亞快速凝固K424高溫合金及其沉淀相析出規(guī)律研究.pdf

1、高溫合金是現(xiàn)代航空、航天發(fā)動機及工業(yè)燃氣渦輪機的關(guān)鍵材料。K424合金作為我國自主研制的鎳基高溫合金，其鑄造過程中所形成的等軸晶組織具有優(yōu)異的綜合使用性能，在發(fā)動機渦輪轉(zhuǎn)子、整鑄導向器等輔助動力裝置中廣泛應用?？焖倌套鳛檠邪l(fā)高性能新結(jié)構(gòu)材料的重要手段，可以顯著實現(xiàn)晶粒細化效果，得到微晶、非晶和納米晶結(jié)構(gòu)材料，充分挖掘現(xiàn)存材料的使用潛力。此外，利用快速凝固過程中的非平衡效應，可以制備出過飽和固溶體，通過后續(xù)固態(tài)相變過程的控制，獲得細小彌

2、散分布的沉淀相組織。因此，針對以沉淀相析出為主要強化方式的鎳基高溫合金，系統(tǒng)研究不同冷卻條件下凝固組織細化及不同熱處理工藝下沉淀相析出規(guī)律，對于理解高溫合金的強、韌化機理和性能，優(yōu)化高溫合金的制備工藝，提高材料使用性能具有明顯的工程應用價值。
　　本文采用真空感應熔煉與階梯型銅模噴鑄相結(jié)合的方式，深入研究亞快速凝固K424合金不同冷卻速率下的顯微組織變化規(guī)律。在此基礎上，采取不同的等溫熱處理工藝，系統(tǒng)分析了亞快速凝固過飽和固溶體組

3、織中的沉淀相析出行為。結(jié)合顯微硬度的性能測試，建立了材料制備工藝、組織表征與性能檢測之間的相互聯(lián)系。
　　亞快速凝固實驗結(jié)果表明，冷速的增加可以有效細化K424合金中的γ基體相組織，其中二次枝晶間距約為5μm，僅為近平衡凝固條件下的1/16。枝晶組織的細化及溶質(zhì)截留的發(fā)生，降低了合金中的成分偏析程度，導致γ+γ′共晶組織、MC碳化物相尺寸的降低，并可以有效抑制凝固結(jié)束后γ′強化相的析出，有利于過飽和固溶體的制備。
　　熱處理

4、研究結(jié)果表明，固溶處理后的鑄態(tài)合金經(jīng)不同冷卻方式，枝晶形貌有所弱化，枝晶花樣變得簡單。水冷條件下γ′相的形態(tài)表現(xiàn)為無規(guī)則的棱角狀，而空冷和爐冷條件下，γ′相的形態(tài)表現(xiàn)為長條狀，且邊角比較圓鈍。亞快速凝固K424合金在800℃、900℃及1000℃下時效240min后，γ′相的尺寸逐漸增大，其數(shù)值從0.09μm不斷增大到0.35μm，形貌也從球形逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉綁K形。800℃等溫時效條件下，當保溫時間從30min延長到240min時，γ′相尺

5、寸持續(xù)增加，其數(shù)值從0.12μm不斷增大到0.22μm。
　　硬度測試結(jié)果表明，K424合金1100℃+240min固溶處理后，空冷條件下合金硬度最高，為470HV；爐冷次之，硬度值為422HV。水冷條件下，由于γ′析出相數(shù)量最少，合金硬度值最低，僅為367HV。當時效時間240min時，亞快速凝固K424合金在800℃~1000℃溫度范圍內(nèi)，硬度值先增加、后降低，最高可達489HV。時效溫度為1000℃時，γ′相粒子的粗化導致合