下载文档原格式
第27卷 第5期2006年 10月材 料 热 处 理 学 报TRANS ACTIONS OF M ATERIA LS AND HE AT TRE AT ME NTV ol .27 N o .5October2006长期时效对一种新型镍基合金的组织及持久性能的影响崔 彤1, 王继杰2, 王 磊1, 杨洪才1, 赵光普3(1.东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳 110006; 2.沈阳航空工业学院材料工程系,辽宁沈阳 110034;3.北京钢铁研究总院,北京 100081)摘 要: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℃Π510MPa 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T CP 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℃Π510MPa 的持久激活能降低,持久强度下降。
关键词:镍基合金; 长期时效; T CP 相(拓扑密排相); 持久性能; 持久激活能中图分类号:TG 13213; TG 14211 文献标识码:A 文章编号:100926264(2006)0520056204收稿日期: 2005211214; 修订日期: 2006203230基金项目: 国家“十五”科技攻关项目(冶N o 10050390B );辽宁省博士启动基金项目(20051010);辽宁省航空专项基金项目(2005400607)作者简介: 崔 彤(1968—),男,讲师,博士,主要从事高温合金等高性能材料领域的研究工作,发表论文20余篇,E 2mail :ct114928@1631com 。
目前航空燃气涡轮发动机较多使用含铁的镍2铁基合金或不含铁的镍基合金,这种材料需要承受高温下氧化、气体腐蚀及复杂应力等的综合作用,对材料的强度及稳定性有较高要求。
冷却速率对镍基高温合金组织和性能的影响发布时间：2022-08-02T05:17:21.954Z 来源：《中国科技信息》2022年3月6期作者：束文武[导读] 高温合金以其优异的高温强度和稳定的结构在航空航天领域的关键构件中得到广泛应用束文武江苏图南合金股份有限公司江苏省丹阳市 212300摘要高温合金以其优异的高温强度和稳定的结构在航空航天领域的关键构件中得到广泛应用。
γ′相作为镍基高温合金主要的强化相，其成分、形貌、体积分数、尺寸和分布显著影响合金的性能。
然而，由于航空发动机中大型结构铸件的尺寸比较大，使得铸件不同部位的冷却速率差异较大，导致在热处理过程中γ′强化相的形貌、尺寸和分布不均匀，进而会影响部件的最终使用性能。
因此，掌握和理解冷却速率对γ′强化相的分布、尺寸形貌的对于构件服役能力具有重要的意义。
本文研究了不同冷却速率及对比试样（2.5℃/min、10℃/min、空冷、水冷、固溶态、时效处理）对IN939镍基高温合金镍γ'强化相的分布、尺寸，硬度和耐蚀性的影响。
关键词: IN939高温合金；冷却速率；γ'强化相；硬度、耐蚀性1 绪论高温合金按基体元素分为铁基、镍基、钴基三类，该类合金用于工业品燃气轮机、航空发动机以及火箭发动机及的承热部件，是衡量一个国家经济建设、国防领域不可或缺的合金材料种类[1]。
其中，镍基高温合金化学成分结构为典型的Ni-Cr二元基体，其高温力学性能好，组织稳定性高，合金本身不易形成拓扑密堆(TCP)相，多用于制作燃气涡轮发动机涡轮叶片、燃料喷嘴、护环部件，被视为制造航空发动机发热端及承热部件的核心材料[2]。
其主要强化相为γ'相。
镍基高温合金在航空航天飞行器制造材料的应用表现突出，在石化、能源、交通运输工业化和制造业领域使用也较为广泛，研究镍基高温合金的性能和用途具有重要价值。
本文研究冷却速率对γ'相析出过程的影响，比较不同冷速下γ'相形貌、成分、体积分数和尺寸分布的演变规律。
tial基合金组织对拉伸性能的影
响
Tial基合金具有高抗腐蚀性能，但其对拉伸性能的影响仍然是显著的。
它的拉伸性能主要取决于合金组织中的晶界结构和组织。
由于TiAl基合金具有较高的晶粒尺寸和合金中各种强度因素的影响，它的拉伸性能也受到这些因素的影响，如体系中的晶界结构、相组成以及体系中存在的不同细菌、缺陷密度等。
TiAl基合金的拉伸性能与其晶界结构有关。
一般来说，TiAl基合金中的晶界结构越复杂，其拉伸性能就越低。
通常情况下，TiAl基合金的晶界结构多是四方相结构，这种结构的拉伸性能比单相结构的拉伸性能要低得多。
此外，TiAl基合金中的细菌数量也会影响其拉伸性能。
当TiAl基合金中存在大量细菌时，其拉伸性能会受到严重影响，这是因为细菌可能会降低TiAl基合金的拉伸强度。
此外，TiAl基合金中的缺陷密度也会影响其拉伸性能。
当TiAl基合金中的缺陷密度较高时，其拉伸强度会受到严重影响，这是因为缺陷可能会使TiAl基合金易于破坏。
T i A l基合金是一种新型高温结构材料，其密度低，高温性能如强度,抗蠕变性能较好，是650~1000℃使用的最佳候选材料。
（蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。
它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限施加的力时也能出现。
）但是室温塑性差、高温抗氧化性不是很好。
其性能与显微组织密切相关,其中粗大的全层状组织具有优良的高温抗蠕变性能和较高的断裂韧性,但其室温延性低；细小的双态组织具有优良的室温延性,但其高温抗蠕变性能和断裂韧性低。
TiAl基合金属于极难加工材料，通常在700℃以下范围内，其塑性极差，伸长率很低,无法进行塑性加工，在大于1100℃高温下，虽然塑性有所改变，但变形抗力仍然很大，因而很难对其进行塑性加工。
TiAl 合金4种典型组织:全片层组织、近层片组织、双态组织、近 单相组织。
全片层组织的TiAl合金表现出最佳的抗蠕变能力，但是其脆性高，室温塑性差。
高温时会得到全片层和近片层组织，提高抗蠕变性能。
所以焊接过程中可以通过预热和减小焊接速度来提高接头抗蠕变性能，TIAI基合金进行熔焊时,由于塑性变形能力差，所获接头易产生热裂纹,因而力学性能普遍较差。
所以降低冷却速度是减少裂纹产生的重要方法，TIG钨极惰性气体保护焊、激光焊、电子束焊：当在一定温度预热时，没有产生裂纹,但是在无预热的相同条件时接头存在大量裂纹；同时降低焊接速度也会减少裂纹的产生。
所以当采取预热和降低焊速等减缓冷却速度的方式时，可以避免裂纹产生。
因为冷速较大下α→γ相变完全被抑制，单一α相脆性很高，a+r相塑性好。
要想获得无裂纹焊缝必须促进α→γ相变，转变为块状γ相和层片组织。
固态连接：与熔焊相比,固态连接方法大多可控制热循环，从而改善连接质量。
扩散焊是一种有效连接TIAI基合金的方法。
连接过程中母材保留了原有的力学性能,并且接头拉伸性能几乎和母材相当, 但是扩散所需的温度高、时间长。
镍基单晶合金中TCP相的析出行为及其对持久性能的影响田素贵;钱本江;李唐;于莉丽;王明罡【摘要】通过对有/无元素Re、有/无TCP相合金进行时效处理、持久性能测试及组织形貌观察,研究TCP相的析出特征以及元素Re、TCP相对合金持久寿命的影响.结果表明:在时效期间,合金中析出的TCP相在{111}晶面沿＜110＞晶向呈片状析出,其在(100)晶面具有相互平行或垂直的针状形貌,在(111)晶面呈现互成60-角排列的针状形貌,该TCP相鉴定为μ相.在无Re合金中析出的μ相尺寸较小,在时效期间不发生球化;而在4.5%Re合金中析出的μ相尺寸较大,且随时效时间的延长,μ相逐渐粗化并转变成球状.由于析出的μ相消耗较多的难溶元素,故可明显降低合金的蠕变抗力和缩短持久寿命.其中,无Re合金2中析出的针状μ相,在蠕变期间易产生应力集中,并促使其发生裂纹萌生和扩展,是较大幅度缩短合金持久寿命的主要原因;在4.5%Re合金中形成的球状μ相,在蠕变期间不易产生应力集中,是使合金持久寿命缩短幅度减小的主要原因.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2010(020)011【总页数】8页(P2154-2161)【关键词】镍基单晶合金;时效;TCP相;球化;持久寿命【作者】田素贵;钱本江;李唐;于莉丽;王明罡【作者单位】沈阳工业大学,材料科学与工程学院,沈阳,110870;沈阳工业大学,材料科学与工程学院,沈阳,110870;沈阳工业大学,材料科学与工程学院,沈阳,110870;沈阳工业大学,材料科学与工程学院,沈阳,110870;沈阳工业大学,材料科学与工程学院,沈阳,110870【正文语种】中文【中图分类】TG146据此，本文作者对有/无元素Re单晶镍基合金进行高温时效处理及组织形貌观察，考察元素Re对合金中析出TCP相形态的影响；并通过对有/无元素Re及TCP相合金进行持久性能测试，以考察元素Re及TCP相对合金持久性能的影响，为单晶镍基合金的开发与应用提供理论依据。
热处理对镍基高温合金的高温性能的提升镍基高温合金是一类广泛应用于航空航天、能源等领域的重要材料，其在高温环境下具有良好的耐热性能和机械性能。
然而，为了进一步提升镍基高温合金的高温性能，热处理是一种常见的方法。
本文将探讨热处理对镍基高温合金高温性能的提升。
一、热处理的基本原理热处理是通过对材料进行加热和冷却的过程，目的是改变材料的晶体结构和力学性能。
对于镍基高温合金而言，热处理可以通过控制加热温度和保温时间，使合金内部的晶体结构得到调整，进而提升高温性能。
二、热处理对镍基高温合金的影响1. 晶体尺寸的控制：热处理可以通过晶体再结晶、晶粒长大等方式来控制晶体尺寸，从而调整合金的晶体结构。
晶体尺寸越小，合金的强度和塑性越高，在高温环境下能够更好地抵抗变形和破坏。
2. 相变的调控：镍基高温合金中常见的相包括γ相、γ'相和δ相等，热处理可以通过相变调控来提升合金的高温性能。
例如，通过合金的固溶处理和时效处理，可以促使γ'相的形成和长大，提高合金的高温强度和热稳定性。
3. 内应力的消除：在镍基高温合金的制备过程中，可能会产生内应力，对合金的高温性能产生不利影响。
而热处理可以通过加热和冷却的过程，消除或减小合金中的内应力，从而提高合金的抗蠕变和疲劳性能。
三、常见的热处理方法1. 固溶处理：固溶处理是指将合金加热到固溶温度区间，使固溶体中的溶质原子尽可能地溶解到基体中，并保持一定时间，以使溶质原子充分扩散和均匀分布。
固溶处理可以提高合金的高温变形能力和抗蠕变性能。
2. 时效处理：时效处理是在固溶处理的基础上，经过一段时间的低温时效处理，以形成所需的亚稳相和弥散相。
时效处理可以提高合金的高温强度和热稳定性。
3. 热等静压处理：热等静压处理是将固溶处理的合金加热至高温状态下，在等静压条件下进行压缩，然后进行冷却。
该方法可以进一步改善合金的晶体尺寸和内应力分布，提高高温力学性能。
四、热处理在实际应用中的案例1. 单晶镍基高温合金的热处理：单晶镍基高温合金是目前应用最广泛的高温结构材料之一。
Ru对DD22镍基单晶高温合金组织和持久性能的影响骆宇时;赵云松;杨帅;张剑;唐定中【摘要】通过对两种不同Ru含量(0％和2％,质量分数)的新一代镍基单晶高温合金DD22铸态及热处理态组织定量表征与1100～1150 ℃持久性能测试,研究了Ru对相转变温度、(γ+γ')共晶组织、凝固偏析、合金元素相成分、合金元素分配比及持久性能的影响.结果表明:Ru降低了合金的固液相线、铸态共晶组织体积分数以及凝固偏析程度.合金热处理后,与无Ru合金相比,含Ru合金γ '尺寸更为细小,γ/γ'两相中对TCP相析出有重要影响的Re和Cr元素分配更加均匀.Ru通过降低γ'相尺寸,增加γ/γ'错配度,提高固溶强化效果,抑制持久加载过程中TCP相析出,显著提高DD22合金持久性能.【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2016(036)003【总页数】9页(P132-140)【关键词】单晶高温合金;Ru;显微组织;持久性能;TCP相【作者】骆宇时;赵云松;杨帅;张剑;唐定中【作者单位】北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室,北京100095;北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室,北京100095;北京科技大学新金属材料国家重点实验室,北京100083;北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室,北京100095;北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室,北京100095;北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室,北京100095【正文语种】中文【中图分类】TG146.1+5单晶高温合金因其优异的高温性能而被用于航空发动机高压涡轮转子叶片和导向叶片等关键热端部件中[1]。
随着发动机推力和效率的不断提高，涡轮进口温度也不断升高，需要性能更好的叶片材料。
发达国家都争相研制承温能力更高的单晶高温合金，已将合金中含Re量从0%(质量分数，下同)增加到6%；但Re是强TCP相形成元素，在长时使用过程中易于析出TCP相，损伤合金的高温持久性能，这对长寿命发动机是一个重要制约因素，同时Re的密度和成本也非常高。
