微量Zr對K4169合金組織及性能的影響.pdf

1、鑄造K4169合金與美國Incone1718合金成分基本相同，是以奧氏體為基，以體心四方γ"相為主要強化相，面心立方的γ'相為輔助強化相的沉淀強化型鐵鎳基高溫合金。K4169合金在很寬的中低溫度范圍(-253～700℃)內(nèi)具有較高的強度、塑性、優(yōu)良的耐腐蝕性以及良好的焊接性能和鑄造工藝等性能。但是當合金使用溫度超過650℃時，其中的主要強化相γ”會和基體失去共格，聚集粗化長大繼而轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的δ相，導致合金的強度、塑性等一系列性能迅速下降

2、。而近年來隨著航空發(fā)動機，特別是地面燃氣輪機部件飛速發(fā)展，人們對合金的應(yīng)用提出了更高的要求。國內(nèi)外研究工作者嘗試通過調(diào)整Al、Nb、Ti、Fe、Mo、Ta、Cr、Co、W等主要合金元素含量以期獲得更好的組織穩(wěn)定性和更高的使用溫度。本文以K4169合金為研究對象，利用手工電弧爐熔煉不同Zr含量的合金。采用金相顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡、能譜分析、X射線衍射以及力學性能等方法，研究了Zr對合金鑄態(tài)組織、均勻化處理、標準熱處理態(tài)、斷口組織以及

3、力學性能的影響。得到以下主要結(jié)論：
　　 (1)K4169合金中添加Zr元素后，鑄態(tài)合金析出相和原始成分合金組織基本相同，都包括樹枝晶γ基體、彌散分布于基體的γ'等晶內(nèi)析出相以及氮化物和Laves相，Zr促進Nb、Mo元素偏析，使鑄態(tài)合金物相種類增多。
　　 (2)Zr元素促進晶界析出相的析出，使鑄態(tài)枝晶組織變得細密，隨著Zr含量增加，合金中Al、Nb、Mo和Ti元素的偏析程度有所減輕，當Zr含量超過0.09％時，又促進

4、元素枝晶偏析，laves相中Nb、Mo含量增加；鑄態(tài)合金偏析嚴重，基體和Laves等都以固溶體存在，碳原子和大量合金元素充當溶質(zhì)原子，合金中初生碳化物較少；Zr促進氮化物形成，使氮化物團簇增多、尺寸增大；鑄態(tài)合金硬度隨Zr含量增加呈減小趨勢；
　　 (3)Zr的加入提高了K4169合金中l(wèi)aves相的初熔溫度，合金熔點降低；溫度和試樣厚度對合金均勻化處理影響較大：均勻化處理過程中，Laves相消失，而氮化物熔點較高，不能去除；合

5、金硬度隨均勻化處理時間延長呈先減小后增加的趨勢，均勻化處理5h后合金過燒；最終均勻化處理制度定為：1150℃×3.5h。
　　 (4)熱處理態(tài)合金成分均勻、偏析減輕、結(jié)晶較好，物相種類比鑄態(tài)合金減少，但出現(xiàn)次生碳化物相；Zr元素能夠改變晶界析出相的形態(tài)，未添加Zr元素熱處理態(tài)合金晶界碳化物為短棒狀，含Zr元素合金中碳化物為圓形顆粒，碳化物成分主要為NbC；Zr原子增加顆粒狀析出相與基體之間的晶格畸變，導致氮化物顆粒周圍顯微疏松等