偏离度对抗热腐蚀单晶高温合金DD483拉伸性能的影响

用螺旋选晶器法制备DD483抗热腐蚀单晶高温合金,在偏离度小于10°时测试合金从室温到1 000℃的瞬时拉伸性能;研究0~30°范围内偏离度对合金室温和950℃拉伸性能的影响。结果表明：由于单相γ′的反常屈服行为,750℃时合金的抗拉强度达到峰值1 300 MPa,屈服强度达到1 105 MPa;偏离度在0~30°范围内,DD483合金室温及950℃时的屈服强度和抗拉强度均随偏离度增加而减小,塑性随偏离度的增加而增大;不同偏离度样品的室温拉伸的变形机制并没有明显差别,拉伸性能的差异主要在于Schmid因子和弹性模量的不同;950℃时由于开动滑移系数目的增加,偏离度对合金拉伸强度的影响相对室温的影响减小。

新型高强度抗热腐蚀单晶高温合金研究

对新研发的M09A高强度抗热腐蚀单晶高温合金的组织结构、力学性能、抗热腐蚀性能及长期时效组织性能稳定性进行了研究。结果表明:M09A合金相对IN738合金适当降低Cr含量,为增加强化元素含量提供了可能,从而提高了M09A合金沉淀强化和固溶强化水平;取较低的Ti/Al比可以改善组织稳定性;应用单晶技术和高温热处理,可进一步提高M09A合金的高温力学性能、抗热腐蚀性能和组织性能稳定性;M09A合金抗热腐蚀性能与IN738合金的相当,高温力学性能超过现有的抗热腐蚀合金和典型的高强度定向凝固合金DZ125的,并达到第1代单晶合金的水平;合金组织性能稳定,不含Re、Ru、Hf等贵重金属元素,成本低,密度小,铸造性能较好。

Re和Ta对抗热腐蚀单晶高温合金900℃长期时效组织稳定性的影响

开展了不同Re和Ta含量抗热腐蚀单晶高温合金900℃长期时效的实验研究,定量分析了0~7500 h时效过程中γ′形貌、尺寸的演化和拓扑密排(TCP)相析出规律。结果表明,2Ta2Re、5Ta0Re、5Ta2Re、8Ta0Re和8Ta2Re 5种合金中,随Ta和Re含量增加,γ′相尺寸变小,且γ′相粗化速率变慢,粗化速率分别为:1.445×10^-5、1.569×10^-5、1.390×10^-5、1.465×10^-5和1.384×10^-5μm^3/h。提高Ta和Re的含量可以降低合金的有效扩散系数并增加扩散激活能,从而降低粗化速率,其中Re的作用更显著。时效2000 h后,含Re合金依次析出了TCP相,高Ta含Re合金析出较严重。Ta和Re交互作用影响了γ和γ′两相元素的分配行为,其中8Ta2Re合金Ta进入γ′相使其晶格常数变大的同时,也促进了Re、W、Cr等元素在γ基体中的分配,促进TCP相析出。

热处理对一种抗热腐蚀单晶高温合金组织和持久性能的影响

研究了热处理对一种抗热腐蚀单晶高温合金微观组织及1070℃/140 MPa持久性能的影响。结果表明:长时间的均匀化热处理显著降低了元素偏析;随着均匀化时间的延长,微孔面积分数逐渐增加,平均尺寸不断增大,微孔的密度呈先升高后降低的变化趋势;随一级时效温度的升高,γ′相尺寸逐渐增大,γ′相面积分数先增加后减少;合金的持久寿命随一级时效温度的提高先升高后降低,一级时效温度为1100℃时,立方状γ′相尺寸约370 nm且正方度较好,γ′相的面积分数最大,持久寿命最高;持久断口具有韧性断裂特征,亚晶界处的碳化物和微孔是引起持久试样断裂的主要裂纹源。

高温镍基单晶合金NiCoCrAlYTa涂层的抗热腐蚀性能

以往,对高温镍基单晶合金上采用低压等离子喷涂制备的NiCoCrAlYTa涂层的热腐蚀性能研究较少。为此,采用低压等离子方法在镍基高温单晶合金上制备了NiCoCrAlYTa涂层,采用涂盐法研究了Na2SO4对试样在1123K空气中热腐蚀的影响,同时分析了NiCoCrAlYTa涂层的形貌及结构。结果表明:高温镍基单晶合金遭受了严重的热腐蚀,出现了内硫化和内氧化;NiCoCrAlYTa涂层由于表面生成了致密、保护性的Al2O3膜,以及涂层中Cr和Ta元素的作用而表现出优异的抗热腐蚀性能。结果证实,NiCoCrAlYTa涂层可以很好地提高单晶合金的抗热腐蚀性能。

吹砂、抛光及其电解腐蚀后处理对单晶高温合金表面组织和再结晶行为的影响

采用吹砂处理、砂带抛光、毡轮抛光3种表面处理使铸态单晶(SX)Ni基高温合金叶片表面形成塑性变形层,对叶片表面变形层进行电解腐蚀实验,然后进行标准热处理,研究了单晶高温合金叶片表面处理的变形层及其电解腐蚀后显微组织。结果表明:3种表面处理的铸态单晶高温合金叶片表面变形层深度分别约为6,3.5μm和2μm,并在吹砂处理和砂带抛光的表面变形层周围存在显微裂纹;表面变形层电解腐蚀过渡区内存在大量γ′变形组织,且3种表面处理的塑性变形残存量依次递减,而变形层完全电解腐蚀区内无塑性变形痕迹;标准热处理后,变形层未电解腐蚀区存在凹陷特征和再结晶晶粒,但无塑性变形痕迹;变形层完全电解腐蚀区无明显凹坑和再结晶晶粒。

新型抗热腐蚀镍基高温合金K44的高温低周疲劳行为

研究了K44合金900℃低周疲劳性能和断裂行为。研究结果表明,该合金在循环形变过程中,首先表现出起始循环硬化或软化,随后循环稳定及最终失稳断裂三阶段。高应变幅下位错切割γ′相形成层错,降低变形阻力,合金表现出循环软化行为;低应变幅下位错在γ′相前塞积造成位错可动性降低,合金表现出循环硬化行为。疲劳裂纹主要萌生于试样表面或近表面缺陷处,以穿晶方式扩展;合金基体中块状碳化物对裂纹扩展起阻滞作用。

检验腐蚀对镍基单晶高温合金力学性能的影响

在真空定向凝固炉中采用螺旋选晶法制备了一种镍基单晶高温合金棒材,研究了检验腐蚀对单晶高温合金在980℃下的拉伸性能和980℃/250MPa下的持久性能的影响,并分析了其表面及断裂试样纵剖面显微组织。结果表明:镍基单晶高温合金在检验腐蚀的过程中,其枝晶间的腐蚀深度比枝晶干的大;随着腐蚀次数的增加,合金的表面粗糙度增大,枝晶间形成了腐蚀坑甚至腐蚀沟槽;腐蚀后合金的拉伸性能和持久性能均降低。

DD15单晶高温合金900℃的热腐蚀性能

在高温度梯度真空定向凝固炉中制备了第四代单晶高温合金DD15,在900℃下研究了DD15单晶高温合金热腐蚀性能。采用扫描电镜、X射线衍射仪、能谱分析仪对腐蚀产物进行了分析。结果表明,DD15合金铸态组织由枝晶组成,枝晶间存在大量共晶组织。合金经过热处理后,获得立方化较好的γ′相组织。腐蚀过程中,腐蚀均匀、无剥落、无腐蚀坑。开始时腐蚀速率稍大,随着时间增加,腐蚀速率逐渐降低。燃气腐蚀条件下,合金100 h的平均腐蚀速率非常低,DD15合金具有优异的热腐蚀性能。腐蚀100 h后产物分为三层,外层为不规则棱形、紧密排列的NiO,中间为混合氧化物,内层为硫化物。内层中有薄片的NiS生成。

不同腐蚀时间对DD6单晶高温合金表面形貌的影响

研究了H_2O_2/HCl混合溶液中不同腐蚀时间对DD6单晶高温合金表面粗糙度及表面形貌的影响,使用表面粗糙度轮廓仪分析腐蚀前后合金的表面粗糙度,利用3D激光共聚焦扫描显微镜观察腐蚀前后合金的表面形貌,采用电子分析天平测定合金在不同腐蚀时间内的腐蚀速率,并探讨DD6合金在H_2O_2/HCl混合溶液中的耐腐蚀机制。结果表明:随着腐蚀时间的增大,DD6合金表面粗糙度呈现逐步增长规律;腐蚀后合金表面枝晶间区域出现腐蚀坑,随着腐蚀坑的扩大逐渐形成了腐蚀沟槽,枝晶干区域呈现凸出形貌;随着腐蚀时间的增大,合金的腐蚀速率先增大后降低;DD6合金的枝晶干与枝晶间的电势差异对腐蚀后合金的表面形态及腐蚀机制起到了决定作用。

单晶高温合金热腐蚀行为及其改善方法研究现状

单晶高温合金是制造航空发动机及燃气轮机热端涡轮叶片的重要材料,然而单晶叶片工作环境中腐蚀性燃气的存在严重影响了其服役寿命。本文围绕单晶高温合金的热腐蚀行为回顾了近年来镍基单晶高温合金的发展历程,针对单晶高温合金的典型应用和真实服役条件,介绍了高温熔盐热腐蚀机理模型、应力腐蚀与热腐蚀疲劳,以及热腐蚀行为的取向各向异性。从成分调控、稀土元素添加、防腐涂层和表面改性技术等4个方面介绍了单晶高温合金抗热腐蚀性能的改善方法。最后,根据对现有研究成果的分析,总结了单晶高温合金热腐蚀研究面临的挑战,提出了未来单晶高温合金热腐蚀行为领域可能的研究方向。

镍基高温合金中钴对抗热腐蚀性能的影响

用Udimet500为基,钴含量在0～25%范围内的七种合金在750℃、800℃、850℃含100ppm盐雾气氛中进行单管热腐蚀试验,试验时间为62.5小时。宏观观察及失重法测试表明,钴可以明显改善和提高合金的抗热腐蚀性能。用光学显微镜及辉光逐层分析的结果表明,增加合金中钴含量有益于合金在热腐蚀孕育期形成连续的保护性氧化膜,提高氧化膜的粘附性。钴还可以有效地阻止硫在合金中的扩散。

检验腐蚀对镍基单晶高温合金高周疲劳性能的影响

为了研究检验腐蚀对一种镍基单晶高温合金高周疲劳性能的影响,将经过标准热处理的试样置于FeCl 3+HCl+H 2O腐蚀剂中分别腐蚀2次和4次,采用莱卡DCM8共聚焦显微镜和扫描电镜对未腐蚀、2次与4次腐蚀试样的表面形貌进行观察,然后分别测试未腐蚀和4次腐蚀试样760℃与980℃的旋转弯曲疲劳性能。结果表明:未腐蚀试样表面存在纵向且相互平行的由抛光带来的细小抛痕,表面粗糙度低;2次腐蚀后,表面抛痕有所减少,枝晶间区域出现腐蚀坑,表面粗糙度增加;4次腐蚀后,表面抛痕被完全腐蚀掉,腐蚀坑深度和表面粗糙度进一步增加。4次腐蚀会略微降低合金760℃的疲劳性能,但对高应力幅条件下的疲劳寿命影响较大,对低应力幅条件下的疲劳寿命影响较小。4次腐蚀对合金980℃疲劳性能影响很小。

钠盐量影响下DD6单晶高温合金的高温热腐蚀规律研究

目的开展镍基单晶高温合金DD6在950℃下的热盐腐蚀试验(95%Na2SO4+5%NaCl),探明涂盐量和涂盐方式(周期涂盐和单次涂盐)对DD6高温热腐蚀的影响规律和机理。方法结合扫描电子显微镜、X射线能量色散谱、X射线衍射等设备,对不同涂盐量及涂盐方式下DD6的表面及横截面形貌进行观察分析,分析不同涂盐量和涂盐方式下DD6的高温热腐蚀机理。结果DD6在950℃下主要发生碱性熔融热腐蚀,同时伴随氧化、硫化和氯化等过程。高温热腐蚀使得DD6合金表面生成的保护性氧化膜被熔融态的腐蚀介质破坏,导致O、S、Cl等外部元素通过氧化膜的缺陷进入DD6基体中,在合金的亚表面发生内氧化、内硫化以及内氯化反应,横截面上出现明显的腐蚀层,其主要由氧化物以及硫化物组成。随着热腐蚀的进行,DD6表面物质发生了剥蚀,沉积盐量的增加导致剥蚀现象越加严重,合金内部致密的组织结构也被破坏,横截面上出现了大量孔洞、裂纹等缺陷。在相同涂盐量下,周期涂盐法使得DD6的腐蚀程度高于单次涂盐法。结论DD6高温热腐蚀行为与涂盐量及涂盐方式密切相关,相同涂盐方式下,涂盐量越大,DD6热腐蚀更加严重。涂盐量一定时,周期涂盐法使得DD6的热腐蚀剧烈程度大于单次涂盐法,且DD6在上述热腐蚀条件下均发生剥蚀破坏。

冶金新材料——抗热腐蚀耐高温合金

西安航空发动机公司与中国科学院金属研究所联合研制出一种长寿命的抗热腐蚀、耐高温合金,即DD8单晶叶片合金,近期应用于大功率燃气轮机涡轮叶片,取得成效.

不同温度下DD6单晶高温合金的燃气热腐蚀行为研究

目的研究DD6高温合金在650、800、950℃等3种典型温度的燃气热腐环境下的耐腐蚀性能。方法采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等测试方法,研究不同温度下DD6高温合金的热腐蚀行为。结果与结论随着温度的升高,合金的腐蚀速率呈逐渐增加的趋势。当温度为650、800℃时,合金的腐蚀速率较小;当温度为950℃时,表面腐蚀产物明显剥落,腐蚀程度明显增加。在650℃下,DD6合金的腐蚀层较薄,主要为NiO、Al2O3等氧化物。在800、950℃下,腐蚀层分为2层,外层由2部分构成,最外侧为一薄层NiO和Co3O4等的混合物,次外层为相对疏松的NiO,内层为Al2O3和Cr2O3构成的相对致密的腐蚀层。腐蚀层下方的基体中,出现了γ'相退化区,并且出现了明显的内硫化现象,加剧了热腐蚀作用。

单晶高温合金高周疲劳行为的研究

一、引言 高温合金涡轮叶片一般需承受复杂的应力,除温度变化引起的热应力以外,还有恒定的离心力和热燃气喷射而产生的高频振动力。而高温高周疲劳实验能够较好地模拟后两种应力。对于单晶高温合金,抗高温高周疲劳能力将大大提高,许多研究表明,高周疲劳裂纹源总是发生在晶体材料的不连续处,包括疏松、夹杂和晶界等,比起普通铸造和定向凝固高温合金,单晶高温合金疏松和夹物很少,且不存在晶界,因此疲劳强度极限明显提高。但单晶高温合金疲劳断裂总是呈脆性的,深入研究它的微观断裂机制是非常必要的。本文对在热腐蚀环境下的涡轮叶片用单晶高温合金经高温高周疲劳实验后的断裂特征和微观机制进行研究。 二、实验过程 研究用单晶高温合金的化学成分为(wt％):Cr15.61,Co8.45,W5.74,Al3.80,Ti3.82,Ta1.16,其余为Ni。用选晶方法拉制成单晶试棒。

无铼镍基单晶高温合金的显微组织表征

采用螺旋选晶法制备一种新型无铼镍基单晶高温合金,研究金相腐蚀剂对合金显微组织的影响,以及合金元素的偏析和合金的显微组织。运用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电子探针(EPMA)、X射线衍射(XRD)、电化学萃取、电化学工作站以及图像处理软件Image pro plus(IPP)等技术方法,对镍基单晶高温合金进行表征和研究。结果表明:镍基单晶高温合金铸态组织由γ基体相、γ'强化相以及γ/γ'共晶相组成;不同的金相腐蚀剂会形成不同的显微形貌,这是由γ基体相和γ'强化相在相应腐蚀溶液中的自腐蚀电位决定的,对于γ'相体积分数的评估,应当选用腐蚀掉γ'相的图片用于计算;铸态镍基单晶高温合金偏析严重,Cr、Co、W元素偏析于枝晶干,Al、Ta元素偏析于枝晶间。

工业燃气轮机透平叶片用铸造高温合金材料研究

与航空发动机相比,工业燃气轮机的寿命长、工作介质腐蚀性大、部件尺寸大,因此,要求工业燃气轮机透平叶片具有优异的高温长时组织稳定性和抗热腐蚀性能、良好的铸造工艺性能以及较低的成本。文章介绍了国内外工业燃气轮机透平叶片用单晶合金、定向凝固合金和等轴晶合金的应用情况,重点介绍了典型合金的成分特征、高温长时组织稳定性和铸造工艺性能。最后对工业燃气轮机透平叶片用铸造高温合金材料的发展趋势做了展望。

Ta、Co对新型高强抗热腐蚀镍基单晶高温合金组织稳定性的影响

研究了Ta、Co对一种新型高强抗热腐蚀单晶高温合金微观组织及1000℃长期时效中组织稳定性的影响。结果表明,随Ta含量的增加,γ′相溶解温度提高,完全热处理后的γ′相尺寸先增大后减小,Co降低了γ′相溶解温度,减小了γ′相尺寸并且降低了γ′相的含量;1000℃长期时效过程中,随Ta含量的提高,γ′相粗化速率先降低后升高,Co降低了γ′相的粗化速率,γ/γ′两相错配度和元素的扩散是影响γ′相粗化速率的主要因素;Ta提高了合金中γ′相的含量,促使Re、W、Mo、Cr元素向γ基体中分配,促进了tcp相的析出,Co降低了Re、W、Mo、Cr元素在γ基体中的分配,降低了基体的过饱和度,抑制了tcp相的析出。