长期时效对镍铁基高温合金组织和冲击韧性的影响

高参数超超临界机组是未来火电技术的核心研究和发展方向,新型镍铁基高温合金HT650T(GH4650T)是650℃等级机组过热器、再热器用重要的候选材料,本研究将固溶态HT650T合金管材分别置于650℃和700℃进行0~10000 h的等温时效实验,分析了时效过程中合金强化相、晶内和晶界碳化物等微观组织以及室温冲击韧性的变化趋势。结果表明:时效过程中合金主要强化相γ′相的粗化受基体元素扩散控制,粗化动力学遵循Lifshitz-Slyozov-Wagner熟化规律。随时效时间的延长,晶界MX相的变化不明显,M_(23)C_(6)析出量增多且宽化,晶界碳化物在时效至10000 h仍保持不连续的形态,未发现有害相析出。室温冲击韧性的下降与晶界碳化物的粗化具有关联性,时效后期冲击韧性趋于稳定,表明HT650T具有良好的组织和性能稳定性,研究结果可为HT650T合金的工程应用提供理论和实验依据。

K439B镍基铸造高温合金800℃长期时效过程中碳化物的演变规律

K439B镍基合金是一种承温能力达800℃的新型铸造高温材料,在发动机机匣类复杂结构件有重要应用前景。作为该合金中的主要晶界强化相,碳化物在合金长期时效过程中的演化规律尚不清楚。以K439B合金为对象,在800℃下对该合金进行了6000~10000 h的等温时效实验,研究了其长期时效过程中碳化物的演变规律和转变机理。结果表明,K439B合金的组织稳定性优异。经过长期时效后,晶界和枝晶间组织中仍保留大部分标准热处理态时的MC型碳化物,仅有部分MC型碳化物分解为M_(23)C_(6)型碳化物和γ′相,未出现η相和σ相等TCP有害相。晶界M_(23)C_(6)型碳化物表现出两种不同的粗化行为,一是M_(23)C_(6)型碳化物逐渐宽化,在长期时效后宽度均一,碳化物排列整齐;二是在某些晶界部位,粗化后的M_(23)C_(6)型碳化物呈现不规则的形状,甚至向晶粒内部延伸。晶界M_(23)C_(6)型碳化物并未出现沿整个晶界的完全相连情况,其主要是γ′相颗粒将两个相邻的M_(23)C_(6)型碳化物分隔所致。

长期时效对GH4738合金组织性能的影响

采用光学显微镜和扫描电镜研究了650和700℃长期时效对GH4738合金组织以及γ′相的影响,并测试了其长期时效后的室温、高温、冲击及持久性能。结果表明:650℃时效时,随着时效时间增加,合金的室温、高温强度变化较小,持久断裂时间先降低后增加;700℃时效时,室温、高温强度以及持久断裂时间随着时效时间增加逐渐降低;650和700℃长时时效时合金的冲击性能变化较小,晶粒尺寸、γ′相形貌变化也较小,但随着时效时间增加,二次γ′相尺寸逐渐增大、含量逐渐降低;通过建立不同时效温度和时效时间条件下的强化模型,揭示了长期时效过程中一次γ′相对合金的强度影响较小,基体强度以及持久断裂时间的降低主要源于二次γ′相的粗化、溶解。

近α型高温钛合金长期时效过程中的组织演化行为

利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了Ti600高温钛合金在550℃长期时效至2000 h过程中的微观组织演化行为与机理。结果表明:Ti600合金在550℃长期时效下稀土相较为稳定,但α_(2)相和硅化物S_(2)相析出并逐渐长大。0~500 h的时效初期,随时效时间的增加,与基体共格的球状α_(2)相的尺寸和数量增加,但当时效至500 h后,α_(2)相的析出与长大趋于稳定,时效至2000 h,α_(2)相的尺寸仍保持在10 nm以内。硅化物S_(2)相在α片层与β相界面或α相内析出,且当时效时间超过200 h后其长大逐渐明显,并且沿着长轴方向生长使其形状逐渐向棒状转变。时效至2000 h,合金中S_(2)相的平均尺寸已经达到约175 nm。经计算,550℃长期时效S_(2)相的长大速率K=2.69×10^(3) nm^(3)·h^(-1)。其中Zr的扩散主要控制S_(2)相的长大。

K418B合金900℃长期时效显微组织和力学性能演变

研究了900℃长期时效对K418B合金的显微组织以及力学性能的影响。采用热力学计算软件JMatPro对合金中相的稳定性及体积百分比进行计算。借助扫描电镜及附带的能谱仪对显微组织及成分进行分析。使用Image-Pro Plus软件对碳化物和γ′相的尺寸以及体积分数进行统计分析。结果表明:随着时效时间的增长,室温拉伸强度σ_(b)和σ_(0.2)逐渐下降,塑性变化不明显;750℃高温下的拉伸性能与室温拉伸的变化规律相同,σ_(b)和σ_(0.2)随着时效时间的增长,总体呈现下降趋势,塑性的变化规律不明显;760℃/530 MPa持久寿命逐渐下降,塑性逐渐上升。982℃/152 MPa持久寿命随着时效时间的增长,持久寿命呈现下降趋势,持久塑性的变化是随着时效时间的增长,塑性得到明显的提升。长期时效后由于组织发生变化导致材料强度逐步降低,材料塑性呈现上升的趋势。

GH738高温合金长期时效过程中γ'相演变规律

研究了镍基GH738高温合金经两种热处理后分别在550、750、800和850℃下,时效0～4500 h后γ'强化相形貌与硬度性能之间的关联性。结果表明,在长期时效过程中,经两种热处理后,γ'强化相随温度升高和时间延长而长大,但温度比时间影响更明显;γ'相粗化速率随着时效温度的升高和γ'相初始尺寸的增大而增大;γ'相的粗化符合L-S-W熟化理论;长期时效中γ'相的长大初期粗化速率较高;经过550℃长期时效后组织及性能几乎没有变化,表明合金在该温度下具有良好的组织稳定性;同时获得两种热处理后长期时效γ'相长大激活能;两种热处理制度下,时效硬度随温度变化大致呈下降趋势,亚固溶热处理后合金时效硬度明显高于过固溶热处理后的硬度;同时发现在750、800和850℃温度下,随着温度升高合金强化相的数量逐渐降低,从而导致合金强化相体积分数的降低。

镍基高温合金长期时效过程中第二相的析出

为考察合金在高温长期时效过程中的组织变化情况,使合金分别在800℃,900℃进行了100～1000h的长期时效,并对由镍基基体上析出的第二相粒子利用扫描电镜、透射电镜、电子探针等测试手段进行了观察与分析·发现碳化物和TCP相的析出有着类似之处,都在800℃时效时比在更高温度时效容易析出,颗粒尺寸也大于900℃时效时的尺寸;观察到析出碳化物种类有M23C6型、M7C3型;TCP相种类有μ相、σ相·通过测量γ′相的平均半径得到其析出特性符合里夫希茨·瓦格纳的第二相粒子成熟理论·相与组织的准确确定,为其后确定合金的拉伸与持久性能提供了有力的分析基础·

镍基高温合金长期时效后γ′相长大动力学

采用TEM观察,相分析,图像分析等实验方法,对合金在873～1173K分别经100～1000h长期时效处理,研究了γ′相的长大动力学·结果表明,γ′相随温度的升高和时间的延长明显长大,但温度的影响比时间更为明显·在一定温度下随时间延长其长大规律符合里夫希茨·瓦格纳的成熟理论:r3与t成正比,γ′相长期时效的长大速率相对于时效初期的长大速率较慢,组织比较稳定·根据试验结果利用作图法得出合金的扩散激活能为241 54kJ·mol-1·

长期时效对DZ951合金γ′相的影响

研究了定向凝固DZ951镍基高温合金在长期时效过程中的组织演化。结果表明:随着时效温度和时间的增加,γ′粗化形筏。形筏时间随时效温度的升高而减少。形筏驱动力为弹性应变能和界面能的降低。γ′长大受元素扩散控制,长大遵循LSW理论,长大激活能为294kJ/mol左右。由于DZ951合金γ′相中含有较多的高熔点元素W,Mo和Nb等,从而提高γ′相的稳定性,增加γ′长大激活能。合金在长期时效过程中未出现拓扑密排相(Topological Close-PackedPhase,TCP Phase)等有害相,表明DZ951合金具有较好的组织稳定性。

K44镍基高温合金长期时效过程中γ′相粗化对拉伸性能的影响

研究了一种抗热腐蚀高温合金K44在800,850和900℃经(1-10)×103h长期时效后γ′相的变化和拉伸性能．结果表明,γ′沉淀相的长大动力学符合Lifshitz-Slyozof-Wagner熟化规律,长大激活能为255 kJ／mol．相对较小的γ′相出现与弹性应变能相关的形态不稳定现象．合金屈服强度随时效温度升高和时效时间的延长而降低,可以由Labusch-Schwarz 强化理论来解释,但塑性却出现了波动．合金的强化机制为强相互作用位错对的切割机制．

第二代单晶高温合金DD6在980℃长期时效后的显微组织与持久性能(英文)

选用980℃时效温度、分别对[001]取向标准热处理后的第2代单晶高温合金DD6进行100,200,300,400,600,800及1000h的长期时效,研究了合金的显微组织与持久性能。结果表明:DD6合金980℃/1000h长期时效后,无TCP相析出,组织稳定性优良;DD6合金980℃/1000h长期时效后980℃/248.2MPa的持久寿命高于180h,合金具有优异、稳定的持久性能。

第二代定向高温合金DZ406的长期时效研究

研究了二代定向合金DZ406在900℃和980℃无载荷时效处理后的组织及性能变化。组织基本稳定,3000h后枝晶干区域有微量针状相出现,根据萃取结果为μ相,但并未使性能大幅下降;而980℃,1000h时效后未发现针状相的析出。900℃时效中,γ′在1500h前没有明显变化,2000h后γ′开始长大,3000h后呈条状分布。时效后,均有次生碳化物析出,包括枝晶间粒状富Hf的MC(2),晶界上条块状MC,不规则的M6C及链状M23C6。760℃/780MPa的持久寿命随时效时间的延长先提高后下降;870℃/517MPa的持久寿命则逐渐下降,并在3000h后下降了50%左右。980℃和1100℃的持久寿命随时效时间延长下降幅度相对较小,尤其是980℃的持久寿命在3000h后只下降了17.8%。

长期时效对一种新型镍基合金的组织及持久性能的影响

研究一种新型镍基合金在750、800、850℃长期时效(500-2000h)过程中的组织变化及其对750℃/510MPa持久性能的影响。用扫描电子显微镜对合金显微组织及持久断口进行观察。结果表明:在750-800℃时效该合金有针状TCP相(拓扑密排相)析出,随其析出量的增加,合金基体的强度降低,合金持久断裂趋于从沿晶断裂转为穿晶断裂;800℃、850℃经不同时间时效处理,1000h处持久强度最低,这与γ′相尺寸变化有关;随时效温度的升高,试验合金750℃/510MPa的持久激活能降低,持久强度下降。

长期时效对镍基合金的组织及高温拉伸性能的影响

研究了一种新型镍基合金在750 ℃、800 ℃、850 ℃长期时效过程中的高温拉伸性能与组织变化的关系.利用扫描电子显微镜对合金长期时效过程中的显微组织、高温拉伸断口进行了观察和分析.结果表明,该合金在750～800 ℃时效有针状TCP相析出;在750 ℃时效时,随着时效时间的延长,TCP相的析出量呈增加趋势且尺寸不断长大,当时效温度达到800 ℃后,随时效时间的增加TCP相的析出量先增加后减少,最后消失.另外,在长期时效过程中由于γ＇相析出的数量变化不大,750 ℃高温拉伸强度基本保持不变;合金的塑性与TCP相的析出有关,同时受到γ＇相尺寸及晶界碳化物析出的综合影响.试验合金的750 ℃高温断裂基本呈韧性断裂.

长期时效对GH4586B合金组织及高温拉伸性能的影响

研究了一种新型镍基合金在750℃下长期时效1500 h过程中的组织变化及其对750℃高温拉伸性能的影响。利用扫描电子显微镜对合金长期时效过程中的显微组织和高温拉伸断口进行了观察分析。结果表明:GH4586B合金在时效过程中晶界和晶内均有碳化物析出,晶界析出碳化物的形貌呈弥散的颗粒状,并随时效时间的延长有逐步转变为连续链状的趋势,同时合金内未见有害拓扑密堆(TCP)相析出;合金在750℃高温下拉伸,随着时效时间的延长合金的强度和塑性在500 h时表现为峰值,且随着时效时间的延长略有降低,这与晶界析出碳化物的形貌、分布、数量直接相关;通过750℃高温拉伸断口的形貌分析,合金断裂均具有塑性断裂特征。

Inconel 740H合金750℃长期时效后的组织稳定性

对Inconel 740H合金管材在750℃进行500-3000h的无应力时效实验,采用热力学模拟,OM,FEG-SEM,显微硬度测定等方法研究了合金微观组织及显微硬度的变化趋势。结果表明：供货态（固溶处理）管材的合金成分及拉伸性能等均满足ASME要求,管材合格;长期时效后合金的主要析出相为γ′及M23C6,无η,σ等有害相析出。随着时效时间的延长,γ′粒子的粗化速率较快,其规律符合LSW熟化理论,M23C6相尺寸变化不明显;合金的显微硬度呈现先上升后下降的变化趋势,但整体波动较小。长期时效后合金组织及显微硬度的变化表明Inconel 740H在750℃/3000h条件下的组织稳定性较好,可用于进一步进行持久等长时力学性能的检验。

T91钢管在600℃长期时效后的组织及力学性能

采用光学显微镜、透射电镜、拉伸试验机与冲击试验机等,研究了T91钢管在600℃时效不同时间(0,3 000,5 000,8 000h)后的组织及力学性能。结果表明:T91钢管在600℃时效前后的组织均为回火马氏体,晶粒尺寸变化不明显;时效3 000,5 000,8 000h后,室温抗拉强度和屈服强度的变化不大,但塑性和韧性有所降低;时效5 000h后的析出相与时效前的相同,主要为M23C6型碳化物和MX型碳氮化物,时效8 000h左右后有新相(Laves相)析出。

980℃长期时效对DD5镍基单晶高温合金组织与性能的影响

研究了二代单晶高温合金DD5在980℃无载荷时效处理后的组织及性能变化。结果表明:DD5合金980℃时效后组织基本稳定,5000 h时效后未发现TCP相的析出。980℃时效中,150 h时效后γ'相呈规则立方状并未发生明显长大,平均尺寸达到约0.5μm,1000 h时,γ'相基本呈立方形态分布,但平均尺寸约1μm,2500 h时γ'相粗化明显,5000 h时基本形成筏状组织。时效后,初生碳化物发生分解并有次生碳化物析出,包括点棒状MC(1),块状富Hf的MC(2),细小质点状M23C6。870℃抗拉强度值随时效时间延长逐渐下降,1000 h后下降5.5%,而5000 h后下降9.8%。持久寿命随时效时间延长呈逐渐递减趋势:980℃/207 MPa的持久寿命,1000 h后下降19%,5000 h后下降了43%;1070℃/140 MPa的持久寿命1000 h后下降38%,5000 h后下降了52%;1093℃/158 MPa的持久寿命1000 h后下降31%,5000 h后下降了52%。

长期时效对燃气轮机叶片用镍基高温合金微观组织的影响

研究了燃气轮机叶片用镍基高温合金在800℃、850℃和900℃下分别长期时效1 000 h、3 000 h和5 000 h后的组织。结果表明,γ'沉淀相生长动力学遵循LSW熟化理论,长期时效过程中一次碳化物MC主要退化为M23C6型碳化物,且未发现有害相TCP相,表明合金具有良好的热稳定性。

Inconel 751合金长期时效过程中γ′析出相的长大行为

对经过标准热处理的Inconel 751合金,在700℃和850℃进行了长期时效处理。对长期时效处理后的合金组织进行了观察,采用Thermo-calc软件对合金γ′相的析出进行了热力学验证计算。结果表明,Inconel 751合金在700℃时效时,γ′相长大较为缓慢,而在850℃时效时γ′相迅速长大;随着时效温度的升高和保温时间的延长,合金中小颗粒γ′相数量减少,单位面积内的γ′颗粒数目减少,大γ′颗粒数目增加,即发生了Ostwald熟化;Inconel751合金中γ′相主要为N i3(A l,Ti),在700℃和850℃时效过程中,γ′颗粒长大受A l和Ti扩散控制。