改善以及晶粒长大和氧化加剧所导致的后续热变形时的塑性下降; 合金未完全均匀化留下的残留枝晶间区域提供了再结晶形核位置, 提高再结晶形核率. 在相同热变形条件下, 有残留枝晶组织的试样再结晶程度明显高于完全均匀化、无枝晶组织的试样. 为此提出基于部分均匀化制度的高温合金均匀化开坯控制方法具有合理性.

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9. 一种高性能航空涡轮盘用铸锻合金的研究进展
谷月峰,崔传勇,袁勇,钟志宏
金属学报    2015, 51 (10): 1191-1206.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00442
录用日期: 2015-09-08

摘要162)   HTML19)    PDF (15484KB)(972)   

针对航空涡轮盘用先进铸锻变形高温合金热加工难、承温能力低于680 ℃ (630 MPa, 1000 h持久寿命)、难以满足现代航空发动机设计需求等不足, 提出了优化析出强化相成分和引入微孪晶以提高合金中温区 (合金服役温区) 强度、同时减弱析出相高温强化效果和固溶温度以降低合金高温区 (合金加工温区) 强度的理念, 设计并制备出系列Ni-Co基铸锻高温合金(TMW合金). 设计合金盘坯(直径440 mm, 厚65 mm)的制备和性能测试表明, TMW合金可在常规熔铸和锻造设备上热加工制备, 承温能力超过700 ℃, 比目前最强的商用铸锻涡轮盘合金U720Li提高了50 ℃以上. 从TMW合金的设计思想、成分特点、锻造加工性、组织控制、性能特征和变形强化机理等方面, 简要介绍了这种高性能铸锻变形高温合金的主要研究进展.

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10. 高温合金叶片单晶凝固技术的新发展
马德新
金属学报    2015, 51 (10): 1179-1190.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00380
录用日期: 2015-09-01

摘要294)   HTML34)    PDF (7779KB)(2974)   

分析了高温合金叶片复杂部位的凝固过程, 提出了单晶组织的三维生长机制和精确制导的新理念. 通过展示一系列的新发明, 如导热体引晶技术、平行式加热和冷却定向凝固设备、对叶片不同部位分别进行定点冷却和定点加热的复合控制引晶技术、薄壳降升法制造单晶叶片技术等, 显示了高温合金叶片单晶凝固技术发展的新思路和新举措. 这些新理念的提出和新发明的实施, 将有助于高温合金单晶叶片这种高精产品的制造方式实现从粗放式到精细式的根本转变.

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11. 单晶高温合金凝固特性与典型凝固缺陷研究
张军,黄太文,刘林,傅恒志
金属学报    2015, 51 (10): 1163-1178.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00448
录用日期: 2015-09-07

摘要237)   HTML28)    PDF (9419KB)(1652)   

单晶高温合金是一种复杂组元多相组织材料, 随着合金化程度的不断提高、难熔元素的增多和叶片结构的复杂化与大型化, 凝固缺陷控制成为提高叶片质量和性能的关键. 单晶合金的凝固组织及凝固缺陷不仅与合金成分有关, 还取决于其凝固特性及工艺条件, 本文阐述了先进单晶合金固/液相变温度、凝固分配系数等凝固特性的特点和变化规律, 重点分析了晶体取向偏离和杂晶2种典型凝固缺陷形成机制及其与凝固特性、工艺条件的关系, 探讨了解决复杂单晶叶片典型缺陷的方法和思路, 并评述了不同控制方法的实施效果.

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12. 先进镍基单晶高温合金组织稳定性及力学行为的研究进展
金涛,周亦胄,王新广,刘金来,孙晓峰,胡壮麒
金属学报    2015, 51 (10): 1153-1162.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00429
录用日期: 2015-08-27

摘要292)   HTML12)    PDF (3697KB)(1920)   

从先进镍基单晶高温合金的微观组织稳定性和力学行为2个方面, 简要介绍了γ’相筏化、TCP相析出、高温和超高温低应力蠕变以及低周和热机械疲劳的主要研究进展. 合金元素Ru的添加提高了合金的高温低应力蠕变寿命, 但也间接促进了拓扑倒置现象的发生. 随时效时间的延长和时效温度的升高, m相中的难熔元素含量都会明显增加; 随着外加应力的增加, m相的析出量增加, 压应力则相反. m相在析出的过程中会形成大量的面缺陷, 这些缺陷会促进其它TCP相如P相和R相的形核. 在高温低应力蠕变的过程中, 镍基单晶高温合金中出现另一种重要的a<010>超位错, 通过滑移和攀移相结合的方式在γ’相中缓慢运动. 在超高温蠕变条件下, 开始出现一个蠕变加速的孕育期, 这与γ基体在超高温下不同程度的宽化有关. Ru的添加显著降低了合金的层错能, 在低周疲劳的过程中可引起层错贯穿γ/γ’界面、a/6<112> Shockley拖后位错切入γ’相等复杂变形机制. 在热机械疲劳的过程中, 裂纹萌生的位置、微观结构的变化以及抗氧化性能都会影响镍基单晶高温合金的寿命.

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13. Zr含量对Nb-Ti-Si基超高温合金组织及抗氧化性能的影响
曾宇翔,郭喜平,乔彦强,聂仲毅
金属学报    2015, 51 (9): 1049-1058.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00092
录用日期: 2015-07-06

摘要141)   HTML8)    PDF (10943KB)(476)   

采用真空非自耗电弧熔炼法制备了成分为Nb-22Ti-15Si-5Cr-3Hf-3Al-xZr (x=0, 0.5, 1, 2, 4和8, 原子分数, %)的合金, 研究了Zr含量对合金电弧熔炼态组织及高温抗氧化性能的影响. 结果表明, 6种不同Zr含量的合金均由Nb固溶体和g-(Nb, X)5Si3 (X为Ti, Hf, Cr 和 Zr)组成, 添加Zr并未改变合金的相组成, 但随着Zr含量增加, 合金中初生g-(Nb, X)5Si3的尺寸增大, 含量提高. 对不同Zr含量合金在1250 ℃分别氧化1~50 h发现, 随着Zr含量的增加, 合金氧化膜黏附性及致密性均得到显著改善, Zr含量较高的合金(x=4和8)氧化50 h后, 氧化膜出现明显的分层现象: 最外层为致密的单相TiO2层, 中间层主要由ZrO2, TiNb2O7和TiO2组成, 而内层主要由Si的氧化物组成. 随着合金中Zr含量增加, 氧化膜厚度及单位表面积的氧化增重均显著降低, 抗氧化性能得到明显改善.

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14. 定向凝固DD6单晶高温合金枝晶组织均匀性研究
王玉敏,李双明,钟宏,傅恒志
金属学报    2015, 51 (9): 1038-1048.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00035
录用日期: 2015-06-16

摘要187)   HTML8)    PDF (9068KB)(805)   

采用一次枝晶间距、最小生成树(minimum spanning tree, MST)、Voronoi多边形、FFT以及RO-XRD和EBSD等方法, 研究了DD6单晶高温合金枝晶分布的均匀性. 结果表明: DD6单晶高温合金一次枝晶平均间距为325.7 mm, 变化率7.38%. Voronoi多边形法给出的最近邻枝晶个数对应在5.87~5.93, 所占比例变化率超过30%; 另外, MST的枝干长度变化也比较明显, 达到26.95%, 不同位置处的FFT频谱也不同, 说明实验中选晶法获得的DD6单晶高温合金组织均匀性有待于进一步提高. 上述结果也表明, 定向凝固单晶高温合金枝晶生长是一个动态调整的过程, 通过测量一次枝晶间距结合Voronoi多边形和MST法可量证枝晶生长过程的变化程度, 而通常采用一次枝晶平均间距来衡量凝固过程稳定性是不充分的. 对选晶法获得的DD6单晶高温合金择优取向与轴向(Z轴)之间的偏离角进行了测量, 发现其值在10°以内, EBSD测试的结果比RO-XRD相应结果大, 这是由于RO-XRD在计算偏离角时选用了强度最大值所对应的衍射峰所致.

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15. 镍基粉末高温合金中微量元素Hf的作用*
张义文,胡本芙
金属学报    2015, 51 (8): 967-975.   doi:10.11900/0412.1961.2014.00704
摘要104)   HTML2)    PDF (10823KB)(466)   

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.

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16. 单晶DD3与细晶GH4169高温合金摩擦焊接界面表征*
杜随更,王喜锋,高漫
金属学报    2015, 51 (8): 951-956.   doi:10.11900/0412.1961.2014.00686
摘要110)   HTML2)    PDF (6110KB)(835)   

采用SEM, TEM及EDS对制造焊接式整体涡轮叶盘所用的单晶DD3与细晶GH4169高温合金摩擦焊接界面进行了研究. 结果表明, 焊合区存在一条以GH4169合金为主的摩擦变形带, 两侧单晶和细晶合金的热力影响区均形成了动态再结晶晶粒; 连接界面处于两侧合金的动态再结晶晶粒之间, 通过连接界面上的共有晶粒和共有晶界实现了两侧合金的连接; 成分过渡主要发生在连接界面处的共有晶粒内和共有晶界处. TEM分析位置的共有晶粒(C2)与相邻GH4169动态再结晶晶粒(C3)具有特殊的取向关系: [1ˉ14]C2 ∥ [1ˉ10]C3 和(220)C2 ∥ (220)C3; 在摩擦焊热循环及焊后热处理作用下, 共有晶粒、两侧动态再结晶晶粒都存在g' 相析出, g' 相呈细小的球形分布, 并与g基体共格, 但未发现有g" 相析出.

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17. C对一种镍基高温合金与陶瓷型壳界面反应及润湿性的影响*
陈晓燕,金喆,白雪峰,周亦胄,金涛,孙晓峰
金属学报    2015, 51 (7): 853-858.   doi:10.11900/0412.1961.2015.00007
录用日期: 2015-04-08

摘要125)   HTML10)    PDF (3918KB)(721)   

采用座滴法研究了C对一种高温合金与陶瓷型壳的界面反应及润湿性的影响. 通过SEM和EPMA研究了合金与陶瓷型壳的界面组织形貌及反应区元素分布. 利用Thermo-Calc软件计算了合金熔体中C, Cr和Al的活度, 分析了C含量对合金熔体中C, Cr和Al的活度的影响. 探讨了合金/陶瓷界面反应与润湿性的关系. 结果表明, 合金中C含量高于0.1%时, C的活度明显增大, 合金熔体与陶瓷型壳发生界面反应, 合金熔体/陶瓷体系由非反应润湿变为反应润湿, 合金表面产生黏砂层且合金中Cr和Al扩散到陶瓷表面.

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18. 脉冲磁场作用下矩形截面宽厚比对K4169高温合金晶粒细化的影响*
滕跃飞,李应举,冯小辉,杨院生
金属学报    2015, 51 (7): 844-852.   doi:10.11900/0412.1961.2014.00692
录用日期: 2015-03-17

摘要81)   HTML7)    PDF (10824KB)(259)   

研究了脉冲磁场作用下K4169高温合金矩形截面试件的凝固组织以及具有不同宽厚比矩形截面试件的晶粒细化效果, 计算模拟了脉冲磁场作用下试件熔体中电磁场和流场的分布情况, 并对细化机理进行了分析. 实验结果表明, 施加脉冲磁场后, K4169高温合金矩形试件的凝固组织得到了不同程度的细化, 当试件宽厚比为1时, 施加脉冲磁场可以使凝固组织晶粒显著细化; 随着试件宽厚比增大, 脉冲磁场的晶粒细化效果减弱. 计算模拟结果表明, 脉冲磁场在熔体中产生周期性的压-拉电磁力, 导致熔体产生周期性振荡和呈环流形式的对流. 在相同磁感应强度的脉冲磁场作用下, 试件宽厚比越接近1, 试件内的电磁力和流速越大, 有利于模壁晶核游离及枝晶臂破碎, 从而使晶粒得到细化.

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19. Nb-Ti-Si-Cr基超高温合金表面ZrSi2-NbSi2复合渗层的组织及其抗高温氧化性能*
李轩, 郭喜平, 乔彦强
金属学报    2015, 51 (6): 693-700.   doi:10.11900/0412.1961.2014.00498
录用日期: 2015-04-20

摘要244)   HTML9)    PDF (3529KB)(821)   

采用先磁控溅射Zr膜, 再Si-Y扩散共渗的方法, 在新型Nb-Ti-Si-Cr基超高温合金表面制备了ZrSi2-NbSi2复合渗层, 分析了渗层的显微组织及形成机制, 并研究了其在1250 ℃的恒温氧化行为. 结果表明, 1150, 1250和1350 ℃下Si-Y共渗4 h所制备的渗层具有相似的显微组织, 均主要由ZrSi2外层, (Nb, X)Si2 (X=Ti, Cr, Zr和Hf)中间层和(Ti, Nb)5Si4内层组成. 恒温氧化实验结果表明, 所制备的渗层具有优异的抗高温氧化性能. 氧化时渗层表面形成了由SiO2, TiO2, ZrSiO4和Cr2O3混合组成的致密氧化膜, 能够在1250 ℃空气中保护基体合金至少100 h不被氧化.

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20. 缺口取向和再结晶对一种定向凝固钴基高温合金热疲劳性能的影响
濮晟, 王莉, 谢光, 丁贤飞, 楼琅洪, 冯强
金属学报    2015, 51 (4): 449-457.   doi:10.11900/0412.1961.2014.00425
摘要80)   HTML8)    PDF (8884KB)(416)   
在定向凝固钴基高温合金中采用V型缺口分别垂直和平行于凝固方向的板状热疲劳试样, 并在缺口位置预制再结晶组织, 研究了在最高温度为1000 ℃, 最低温度为室温的冷热循环下, 缺口取向和再结晶对定向凝固钴基高温合金热疲劳性能的影响. 结果表明, 缺口取向垂直于凝固方向时, 基体在应力作用下循环氧化开裂; 缺口平行于凝固方向时, 热疲劳性能下降, 裂纹沿枝晶间扩展. 再结晶降低定向凝固钴基高温合金的热疲劳性能, 再结晶晶界氧化开裂, 晶界析出的M23C6型碳化物氧化脱落后形成的孔洞加速了裂纹扩展; 连接枝晶间碳化物的再结晶晶界成为缺口平行于凝固方向时热疲劳裂纹的优先扩展通道.
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21. W和Re对固溶态镍基单晶高温合金变形和再结晶的影响*
濮晟, 谢光, 郑伟, 王栋, 卢玉章, 楼琅洪, 冯强
金属学报    2015, 51 (2): 239-248.   doi:10.11900/0412.1961.2014.00292
摘要321)   HTML7)    PDF (7711KB)(756)   
镍基单晶高温合金固溶处理后, 分别经过Brinell硬度计压痕和吹砂引入变形, 热处理后观察再结晶, 研究了W和Re元素对固溶态镍基单晶高温合金变形和再结晶的影响. 结果表明, 加入W和Re后, 单晶高温合金变形后位错密度增大, 位错缠结增多, 再结晶形核时间滞后, 即再结晶孕育期延长, 再结晶深度明显减小. 单晶高温合金经吹砂后, 表面显微硬度明显增加, 加入W和Re后, 变形深度减小, 再结晶晶界迁移速率最大值降低, 且沿着再结晶深度方向, 晶界平均迁移速率的变化与显微硬度变化趋势一致。
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22. Pt对镍基单晶高温合金持久性能的影响
林惠文,刘纪德,周亦胄,金涛,孙晓峰
金属学报    2015, 51 (1): 77-84.   doi:10.11900/0412.1961.2014.00364
摘要249)   HTML7)    PDF (11041KB)(663)   

研究了不同Pt含量的镍基单晶高温合金在1100 ℃, 180 MPa和1000 ℃, 310 MPa条件下的持久性能, 采用SEM和TEM等方法分析了Pt对合金持久变形组织和位错形态的影响. 结果表明, Pt略微降低了合金在1100 ℃, 180 MPa条件下的持久寿命, 较大降低了合金在1000 ℃, 310 MPa条件下的持久寿命. 不同Pt含量的合金在不同条件的持久断裂均表现为塑性断裂, 断口附近可以观察到大量的微孔洞和微裂纹. 不同Pt含量合金持久变形后均在g/g'界面上形成致密的位错网. Pt对合金持久性能影响的主要原因在于Pt促进了TCP相的形成, 而TCP相与基体界面吸收大量变形过程中产生的空位而导致孔洞形核, 随着变形的继续孔洞成为裂纹源.

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23. (W+Mo)/Cr比对铸造镍基高温合金时效组织和持久性能的影响
孙文, 秦学智, 郭建亭, 楼琅洪, 周兰章
金属学报    2015, 51 (1): 67-76.   doi:10.11900/0412.1961.2014.00281
摘要309)   HTML6)    PDF (18347KB)(433)   
利用真空冶炼制备了不同(W+Mo)/Cr比(质量比)的铸造镍基高温合金, 采用OM, SEM和TEM观察了合金试样的微观组织, 研究了(W+Mo)/Cr比对合金组织演化和持久性能的影响. 结果表明, (W+Mo)/Cr比对热处理态组织无明显影响, 主要组成相为g基体、g' 相、初生MC和晶界二次碳化物. 长期时效期间, 合金试样的组织演化主要包括g' 相粗化、拓扑密排相 (TCP) 相析出、MC分解和晶界粗化. 随(W+Mo)/Cr比降低, MC的热稳定性明显降低, 晶界粗化程度升高, 晶界碳化物发生了M6C→ M6C+M23C6→ M23C6的转变. 同时, TCP相的析出量明显减少. 当(W+Mo)/Cr比为0.22时, 无TCP相析出. 另外, (W+Mo)/Cr比由高于0.55降低至0.37时, TCP相的种类由m相转变为了ms相共存. g' 相和晶界粗化及TCP相的析出是引起合金持久性能降低的主要原因. 综合(W+Mo)/Cr比对合组织演化和持久性能的影响得出, (W+Mo)/Cr比约为0.37时, 合金具有最佳的持久性能.
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