K465鎳基高溫合金的研究.pdf

1、鎳基高溫合金作為在各種航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)中服役的主要材料，具有重要應(yīng)用價(jià)值。對(duì)已經(jīng)顯示出優(yōu)異綜合性能的鎳基高溫合金的成分、組織與性能以及制造過(guò)程進(jìn)行深入研究，顯得越來(lái)越迫切。鑄造K465合金具有較高的抗蠕變、疲勞的能力和較高的承溫能力，在國(guó)防、航天、航空領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。開(kāi)展K465合金的研究具有重要的理論和實(shí)際意義。
　　 本文對(duì)K465鎳基鑄造高溫合金進(jìn)行了母合金熔煉、鑄造、熔體過(guò)熱處理及微合金化等方面的研究，

2、結(jié)合X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析儀(EDS)和圖像分析儀等測(cè)試與分析手段，探討了熔體過(guò)熱處理對(duì)K465合金的合金元素偏析規(guī)律、合金的組織及性能的影響；建立了鎳基合金中N溶解度的熱力學(xué)模型，分析了熔體過(guò)熱處理鎳基高溫合金中氮的行為；研究了Mg、Ce微合金化對(duì)合金組織、性能的影響。主要研究結(jié)果如下：
　　 1．確定了K465母合金合適的熔煉工藝條件，采用本論文確定的工藝條件，獲得了化學(xué)成分合格、力學(xué)性能

3、穩(wěn)定的K465母合金；
　　 2．研究了澆注溫度和模殼溫度對(duì)合金組織和力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨澆注溫度和模殼溫度的降低，合金的宏觀晶粒尺寸減小，枝晶細(xì)化，二次枝晶間距減??；澆注溫度和模殼溫度升高，碳化物逐漸向塊狀和漢字草書(shū)體狀轉(zhuǎn)變，分布的均勻性變差；γ’相尺寸隨澆注溫度的升高有增大的趨勢(shì)；力學(xué)性能測(cè)試表明，在適當(dāng)?shù)臐沧囟群湍囟葪l件下，合金可以獲得較好的綜合力學(xué)性能；
　　 3．對(duì)合金的熔體過(guò)熱處理研究表明：

4、r>　　 1)低于1750℃進(jìn)行熔體過(guò)熱處理對(duì)合金的化學(xué)成分影響不大，高于1750℃進(jìn)行熔體過(guò)熱處理后，合金中C、Cr、Al和Ti的燒損明顯加重；
　　 2)熔體過(guò)熱處理對(duì)合金中氮的含量有一定影響，隨著熔體過(guò)熱處理溫度的升高，合金中氮含量呈下降的趨勢(shì)，熔體過(guò)熱處理溫度高于1790℃后，隨著熔體過(guò)熱處理溫度升高合金中氮含量增大；建立了鎳基合金液中氮溶解度的熱力學(xué)近似計(jì)算模型，本研究中，在熔體過(guò)熱處理較低溫度段，氮含量隨溫度的變化

5、規(guī)律與模型的理論預(yù)測(cè)值吻合較好。在較高溫度范圍內(nèi)，即當(dāng)過(guò)熱處理溫度超過(guò)1790℃以后，合金中的氮含量隨溫度的升高而增加，是與熔體過(guò)熱處理引起合金熔體結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)；
　　 3)熔體過(guò)熱處理對(duì)Cr、Co、Al和Ni的偏析比影響不大；隨熔體過(guò)熱處理溫度的不斷提高，Ti和Nb元素的偏析比有逐漸減小的趨勢(shì)，W和Mo的偏析比先增大后減??；熔體過(guò)熱處理有降低合金元素偏析的作用；
　　 4)未經(jīng)熔體過(guò)熱處理時(shí)，合金晶粒為普通等軸晶，碳

6、化物為大塊狀分布在枝晶間；隨著熔體過(guò)熱處理溫度的不斷提高，合金的晶粒尺寸持續(xù)變大，碳化物由塊狀的形式向漢字草書(shū)體群團(tuán)形式轉(zhuǎn)化；當(dāng)過(guò)熱溫度超過(guò)1760℃時(shí)，晶粒又不斷變小，合金中碳化物呈小塊狀和顆粒狀均勻分布。溫度低于1750℃的熔體過(guò)熱處理對(duì)MC碳化物和（γ十γ’）共晶體積分?jǐn)?shù)影響較小；熔體過(guò)熱處理溫度超過(guò)1750℃時(shí)，由于元素?zé)龘p，MC碳化物和（γ+γ’）共晶的體積分?jǐn)?shù)明顯減??；熔體過(guò)熱處理溫度提高，MC碳化物中W含量有不斷升高的趨勢(shì)

7、；
　　 5)明確了熔體過(guò)熱處理溫度對(duì)合金的力學(xué)性能的影響熔體過(guò)熱處理溫度對(duì)室溫屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度影響不顯著；斷裂伸長(zhǎng)率和面縮率均隨熔體過(guò)熱處理溫度的升高有一定程度的提高；當(dāng)熔體過(guò)熱處理溫度超過(guò)1790℃時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率和面縮率迅速降低；合金在1750℃～1760℃時(shí)，強(qiáng)度和塑性達(dá)到較好的匹配；
　　 熔體過(guò)熱處理溫度低于1750℃時(shí)，隨過(guò)熱處理溫度的升高，合金975℃/230MPa條件下的持久壽命和持久塑性大幅提高；在1

8、650℃～1760℃溫度段內(nèi)過(guò)熱處理，合金的持久壽命和持久塑性達(dá)到了較好的匹配；當(dāng)超過(guò)1760℃，過(guò)熱溫度繼續(xù)升高時(shí)，合金持久壽命和塑性迅速降低。
　　 4．對(duì)合金Mg、Ce微合金化的研究表明，隨著Mg含量的增加，合金中MC碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小顆粒狀，γ’相顆粒變得細(xì)小，立方化效果明顯，當(dāng)Mg含量達(dá)到0.03％時(shí)，MC碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)椴輹?shū)體漢字狀，γ’相顆粒變得粗大；Mg含量對(duì)抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的影響較小；隨著合金中Mg含量的增加，合金

9、持久壽命和塑性有明顯提高，合金中Mg的適宜加入量為0.02％;Mg含量進(jìn)一步增加，合金的持久壽命、塑性均有大幅下降；
　　 在本論文試驗(yàn)范圍內(nèi)，Ce含量對(duì)合金的顯微組織沒(méi)有明顯的影響，合金中MC碳化物呈草書(shū)體漢字狀，γ’相顆粒變化不明顯，并存在有低熔點(diǎn)的富Ce相，在室溫拉伸時(shí)，合金的室溫強(qiáng)度和塑性保持較平穩(wěn)的趨勢(shì)；由于合金中低熔點(diǎn)富Ce相的存在和疏松的大量增多，導(dǎo)致975℃/230MPa條件下持久壽命和塑性始終處于較低的水平。在

10、本論文試驗(yàn)條件下，合金中Ce的加入不能有效提高合金強(qiáng)度。
　　 5．對(duì)鑄件的預(yù)研表明，設(shè)計(jì)采用蠟?zāi)７煮w壓制，組合夾具精確定位，蠟?zāi)Ｆ囱b組合成型的工藝方案，試制出了合格的整體精密鑄造用蠟?zāi)?，保證了鑄件的表面光潔度和尺寸精度；通過(guò)對(duì)澆注系統(tǒng)的改進(jìn)，在外壁和內(nèi)錐部位有針對(duì)性地增設(shè)了內(nèi)澆口，較好地解決了內(nèi)錐與外環(huán)兩部位的疏松問(wèn)題；通過(guò)鑄造工藝的優(yōu)化，消除了試制過(guò)程中鑄件疏松和開(kāi)裂的問(wèn)題，得到了合格的鑄件，通過(guò)了地面長(zhǎng)時(shí)試車(chē)考核。