铸造镍基高温合金重熔工艺的研究进展

重熔浇注工艺对浇注试棒的力学性能影响较大。本文归纳了重熔浇注工艺过程中不同熔体处理温度、时间和浇注温度、模壳温度、砂箱温度及浇注试棒形状对浇注试棒显微组织的影响,并分析了原因。对未来重熔铸造镍基合金浇注试棒的重点关注方向进行了展望。

铸造镍基高温合金K447的高温氧化行为

用静态增重法测定了铸造镍基高温合金K447在700℃～950℃空气中的恒温氧化行为，其氧化动力学符合抛物线规律．在900℃以下为完全抗氧化级，在900℃～950℃为抗氧化级．X射线衍射、扫描电镜和能谱分析表明，K447氧化膜分为3层：外层是疏松的Cr2O3和TiO2的混合物，并含有少量的NiO及NiCr2O4尖晶石；中间层是Cr2O3；内氧化物层是Al2O3，并含有少量TiN．

一种铸造镍基高温合金的凝固行为

M963合金的凝固顺序为: L→L+γ→L+(γ＇+MC)+γ→(γ+γ＇)+(γ+MC)+γ→(γ+γ＇)+(γ+MC)+γ+γ＇;凝固组织呈树枝状结构,由γ固溶体基体、γ＇析出相及分布在枝晶间区的骨架状MC碳化物和(γ+γ＇)共晶组成;碳降低合金的液相线温度和(γ+γ＇)共晶温度,提高MC碳化物的形成温度,增加MC碳化物的体积分数,降低(γ+γ＇)共晶的体积分数;高熔点元素W和Co在枝晶干偏聚, Al,Ti,Nb,Cr和Mo在枝晶间偏聚.

铸造镍基高温合金K445的热疲劳行为

利用开有V形缺口的平板试样,研究了新型铸造镍基高温合金K445在最高温度分别为800,850,900℃,最低温度为室温的热循环下的热疲劳行为．通过光学显微镜和扫描电镜观察合金的组织和热疲劳裂纹形貌,研究热疲劳损伤机制．结果表明,热疲劳主裂纹主要从V形缺口处萌生,沿晶界扩展,而二次裂纹则穿晶扩展．当最高循环温度为800℃时,碳化物的组成和分布起主要作用,(Ti,Ta)C型碳化物的开裂处以及碳化物与基体的界面处是裂纹优先扩展区域．当最高循环温度为900℃时,高温氧化起重要作用,应力辅助作用下的晶界氧脆是主要损伤机制．

铸造镍基高温合金的蠕变阻力

在对颗粒强化理论和位错蠕变理论进行回顾、评价基础上,发展了一个位错蠕变阻力模型,认为蠕变阻力是影响铸造镍基高温合金蠕变机制的重要因素.当施加应力足以使位错切入γ’相时,主要蠕变机制是位错切割γ’相过程,蠕变阻力就是位错切入γ’相的临界门槛应力.在低施加应力区,位错只能借助于热激活攀移过程通过γ’相.蠕变阻力包括两部分:第一项是位错攀移临界口槛应力,与施加应力无关;第二项是与施加应力有关的阻力项,代表了其他强化机制的贡献.位错攀移机制蠕变阻力的上限是切割机制门槛应力.在3种铸造镍基高温合金中（定向凝固DZ17G合金,IN100合金和IN738合金）,对上述模型进行了验证,理论计算应用了SL强化理论,与实测值符合较好.

铸造镍基高温合金K35的高温氧化行为

测定了铸造镍基高温合金K35在850—1000℃温度范围内的氧化动力学曲线;并计算出其氧化激活能Q_(p1)=274 kJ/mol,Q_(p2)=315 kJ/mol,其氧化动力学曲线都符合抛物线规律,900℃以下,K35合金属于完全抗氧化级;900—1000℃为抗氧化级,X射线衍射、扫描电镜和能谱分析表明,K35合金的氧化膜分为3个区域:外层是性质疏松的Ti及Cr氧化物混合层,并含有少量尖晶石NiCr_2O_4与NiAl_2O_4;中间层是性质致密的Cr_2O_3氧化层;内层(过渡层)是Al_2O_3。

高温精炼处理对铸造镍基高温合金组织与性能的影响

研究了高温精炼处理对铸造镍基高温合金组织与性能的影响。普通铸造镍基合金枝晶组织粗大,晶界碳化物呈链状分布,晶内碳化物呈草体汉字状密集分布于枝晶间,是合金塑性低的主要原因。经高温精炼处理后,合金的枝晶组织细化,晶界及枝晶间的碳化物数量减少,γ+γ′共晶相数量增加,晶界碳化物呈不连续质点状分布,晶内碳化物的密集程度下降,拉伸塑性和蠕变(持久)寿命得以明显提高。经1650℃,5min高温熔体处理后,合金室温延伸率由3.5%提高到9.2%,700℃高温塑性由2.0%提高到8.0%,900℃高温塑性由2.8%提高到9.6%,蠕变寿命由34h提高到52h,蠕变塑性由4.3%提高到6.11%。推荐的最佳高温精炼处理制度为1650℃保温4h。分析了高温精炼处理对合金液态结构、凝固组织与性能的影响机理。

熔体过热处理对铸造镍基高温合金吸氮行为的影响

研究了不同温度的熔体过热处理对M96 3合金吸氮行为的影响。结果表明 :在 16 0 0～ 16 5 0℃进行熔体过热处理 ,合金中的氮含量因精炼作用而略有降低 ;但当过热温度达到 170 0℃时 ,由于熔体结构的变化而使合金开始吸氮 ;当过热温度达到 185 0℃时 ,合金中的氮含量由原来的 0 .0 0 0 6 % (质量分数 )急剧增加到 0 .0 0 47%(质量分数 )。

K417铸造镍基高温合金热机械疲劳行为的研究

研究了 Ｋ４１７合金在 ４００－８５０℃同相（ＩＰ）和反相（ＯＰ）的热机械疲劳（ＴＭＦ）行为，并且与 ８５０℃等温疲劳（ＩＦ）性能进行了比较．结果发现： Ｋ４１７合金 ＩＦ和 ＴＭＦ都具有循环硬化特征， ＩＦ的循环硬化能力比 ＴＭＦ的要高．与等温疲劳寿命相比较，在相同机械应变幅下， ＴＭＦ的寿命降低，而且同相（ＩＰ）的寿命比反相（ＯＰ）的寿命更低 ＳＥＭ断口及断裂纵向剖面检查发现，同相ＴＭＦ的沿晶开裂是导致其疲劳寿命比反相ＴＭＦ低的主要原因．

浇注温度对1种新型铸造镍基高温合金组织和拉伸性能的影响

为分析浇注温度与合金的组织结构和力学性能之间的变化关系,通过改变浇注温度获得不同枝晶组织试样,采用金相显微镜和扫描电镜来观察和分析合金的组织结构,结合拉伸性能测试研究了合金的组织结构对拉伸性能的影响。结果表明:降低浇注温度使γ'相和碳化物得到细化;降低浇注温度提高了合金的拉伸强度,并改善了塑性。

铸造镍基高温合金时效过程中晶界粗化行为仿真研究

以K480铸造镍基高温合金为研究对象,利用实验测量了不同时效时间下γ′相晶界和碳化物晶界的宽度,并分析了晶界粗化过程中的组织变化,利用计算机拟合了晶界粗化行为演变曲线。为铸造镍基高温合金生产过程中的微观组织控制提供参考。

铸造镍基高温合金K35的高温力学和高温氧化行为

研究了某燃气轮机动力涡轮叶片材料K35合金的高温拉伸、蠕变和持久以及氧化动力学行为.结果表明,在室温至950℃的温度范围内,K35合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率等瞬时拉伸性能与IN738合金相当,但K35合金的成本远低于后者.K35合金的高温蠕变曲线表现为较短的减速阶段和加速阶段以及非常长的稳态阶段.在900℃、150～200MPa条件下的表观应力指数值是13,说明K35合金具有较高的蠕变抗力.TEM观察表明,K35合金的蠕变变形机制受控于位错通过球形γ'相的Orowan绕越过程.SEM观察表明:K35合金的蠕变断裂是一个沿晶破坏过程,蠕变断裂特性服从Monkman-Grant规律.在同一温度下,K35合金的高温比强度与IN738合金相当.K35合金800℃的高温氧化动力学曲线服从抛物线规律,属于完全抗氧化级.K35合金的表面氧化膜以Cr2O3为主,也含有少量的NiCr2O4尖晶石和TiO/TiO2相.K35合金在高温氧化期间发生沿晶界或枝晶间的内氧化行为.氧化层分为3部分,分别是疏松的氧化外层,致密的氧化内层和内氧化层.

650℃超超临界镍基高温合金超高压内缸铸造技术研究

介绍了高参数燃煤发电机组用镍基高温合金12 t级超高压内缸铸造技术研究工作及相关生产经验。结合镍基高温合金的材料特性、超高压内缸铸件的结构特点,应用MAGMA软件进行充型、凝固、应力多场耦合的模拟计算,并结合多年生产制造经验,制定合理的铸造工艺方案。目前,铸件已经完成毛坯制作,经对铸件化学成分、表观质量、尺寸进行检测,满足相关要求,为后续的工程化制造提供了经验。

铸造镍基高温合金中初生MC碳化物的退化过程和机理

采用OM,SEM和TEM及其HAADF模式下的元素面扫描,研究了一种铸造镍基高温合金长期时效期间初生MC碳化物的分解反应过程、形式及机理.结果表明,在长期时效过程中,初生MC分解反应分为3个阶段:MC+g→M_6C+γ′,MC+γ→M_6C+M_(23)C_6+γ′和MC+γ→M_6C+M_(23)C_6+h.HAADF模式下对分解区域进行元素面扫描,浓度梯度显示初生MC分解实际上是元素在初生MC和g基体之间的互扩散交流过程,分解产物中的C主要来源于初生MC,Ni,Al和Cr来源于g基体,而Ti,W和Mo不仅源于g基体也源于初生MC.合金具有较高的Ti+Nb+Ta+Hf原子分数和(Ti+Nb+Ta+Hf)/Al原子比是初生MC分解过程中析出h相的必要条件,而其析出的数量与初生MC的分解程度有关,分解程度越高,析出数量越大.

铸造镍基高温合金增材修复技术的研究现状

铸造镍基高温合金广泛用于燃气轮机与航空发动机叶片等高温部件,长时间运行过程中经常发生叶片局部损伤失效,其维修或更换成本极高。通过增材修复来恢复局部损伤叶片的性能,将极大地降低制造成本、缩短制造周期、节约资源,具有极大的社会效益和市场价值。本文针对燃气轮机与航空发动机用铸造镍基高温合金部件的服役工况与失效形式,结合铸造镍基高温合金的成分、组织与性能特点,系统分析了增材修复时出现裂纹的类型、特点及形成机理,阐述了各类裂纹的主要影响因素,从增材工艺和材料两方面分类综述了减少或避免裂纹的增材修复工艺与技术现状,分析了不同增材修复方法的优缺点与未来可能的研究热点。

Nb/Ti比对铸造镍基高温合金长期时效组织演化的影响

采用OM,SEM和TEM等手段,分析了Nb/Ti比对铸造镍基高温合金长期时效微观组织演化的影响.结果表明,在长期时效期间,Nb/Ti比对g'相形貌演化和粗化影响不大,但对g'相体积分数有一定影响.初生MC中Nb/Ti比和(Nb+Ti)/(W+Mo)比与合金Nb/Ti比具有很好的线性关系.随合金Nb/Ti比下降,2个比值线性下降,使MC分解程度提高,热稳定性降低;但是,2个比值的显著改变并不能导致MC分解程度的大幅变化,还存在其它因素对MC热稳定性具有重要影响.MC的分解程度可通过分解前后体积分数的变化来计算,而热稳定性强弱则可由分解程度来定量表达.Nb/Ti比降低,晶界粗化更加严重,晶界析出M23C6的倾向增大,析出M6C的倾向减小.但是,合金中m相的析出演化行为并未受到Nb/Ti比的明显影响.

一种低成本镍基铸造高温合金的高温力学行为

研究了一种无钴镍基铸造高温合金K46的高温拉伸、蠕变和持久性能,并与K412合金进行了比较。结果表明,K46合金的高温拉伸和高温持久强度均高于K412合金,但前者成本低于后者。K46合金在950℃高温下仍具有强度和塑性,足以保证K46合金的安全使用。K46合金的高温拉伸蠕变曲线表现出非常长的稳态蠕变阶段,而较高的蠕变塑性来自于加速蠕变阶段。K46合金的蠕变机制受位错通过γ′沉淀相的攀移过程所控制。K46合金的拉伸、蠕变和持久断裂都表现出沿晶(枝晶间)特征。

镍基铸造高温合金及热处理工艺研究

随着科技的发展,航空航天、汽车等行业的工业生产要求不断提升,燃气轮机、涡轮叶片机匣等领域高温部件,为了适应整体工业生产的要求,对原材料性能的要求也随之提高。镍基铸造制备高温合金材料零部件方式,能够在性能及处理方式上,满足各个领域工业生产对原材料的要求。除此之外,热处理是高温合金生产过程中不可或缺的工艺,能够通过改变合金的微观组织来提升合金的耐热性、抗腐蚀性等性能,在镍基铸造高温合金制备零部件的过程中,热处理工艺地位重要。文章介绍了镍基铸造高温合金的发展历程和热处理技术及其对结构和性能的影响,阐述了镍基铸造高温合金热处理技术的发展现状和趋势。

镍基铸造高温合金K35的热腐蚀行为

研究了涂有75%Na2SO4+25%NaCl盐膜的镍基铸造高温合金K35在800℃～900℃的热腐蚀行为.结果表明,该合金在实验条件下发生高温热腐蚀.在800℃,腐蚀动力学曲线大体遵循抛物线规律.腐蚀产物分为3个区域:即外层是以Cr2O3为主相对致密的具有保护性的氧化层,中间层是富Ti层,内层是以Al、Ti为主的氧化物.腐蚀形貌观察说明,热腐蚀的发展主要伴随着致密氧化层的增厚以及Cr2O3保护性氧化膜的挥发,且涂盐导致Cr2O3挥发温度降低.在800℃及850℃表面有少量硫化物形成,随腐蚀温度增高有内硫化物产生.腐蚀动力学和腐蚀形貌特点支持热腐蚀的硫化-碱融机理模型.

镍基铸造高温合金K52在900℃恒温氧化性能的研究

研究了镍基铸造高温合金K52在900℃和100 h下的氧化行为,并与ЧC104-Bи合金进行了比较,为K52合金的设计提供了实验基础与理论依据.结果表明,两种合金在900℃和100 h下的氧化动力学曲线均符合抛物线规律,属于完全抗氧化级.X射线衍射、扫描电镜、电子探针元素面分布和能谱分析等实验表明,K52合金和ЧC104-Bи合金的氧化膜相似,可分为三层:外层以TiO2层为主,性质疏松,空隙较多,没有形成连续氧化层;中间层为连续、致密、平直的氧化物,形成保护性氧化层,以Cr2O3为主,并含有少量尖晶石N iCr2O4及TiO2;内层以A l2O3为主,含有少量TiO2氧化物.K52合金的恒温抗氧化性能优于ЧC104-Bи合金.