Ti对铸造镍基高温合金中碳化物和拓扑密排相影响

第28卷第6期2011年6月应用化学CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYV0128ISS6JUNE201LTI对铸造镍基高温合金中碳化物和拓扑密排相影响管秀荣。刘恩泽郑志佟健翟玉春。沈阳理工大学环境与化学工程学院沈阳；中国科学院金属研究所沈阳110016；东北大学材料与冶金学院沈阳摘要采用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等测试技术，研究了经过标准热处理和时效处理后的不同TI含量合金的微观组织。研究发现，标准热处理后不同TI含量合金的相组成相同，主要由、MC和M，C型碳化物组成；随着TI含量增加，合金组织中的碳化物数量逐渐增加。不含的合金中的MC碳化物的组成主要是TAC，而含合金中MC型碳化物组成为TA，TIC，并且随着RJ含量增加，MC碳化物中M组成元素TA和TJ的比值TATI逐渐减小。通过研究900不同时间时效处理后合金微观组织发现，随着RRJ含量增加，合金中拓扑密排相TCP析出趋势逐渐增加。含质量分数27TI的合金经900C500H时效处理后，组织中析出了针状富含CR、W和MO的相。这表明要保证合金具有良好的组织稳定性，需要控制合金中TI的加入量。关键词钛，时效处理，碳化物，TCP相中图分类号O614文献标识码A文章编号10000518201106072706D0I103724SPJ1095201100527在生产涡轮叶片的铸造镍基高温合金中，加入了多达十余种的合金元素J，总量占全部含量的40左右，是现有高温合金中合金化程度最高的一种合金。对于铸造高温合金而言，大量合金元素的加入会导致合金成分的均匀性显著降低。铸造合金局部区域的合金化程度偏低将导致性能变差；而另一些区域的合金化程度过高，又会促使各种脆性相的析出，使合金性能难以达到较高水平。因此，要求涡轮叶片合金在服役过程中应具有良好的组织稳定性。而了解合金组织稳定性的好坏，需要研究合金的长期时效后的微观组织。TI元素作为强烈的正偏析元素，它的加入量对合金的组织稳定性如何影响，现有文献中，未见可以详细解答这一问题的报道。搞清楚上述问题，可以为设计新型合金提供理论指导。本文通过研究几种不同TI含量质量分数的铸造镍基高温合金经过标准热处理和时效处理后的微观组织，从而发现随TI含量变化铸造NI基高温合金中的碳化物和组织稳定性的变化规律。1实验部分11实验材料利用25KG真空感应炉炼制母合金锭，合金的成分范围质量分数为C003005，CR1214，CO90110，A15565，TA3045，W5262，MO0810，B001002，NI为余量。然后采用母合金锭在纽扣炉中炼制4种不同RI含量的实验合金，编号依次为NO1NO4，其中|RI质量分数分别为0、055、17和27。12实验方法将热处理后的合金利用线切割和机械抛光获得尺寸为5MM5MMX10MM的样品。加工好的样20100913收稿，20101206修回国家自然科学基金资助项目50901077通讯联系人刘恩泽，助理研究员；TEL0242397L143；FAX02423971927；EMAILNZLIUIMRAC；研究方向高温合金第6期管秀荣等对铸造镍基高温合金中碳化物和拓扑密排相影响73L同。由图5可见，NO1一NO3合金经过9001500H的时效处理后合金的组织均由Y、MC和MC组成，未发现TCP相存在。而NO4合金在900OC500H的时效处理后，组织中析出了明显的针状相，由透射电子显微镜观察及选区电子衍射分析知，该针状相为富CR、W和MO的相，见图6。表2为4种合金的电子空位数计算值值定义为合金的平均电子空位数与合金的临界电子空位数差值，由表2可见，NO3合金和NO4合金在长期时效过程中均可能析出TCP相，但在时效1500H后，只有NO4合金中析出TCP相，而N03合金没有析出TCP相。这是由于NO3合金的值接近于0，析出TCP相的倾向较小，只有继续延长时效时间才有可能析出TCP相。而NO4合金的值为一03124，数值较负，表明该合金非常容易析出TCP相，与实验结果相符。由以上结果可以看出，合金中随着TI含量的增加，其组织稳定性变差。表24种合金的电子空位数计算值AN值TABLE2CALCULATEDELECTRONVACANCYNUMBERSFORFOURALLOYS以上研究表明，随着合金中TI含量的增加，合金的组织中TCP析出趋势逐渐增加，即合金的组织稳定性变差。3结论标准热处理后不同TI含量合金的相组成相同，主要由Y、Y、MC和M，C型碳化物组成；随着TI含量增加，合金组织中的碳化物数量逐渐增加。不含TI的合金中的MC碳化物的组成主要是TAC，而含RRI合金中MC型碳化物组成为TA，TIC，并且随着TI含量增加，MC碳化物中M组成元素LTA和TI的比值TATI逐渐减小。通过研究900CC不同时间时效处理后合金微观组织发现，随着RI含量增加，合金中TCP相析出趋势逐渐增加。含有27TI的含合金经900C500H时效处理后，组织中析出了针状富含CR、W和MO的OR相。参考文献1YINFS，SUNXF，LIJG，ETA1EFFECTSOFMELTTREATMENTONTHECASTSTRUCTUREOFM963SUPERALLOYJSCRMATER，2003，4844254292WRIGHTIG，GIBBONSTBRECENTDEVELOPMENTSINGASTURBINEMATERIALSANDTECHNOLOGYANDTHEIRIMPLICATIONSFORSYNGASFIRINGJJHYDROGENENERGY，2007，3216361036213SAFARIJ，NATEGHSONTHEHEATTREATMENTOFRENE80NICKELBASESUPERALLOYJJMATERPROCESSINGTECHNOL，2006，176132402504CUITONG，WANGJIJIE，GUANRENGUO，ETA1MICROSTRUCTURESEVOLUTIONOFANIBASESUPERALLOYAFTERLONGTERMAGINGAT750JJIRONSTEELRES，LNT，2007，1454O445KUOCM，YANGYT，BORHY，ETA1AGINGEFFECTSONTHEMICROSTRUCTUREANDCREEPBEHAVIOROFINCONEL718SUPERALLOYJMATERSCIENGA，2009，510511152892946JIANGWENHUI，YAOXIANGDONG，GUANHENGRONG，ETA1MICROSTRUCTURESANDPROPERTIESOFDZ40MCOBASESUPERLOYAFTERLONGTERMAGINGAT950JACTAMETALLSIN，1998，341212891294INCHINESE姜文辉，姚向东，管恒荣，等DZ40M钴基高温合金950OC长期时效后的组织与性能J金属学报，1998，3412128912947KOJIKAKEHIEFFECTOFPRIMARYANDSECONDARYPRECIPITATESONCREEPSTRENGTHOFNIBASESUPERALLOYSINGLECRYSTALSJMATERSCIENGA，1999，278121351418HOPGOODAA，MARTINJW，MARTINJWTHEEFFECTOFAGINGONTHEYIELDSTRESSOFASINGLECRYSTALSUPERALLOYJMATERSCIENG1987，91105110732应用化学第28卷EFFECTSOFTIONCARBIDESANDTOPOLOGICALLYCLOSEPACKEDPHASESINAHIGHTEMPERATURECASTNICKELBASEDSUPERALLOYGUANXIURONG，LIUENZE，ZHENGZHI，TONGJIAN，ZHAIYUCHUN“SCB，OOLOFENVIRONMENTALANDCHEMICALENGINEERING，SHENYANGLIGONGUNIVERSITY，SHENYANG；DIVISIONSUPERALLOY，INSTITUTEOFMETALRESEARCH，CHINESEACADEMYOFSCIENCES，SHENYANGI10016；SCHOOLOFMATERIALSANDMETALLURGY，NORTHEASTERNUNIVERSITY，SHENYANGABSTRACTINORDERTOUNDERSTANDTHEEFFECTOFTIONTHECARBIDESANDTOPOLOGICALLYCLOSEPACKEDPHASESTCPINAHIGHTEMPERATURECASTNICKELBASEDSUPERALLOY，SAMPLESWITHDIFFERENTTICONTENTAFTERHEATTREATMENTANDDIFFERENTAGINGTIMEWEREINVESTIGATEDBYOPTICALMICROSCOPYOM，SCANNINGELECTRONMICROSCOPYSEMANDTRANSMISSIONELECTRONMICROSCOPYTEMTHERESULTSSHOWTHATTHEMICROSTRUETURESOFASHEATEDALLOYWITHDIFFERENTTICONTENTARETHESAMEANDALLARECOMPOSEDOF，Y，MC，ANDM23C6CARBIDESWITHINCREASINGTIAMOUNTINTHE,ALLOY，THEVOLUMEFRACTIONOFCARBIDESGRADUALLYINCREASEDTHECARBIDEISMAINLYTACWHENTHEREISNOTIINTHEALLOY，ANDTHECARBIDEGRADUALLYCHANGESTOTA，TICWITHTHEADDITIONOFTIBYEXAMININGTHERNICROSTRUCTURESOFALLOYSAGEDAT900OCFORDIFFERENTTIME，ITHASBEENFOUNDTHATTHETCPSEGREGATEDEASILYAFTERADDITIONOFTIINALLOYWHENTHEALLOYWITH27MASSFRACTIONOF