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。

DZ951合金的热疲劳性能

研究了不同上限温度对DZ951合金热疲劳性能的影响。结果表明:随着上限温度的升高,热疲劳裂纹扩展速率增加,合金的热疲劳抗力降低。DZ951合金经热处理后,热疲劳性能提高。合金主要通过氧化产生孔洞,孔洞相互连接使热疲劳裂纹萌生和扩展。合金热疲劳裂纹扩展具有一定的晶体学取向,沿{111}面<110>方向即与枝晶生长方向呈45°角扩展。

固溶温度对DZ951镍基高温合金组织和持久性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了固溶温度对定向凝固DZ951镍基高温合金组织和持久性能的影响。结果表明:合金经固溶处理后,枝晶偏析降低,合金强度增加。碳化物由铸态时的骨架状变成块状,呈不连续状分布在晶界,对裂纹的萌生和扩展都有抑制作用。γ′相经固溶处理后,尺寸变小,分布更加均匀。合金在1100℃/60MPa的持久性能得到提高。在1300℃固溶处理时,合金元素分布更加均匀,γ′相体积分数增加,使DZ951合金具有较高的持久寿命。

保温时间和缺口半径对DZ951合金热疲劳性能的影响

通过扫描电子显微镜研究了保温时间和缺口半径对DZ951合金热疲劳性能的影响。结果表明,在相同上限温度下,随着保温时间的延长,合金裂纹萌生次数增加,热疲劳抗力提高。铸态合金热疲劳裂纹在碳化物处萌生。热处理合金通过氧化萌生裂纹。裂纹萌生后,主要通过氧化产生孔洞并通过孔洞相互连接使裂纹扩展。热疲劳裂纹沿着与枝晶生长方向呈45°角扩展。热处理合金具有优异的热疲劳性能。随着缺口半径的增加,应力集中减小,合金热疲劳性能提高。

抽拉速率对DZ951合金组织和性能的影响

系统研究了抽拉速率对DZ951合金组织和性能的影响。试验结果表明:随着抽拉速率的增大,合金的定向凝固组织由粗枝状晶向细枝状晶演变,γ′相体积分数没有明显的变化但尺寸有所减小,而γ′相的形状逐渐趋向于规则立方;共晶含量、疏松水平和偏析程度都随抽拉速率的增加而变大;拉伸强度和伸长率都呈现出先减小而后增大的趋势。

Influence of heat treatment on the microstructure and mechanical properties of DZ951 alloy

DZ951 directionally solidified nickel-base superalloy is mainly strengthened by γ phase. Regularly aligned cuboidal and bimodal γ precipitates were attained by two heat treatments. The effect of microstructure on the mechanical properties of DZ951 alloy has been investigated. The results indicate that MC carbide changes to little blocks during aging treatment at 1050℃ （HT1）. MC carbide partly degrades into M23C6 and there is a layer of γ around the carbide during aging treatment at 1150℃ （HT2）, which is beneficial to the elongation of DZ951 alloy. Small γ volume fraction and the uneven deformation structure are contributed to low mechanical properties of the as-cast alloy. HT1 alloy has a better stress rupture life at 1100℃/50 MPa and yield stress at 20℃, 800℃ and 1100℃, which is attributed to regularly aligned cuboidal γ phase and even deformation structure. HT2 alloy has a good combination of strength and ductility. This arises from the bimodal γ precipitates and the degeneration of MC carbide.

γ′相在不同热处理条件下的演化

通过扫描电子显微镜研究了定向凝固DZ951合金在不同热处理条件下γ′相的演化过程。结果表明:合金经1 240℃固溶处理并在随后炉冷过程中,一个大的立方形γ′相能够分解成八个小的立方形γ′相。弹性能的降低是γ′分解的驱动力。DZ951合金在1 000℃长期时效2 000 h后,γ′相尺寸达到1.5μm也不发生分解,而是粗化形筏,形筏的驱动力为弹性能和界面能的降低。