新型Ni-Co基變形高溫合金的成分設計與組織性能關系.pdf

1、為了進一步提高鎳基高溫合金的服役溫度,滿足航空發(fā)動機對于提高發(fā)動機效率的需要,通常在鎳基高溫合金中增加難熔元素Mo、W等的添加量,增強合金的固溶強化能力。但此類元素的增加會加劇高溫合金的偏析,減小合金的加工窗口,增加合金高溫服役過程中的組織不穩(wěn)定性,加劇合金使用過程中TCP相的析出,對合金的制備和使用帶來不利影響。因此希望在不增加合金難熔元素含量的前提下,通過調整合金中Al、Ti、Co元素的含量,提高合金的固溶強化和析出強化能力,抑制合

2、金高溫服役過程中有害相的析出,并且確保合金具有良好的加工性能。本文使用熱力學計算和實驗分析的方法,研究了利用Co3Ti強化的新型Ni-Co基高溫合金中Al、Ti、Co元素含量變化對合金高溫力學性能和可加工能力的影響。本文利用熱力學計算軟件JMatPro和相應的鎳基高溫合金數(shù)據(jù)庫,研究了新型Ni-Co基高溫合金的化學成分對平衡相的析出行為、加工性能和γ/γ′晶格錯配度的影響。結果表明:Ti/Al值(原子比)和Ti+Al含量的增加可以分別提

3、高合金中γ/γ′相的晶格錯配度和γ′析出相的含量,提高合金的高溫強度。Co含量的升高可以拓寬合金的加工窗口,改善合金的加工能力,增加合金?γ/γ′相的晶格錯配度,提高合金析出強化的效果。同時,Ti/Al值的增加促進合金中η相析出,而Co含量的增加具有抑制η相的效果。因此,在Co含量較高的Ni-Co基高溫合金中,適當提高Ti含量可以提高合金中γ′相的含量和?γ/γ′相的晶格錯配度,增加合金的析出強化效果,但是Ti/Al值過高會增加合金中η

4、相析出,不利于合金高溫服役時的組織穩(wěn)定。制備四種Al、Ti、Co元素含量不同的Ni-Co基高溫合金。實驗表明,新型Ni-Co基高溫合金具有良好的加工能力,在合適的溫度區(qū)間內可以進行軋制等變形處理。合金經(jīng)過軋制變形后,枝晶破碎,合金中的組織均勻性明顯提高。合金進行固溶處理和兩次時效處理后,可以得到彌散分布于基體的一次γ′析出相和尺寸更細小的二次或三次γ′析出相。對四種Al、Ti、Co元素的含量不同的Ni-Co基高溫合金的微觀組織進行分析后

5、發(fā)現(xiàn),在Ti/Al值為1.8的合金中,鑄態(tài)和軋制態(tài)均析出了一些板條狀η相,而在其它幾種Ti/Al值較低的合金中沒有η相析出。在不同溫度下對合金進行拉伸實驗后發(fā)現(xiàn),在750℃及以下溫度區(qū)間內,Ti/Al值和Ti+Al含量較高的合金具有良好的拉伸屈服強度。但是在750℃以上,Ti/Al值較高的合金屈服強度隨溫度升高明顯下降,而Ti+Al含量較高的合金仍能保持較高的屈服強度。因此在Ni-Co基變形高溫合金中可適當提高Ti+Al含量,但應嚴格控