Al、Co對K4169合金組織及性能的影響.pdf

1、K4169合金在中低溫下具有良好的綜合性能，因此被廣泛用于制造航空、航天用渦輪盤和葉片等高溫合金結(jié)構(gòu)鑄件。近年來，隨著航空發(fā)動機(jī)，特別是地面燃?xì)廨啓C(jī)部件的飛速發(fā)展，對合金提出了更高的要求，以期望能夠在更高溫度下穩(wěn)定工作。本文基于前人對718合金改型的研究工作，在K4169合金設(shè)計(jì)時(shí)添加了不同含量的Al以及少量的Co元素。采用金相顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、能譜分析、X射線衍射和力學(xué)性能等測試方法研究了合金鑄態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)熱處理態(tài)以及高溫長期暴

2、露下的組織演變、壓縮性能和硬度，并對其高溫氧化性能進(jìn)行了研究。得出以下結(jié)論：
　　 ⑴在K4169合金中增加Al和Co含量后，合金的鑄態(tài)組織與原始成分合金的鑄態(tài)組織基本相同：樹枝狀γ基體、主要強(qiáng)化相γ"、彌散分布于基體的γ'相以及分布于晶界和枝晶間的塊狀MC碳化物和Laves相。隨著A1含量的增加，Nb、Mo、Ti和Fe元素的偏析程度有所減輕，枝晶間析出相比0號原始合金明顯增多，二次枝晶臂有所增長，而Co含量的增加對鑄態(tài)合金枝晶

3、形貌影響不明顯。Al和Co對K4169合金力學(xué)性能的影響很顯著，隨著Al含量的增加，鑄態(tài)合金的屈服強(qiáng)度和硬度均呈先增加后減小的趨勢，少量Co的加入也使其屈服強(qiáng)度和硬度有所增加。
　　 ⑵不同Al、Co含量的合金經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后組織中基本都有沿晶界析出的δ相、MC碳化物相、Laves相、M7C3碳化物和σ相。隨著Al含量的增加，標(biāo)準(zhǔn)熱處理態(tài)合金晶界上的析出物逐漸增多，棒狀δ相明顯減少，而塊狀的Laves相大量析出，σ相也逐漸增加，同

4、時(shí)γ"和γ'由相對獨(dú)立分開析出變?yōu)閺?fù)合析出，即呈包覆組織結(jié)構(gòu)；Al含量相同時(shí)，Co對品界析出相無明顯影響。Al和Co對標(biāo)準(zhǔn)熱處理態(tài)合金屈服強(qiáng)度和硬度的影響趨勢與鑄態(tài)的相似，當(dāng)Al含量為1.24 wt％、Co為0.6 wt％時(shí)合金的屈服強(qiáng)度和硬度均達(dá)到最大值。
　　 ⑶合金在680℃經(jīng)300h和500h長時(shí)時(shí)效后，合金的晶界析出相和晶內(nèi)強(qiáng)化相有明顯長大，其中Laves相長大更顯著，同時(shí)Laves相數(shù)量增加。增加Al含量的合金，其γ

5、"/γ’包覆組織長大比較緩慢，但晶界析出相長大迅速。0號合金中獨(dú)立分開析出的球形γ'和盤片狀曠相已經(jīng)迅速長大粗化，γ"相形狀轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑺?，已?jīng)大面積開始出現(xiàn)γ"→δ轉(zhuǎn)變，γ"數(shù)量急劇減少，與0號合金相比，其它各實(shí)驗(yàn)合金析出相長大速率緩慢。隨著時(shí)效時(shí)間的延長，這種長大趨勢更加明顯。
　　 ⑷不同Al、Co含量的合金在950℃、50h恒溫氧化試驗(yàn)中氧化動力學(xué)曲線均遵循拋物線規(guī)律。氧化膜表面均呈淺灰色，但添加不同Al、Co含量的合金表面

6、氧化膜都要比0號合金致密，且氧化物顆粒也比0號合金小。合金的氧化膜分為三層：外層主要是Cr2O3、TiO和NiO的混合層，并含有少量的NiCr2O4相；中間層是Cr2O3保護(hù)層；內(nèi)層中氧化物的主要成分為A12O3。隨著Al含量的增加，合金的高溫抗氧化能力增強(qiáng)；Al含量相同時(shí)，Co含量的增加降低了合金的高溫抗氧化性能；與Co相比，Al對合金高溫抗氧化性能的影響更大。在試驗(yàn)條件下，當(dāng)Al含量為1.45％、Co為0.3％時(shí)，合金的高溫抗氧化性