目录
摘要................................................... I
Abstract ................................................ II
第1章绪论 (1)
1.1 镍基高温合金的简介与发展 (1)
1.1.1镍基高温合金简介 (1)
1.1.2 镍基高温合金的发展 (1)
1.1.3 镍基高温合金的制备工艺 (2)
1.2几种元素在高温合金中的作用 (2)
1.3 镍基高温合金中的相与相的预测 (5)
1.3.1 镍基高温合金中的相 (5)
1.3.2 TCP相的预测 (7)
1.4 强化机理 (8)
1.4.1 固溶强化 (8)
1.4.2 第二相强化 (9)
1.4.3 晶界强化 (9)
1.5 高温合金的热处理 (9)
1.6 冷坩埚悬浮熔炼 (10)
1.7 JMatpro介绍 (10)
1.8 课题研究的意义 (10)
第2章试验方法 (12)
2.1 试样方案 (12)
2.2 试样的制备 (12)
2.3试样的热处理 (12)
2.2分析与检测方法 (12)
2.2.1 XRD表征 (12)
2.2.2光学显微组织分析 (13)
2.2.3扫描电子显微镜（SEM） (13)
2.2.4力学性能测试 (13)
第3章水冷铜坩埚熔炼K4169合金的组织和性能 (14)
3.1 引言 (14)
3.2 JMatPro 软件计算K4169合金的平衡凝固相图 (14)
3.3熔炼工艺对铸态K4169合金的影响 (15)
3.3.1熔炼工艺对铸态K4169合金析出相的影响 (15)
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万方数据
3.3.2熔炼工艺对铸态K4169合金组织的影响 (15)
3.3.3熔炼工艺对铸态K4169合金拉伸性能的影响 (16)
3.3.4熔炼工艺对铸态K4169合金压缩性能的影响 (17)
3.4 热处理对水冷铜坩埚悬浮熔炼K4169合金的影响 (18)
3.4.1 热处理对悬浮熔炼K4169合金析出相的影响 (18)
3.4.2 热处理对悬浮熔炼K4169合金显微组织的影响 (18)
3.4.3 热处理对悬浮熔炼K4169合金室温拉伸性能的影响 (19)
3.4.4 热处理对悬浮熔炼K4169合金室温压缩性能的影响 (20)
3.4.5 热处理对悬浮熔炼K4169合金成分偏析的影响 (20)
3.5 本章小结 (22)
第4章 Al和Ti元素对K418合金组织和性能的影响 (23)
4.1 引言 (23)
4.2 不同Al含量对K418合金铸态组织与性能的影响 (23)
4.2.1Jmatpro计算结果与分析 (23)
4.2.2 不同Al含量的K418合金铸态析出相 (24)
4.2.3不同Al含量的K418合金铸态组织 (24)
4.2.4不同Al含量的K418合金铸态拉伸性能和断口 (25)
4.2.5不同Al含量的K418合金铸态压缩性能 (26)
4.3 不同Al含量对K418合金热处理态组织和性能的影响 (27)
4.3.1不同Al含量的K418合金热处理态析出相 (27)
4.3.2 不同Al含量的K418合金热处理态组织 (27)
4.3.3 不同Al含量元素K418合金热处理态拉伸性能和断口 (28)
4.3.4 不同Al含量的K418合金热处理态压缩性能 (29)
4.4不同Ti含量对K418合金铸态组织和性能的影响 (30)
4.4.1Jmatpro计算结果与分析 (30)
4.4.2 不同Ti含量K418合金铸态析出相 (31)
4.4.3不同Ti含量K418合金铸态组织 (31)
4.4.4不同Ti含量K418合金铸态拉伸性能和断口 (32)
4.4.5不同Ti含量K418合金铸态压缩性能 (33)
4.5 不同Ti含量对K418合金热处理态组织和性能的影响 (33)
4.5.1 不同Ti含量K418合金热处理态析出相 (33)
4.5.2 不同Ti含量K418合金热处理态组织 (34)
4.5.3 不同Ti含量K418合金热处理态拉伸性能和断口 (34)
4.5.4 不同Ti含量K418合金热处理态压缩性能 (35)
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万方数据
4.6 Al和Ti元素对K418合金组织和性能的综合影响 (36)
4.6.1Al和Ti对合金组织的影响 (36)
4.6.2 Al和Ti对合金性能的影响 (37)
4.7 本章小结 (37)
第5章镍基合金的成分设计 (39)
5.1引言 (39)
5.2几种常用镍基高温合金的热力学分析 (39)
5.2.1 常用合金的初熔温度 (40)
5.2.2 常用合金的密度 (41)
5.2.3 常用合金中γ ′相的体积分数 (42)
5.2.4 常用合金中γ/γ ′相的错配度 (42)
5.2.3 常用合金的加工性能 (43)
5.3 镍基合金的成分设计 (43)
5.3.1 成分设计思想及理论 (44)
5.3.2 合金成分计算 (44)
5.4 合金的试验分析 (46)
5.4.1 合金的相分析 (46)
5.4.2 合金的组织分析 (46)
5.4.3 合金的室温拉伸断口与性能 (47)
5.4.5 合金的室温压缩性能 (48)
5.5 本章小结 (49)
结论 (50)
参考文献 (51)
致谢 (54)
附录A（攻读学位期间发表的学术论文） (55)
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万方数据
摘要
镍基高温合金在高温下具有优良的力学性能和抗氧化能力，被广泛应用于航空航天和石油化工领域。本文研究了水冷铜坩埚悬浮熔炼工艺对K4169合金的影响及K418合金中Ti、Al含量对其组织与性能的影响，并计算了几种常用镍基高温合金的热力学数据，利用d-电子轨道理论设计了四种镍基合金，分析了其组织与性能。得到以下结论：
（1）研究了水冷铜坩埚悬浮熔炼与真空感应熔炼K4169合金在组织和性能方面的不同。结果表明：利用水冷铜坩埚悬浮熔炼的K4169合金相比国产真空感应熔炼的冷速更快，铸态下枝晶更明显，且存在大块的Laves相，其抗拉强度与抗压强度分别较真空感应熔炼高56%和25%，
拉伸断口枝晶结构明显；热处理后的合金中Laves相细小弥散，其抗拉
强度较铸态合金提高19%，塑性和抗压强度降低。
（2）研究了Al元素对K418合金组织与性能的影响。结果表明：随Al含量增加，合金中枝晶间的γ ′相含量增加，抗拉与抗压强度逐渐提高，塑性降低；热处理后合金中存在晶界和明显的强化相，而当Al=7.3wt.%时合金试样出现Laves相且强度最低，Al=6.4wt.%的合金强度最高，拉
伸断口的枝晶结构逐渐减少。
（3）研究了Ti元素对K418合金中组织与性能的影响。结果表明：合金中γ ′相和铸态合金的抗拉强度随Ti增加而增加；热处理后合金中出现晶界，且强化相明显，当Ti=1%时合金中存在圆斑状氧化物，Ti=0.75wt.%合金的强度有所下降。
（4）研究了合金中Al/Ti比和Al+Ti总量对K418合金中组织与性能的影响。结果表明：铸态合金的抗拉强度由Al+Ti总量主导，在限定范
围内其总量越高强度相对越大；热处理后由合金的Al/Ti比值主导，降
低Al含量有利于提高其抗拉强度。
（5）研究了几种常用镍基高温合金的热力学数据，并利用d-电子轨道理论设计了四种镍基合金，分析了其组织与性能。结果表明：常见镍基合金初熔温度在1200 ~1380 ℃之间，850 ℃时γ ′相的体积分数维持在60%左右；四种合金中1#~3#合金铸态为枝晶组织，热处理后以γ ′相为
主，铸态抗拉强度分别为1054MPa、916MPa和892MPa，其中2#合金的塑性较大，4#合金的组织中疏松较多，偏析严重，强度较大，但塑性很差，仅作为其他三组的对比组。
关键词：镍基高温合金；熔炼工艺；成分设计；组织；性能
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