中文翻译-精炼剂对细晶粒超合金K4196的机械性能的影响

1 精炼剂对细晶粒超合金 机械性能的影响 1，黄太文 2，刘林 3，杨爱民 4，熊玉华 5，张蓉 （ 北工业大学，西安， 710072，中国； 西安石油学会 ,西安 710072,中国 北京 100088,中国 ) 摘要： 人们对通过添加精炼剂来达到超合金 晶粒细化和精炼剂对这种超合金的机械性能的影响早已有所研究。拿室温下和 700下的拉伸性能和室温下的底周期疲劳性能与普通、细晶粒实验线性图相比较， 结果表明：细晶粒的抗裂强度、屈服强度、伸长和断面缩减率比粗晶粒的强很多，而细晶粒样本的伸长和缩减率在700时变小而样本的底周期疲劳性在室温下显著增强。另外，该样本的底周期数据的离散度也减小。 关健词： 超合金，精粒细化，精炼剂，拉伸性能， ： 这种超合金的精粒细化技术在很多年前已应用于小范围的引擎制造中，为了获得一到的性能，同种微结构和形态凝结物，例如碳化物和 相，而当前的细粒铸造技术仍然利用热控制或振动的方法来控制晶粒的大小尺寸，并且必须需要 一些复杂的设备和较高的生产费用。因此，一种简单的，在合金中溶液中添加精炼剂的化学添加物的方法受到更多的关注。有些研究者指出某些化学添加物可能会导致裂纹增 2 大或者产生某些物理化学性能间于合金与化学添加物之间的，使合金热处理变困难的结构变体。因而，更详细的关于超合金的化学细化的调查研究需要进行下到。在过去的研究中，为获得超合金 细化结构，是通过添加一些金属间化合物，如精炼剂。接下来我们将进一步学习这些化合物对 机械性能的影响。 验材料 实验田中用到的材料是成份基于 i 的 合金它的化学成份如下（质量分数，）： 0 . 0 5 , 0 . 0 1 , 5 1 , 3 . 0 5 , 5 . 3 , 1 8 . 4 , 0 . 5 5 , 1 . 0 5 N i M N b C r A l T 化和铸造 型真空熔炼和铸造设备被用来铸造普通和细晶铸锭，主要的工艺已列于表1 中。陶瓷铸型的预热温度要一直保持在 900。精炼剂在浇铸之前添加，之后将溶液注入金相模板中，以供研究基机械性能。工艺流程在别处已有详细描述。 械性能测试 机械性能的测试线性图请参考国家标准 温下和 700下的拉伸性能在 通机械强度试验机和 度试验机上进行测试。疲劳测试是用直径为 6样品，在一个 100械疲劳试验设备上进行。实验条件是在室温下、静态空气中，一直承受一个轴向的，纯压载荷，允许 应变幅度为 存在应变率 R=加载率为 41 10 mm/s 时的三角波。有些样品已由剑桥 描电子 显微镜检验。 3 3 实验结果 表 1 说明了实验方案和参数的处理，同时也说明未经过细化处理的晶粒结构的特征参数。相应的金相结构图如图 1 所示。从图中可以看出溶液中添加精炼剂可以显著减小晶粒尺寸，并且可以改善横断面晶粒。 表 2 列出了在室温和 700下拉伸性能 的数据。当晶粒尺寸在 间，室温下时，屈服强度、极限强度、伸长和断面收缩率随着晶炷细化的程度显著增加。而在 700时，屈服强度、 极限强度的情况相同，而伸长和断面收缩率的情况却不同，当晶粒被细化时，它的值变小。实验证明细晶粒结构和粗晶粒结构相比，有着更强的拉伸性能是归因于细晶粒结 构有更多的晶界，晶界能抑制晶粒的断层滑移，从而能起到增强强度的效果。此外， 4 晶粒细化形成一到的结构和分布均匀的凝结物，所以会形成更小的压力并且延迟了裂缝的增生。而粗晶粒结构会产生构造离散和粗劣的凝结物，这些会导致更 大的压力和晶界或粒子之间的裂纹。 拉伸样品的断裂形态图如图 2 所示。与细晶粒结构（ 韧性性能作对比， 2（ b） )所以枝晶界区域可能是拉伸性能存在弱点的一个因素。以前的研究表明普通晶粒结构的枝晶界偏析比 此，更多的阳性元素，例如 b，会在 多的 些会恶化机械性能。因此，我们得出这们的一个结论 2(c)和图 2(b)所示的是在 700时的结 构形态。 图 2(c)表明，许多超小型次生相粒子，如细晶粒样品的碳化物抑制断层滑移替代裂纺的路径在 700时。并且，实际上 品的断面表明 晶内结构是由于在 700下晶界的强大作用。所以 700时有更高强度，如表 2 所列。在 瞬进断口区域观察到一个典型的特征 （图 2（ d） )，这是一种易碎的晶内破裂。这种表面结构通常表明少的微粗糙度基于有限的塑性毁坏。跨晶粒的结晶平面更容易被观察到，表明滑动面减聚力在结构工艺中超着重要的作用。处从这种结构总的塑性张力比它的裂纹多，但延展性小时，通常这实验 结果， 00以下。 周期疲劳性 图 3 所示的是变化的 应变幅度下的低周期疲劳寿命曲线图。可以看出在室温下的细晶粒可以显著增长 别指出，应变幅度越小，疲劳寿命的差异就越大。细粒样品疲劳寿命从 =的 20左右增大到 =的100。另外，细粒样品的 据的离散度减小，表 3 列出了疲劳寿命的值都大于粗晶粒样品的疲劳寿命什，其的科学家也得出了相同的结论。这是与合金黄色的模数值相关的。那些有细晶粒材料比普通铸合金有更高的相容模数值，这反 映出前 5 者的高级各向同向性性能，同时也暗示散射值的减小和统计学上的稳定性的增强 ,为了比较 断裂形态我们要检验其断面。在两种样品中，断面都有相 似的疲劳裂缝源 （图 4（ a） )。这些断面说明有疲劳条带的穿晶裂，通常遵守从属变形，但其断面形态却不同（如图 4（ a）和（ a） )，这可归因于由均匀结构来达到的 屈服度和导致比传动 给 图 4（ a）所示另外，我们可在疲劳裂纹表面看到第二阶粒抑制了疲劳裂纹（如图 4（ b） )这些提高的 此外，在 所有断面中，找不到任何的引起裂纹扩展的或都变成裂纹源的化学附加粒子。其机械性能和结构形态都说明化学精炼剂的选择是成功的。 高度的试验温度对材料的延长性有显著的作用，在 700细晶粒结构的强度数据仍然比粗晶粒结构 的高，表明 伸变形的竺强度温度高于 700。 700时细晶粒结构的断面伸长和缩减度与 结果相似。 特性有点像中等温度的脆性，它们也是遵守其它的超合金。因为 塑性没有明显下降到 700以下，微结构可能影响 特性。 HE et 研究过 超合金 中等温度下的低脆性，结果掼出断层陷入狭窄的连接滑动带，包括脉石槽和不均匀的畸变，导致延长性降到低于固溶处理。当断层陷入 /边界。其分布会很均匀，导致延长性遵守低于时效处理。但在进行这实验时 形变必须是均匀的因为 细晶粒结构和均匀分配的凝结物，因此 友前的实验中并不能解释现在的结果。这可由断裂韧度的变化按照 裂韧度公式来说明： 1 1220 . 2 0 . 22 . 9 e x p ( / 1 ) 1I C 其中 是裂缝隙末端的密度，显然地 0.2/b的值越大，断裂韧度的值也越大，脆性也越小。从表 3 的实验结果中可以看出，当温度从室温变化到 700时精细结构的 0.2/b值从 到 说明在高温时精细结构的脆硬性变大。当粗晶粒疲劳寿命 粗晶粒 细晶粒 6 结构的 0.2/b值没变时，断裂韧度 持在一个大的值，变化很小。所以细晶粒结构的裂纹扩展很快变形量很小，这就是细晶粒结构的伸长和断面收缩率比粗晶粒结构小的原因。 1） 在室温时，细晶粒样品的所有抗拉性例如断裂强度，延展强度和延展性的情况一们，但伸长和断面收缩率却相反。这是由 0.2/b在不同温度下的不同值的引起的。 2） 在室温下细晶粒能明显改善低周期谑寿命，从 20提高到 100，根据应变幅度，另外细晶炷样品的低周期疲劳寿命的离散度减小。 7 参考 1 ,. 传统细晶粒工艺的发展 A 1984C 纽约： 测试测量学会 1984， 3 2 R, F,. 微铸造 X 细晶粒铸造 A,格莱美 1984C测试测量学会 984， 3 3 F, A, F,超合金铸件的晶粒细化和它们对其机械性能的影响 A，在先进的铸件技术上的正面在先进铸技术上的确认书C，巴黎：大气研究和开发咨询组， 1982， 124 P.氧化物颗粒之前分散在熔化带钢的晶粒细化的介绍A J, A.铸造和焊接的晶粒细化 C。 纽约：美国采矿与冶金工程师学会冶金部门， 1983。 139 5 郑 B L,刘 L, 庸 Z 超合金 738粒细化 J ):1186 熊余化，扬爱民，郭伊萍等，添加剂对超合金 J，科学技术先进研究所， 2001,2:137 巍 C N, Y,马 C Y 等， J,材料化学和医学 ,2003,80:898 8 ,.超级合金单晶在 1025 切割蠕变试验位错反应和显微结构的不稳定 性 J1997,779 A A旋转压缩机和涡轮元件的复晶颗粒控制的铸件 A尔特维区 C S,布里克聂尔 R H 等，超合金 1984C 纽约： 美国采矿与冶金工程师学会冶金部门， 1984。 33 10 K.合金 718 细粒熔模铸造的机械性能 AA.超合金 718冶金和应用 c。匹兹堡 :测试测量学会 ,11 R, K.温度和应变速率关系的应力 冶金学会报 A ,1985,22:230912 W, D.单晶的超级合金 1480焊后退火机件和与温度的关系的超点阵堆垛层错形成 J,材料科学和动力学 A ， 2004， 380： 340 13 何 L Z,郑 Q，孙 X F 等。超合金 J380： 340 14 E, R , A.细粒熔模铸