第二代定向柱晶高溫合金DZ59研究.pdf

1、為了充分發(fā)揮定向柱晶在生產(chǎn)效率、制造成本方面的優(yōu)勢，避免單晶高溫合金難以解決的問題，滿足我國航空事業(yè)發(fā)展、特別是先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)渦輪葉片承溫能力的要求，本文在借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以研制開發(fā)一種新型低成本高性能第二代定向柱晶高溫合金為目標(biāo)，系統(tǒng)研究了合金成分、工藝、服役條件等因素對(duì)組織、性能的影響以及相形成與演化規(guī)律，得到以下主要結(jié)論： 1）通過成分設(shè)計(jì)與工藝優(yōu)化，成功研制的第二代定向柱晶高溫合金DZ59達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)要求，

2、其密度為8.53g/cm3，室溫性能σb=1369MPa，σ0.2=1069MPa，δ=10.8％，ψ=11.4％，與基礎(chǔ)合金DSжc6y相比，強(qiáng)度和塑性分別提高30％和20％；975℃/230MPa高溫蠕變斷裂壽命達(dá)370hr.，比DSжc6y提高290％；760℃瞬時(shí)拉伸強(qiáng)度σb=1301MPa，比相同Re含量的第二代單晶高溫合金DD6高18％；900℃瞬時(shí)拉伸強(qiáng)度σb=947MPa，與第一代單晶高溫合金DD3相當(dāng)，較第一代定向柱晶

3、DZ125合金高11％；由L-M綜合蠕變指數(shù)表征的高溫蠕變斷裂性能全面超過第一代單晶高溫合金，達(dá)到國際上典型的第二代單晶高溫合金CMSX-4水平；綜合制造成本比第一代單晶高溫合金可降低25％，比類似成分的第二代單晶高溫合金可降低35％。 2）發(fā)現(xiàn)D259合金中的μ相具有枝晶間分布的特性，顆粒化的μ相可以有效的阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)以及晶界滑移，而成為主要的次生沉淀強(qiáng)化相。DZ59合金枝晶間顆?；滔嗟男纬蓹C(jī)制為：時(shí)效過程中，μ相的形成元素

4、（Re、Mo、Cr等）向界面偏聚以及γ'的形成和成分起伏促進(jìn)了μ相的形成。 3）在DZ59合金時(shí)效過程中晶界發(fā)生多次反應(yīng)，形成由FGRZ、次生μ相、含Re的M23C6以及多相晶團(tuán)所組成的二次晶界反應(yīng)區(qū)（SGRZ），其中含Re的M23C6型碳化物在以往的定向柱晶高溫合金中從未被發(fā)現(xiàn)過。SGRZ中胞狀晶團(tuán)的產(chǎn)生受溫度、時(shí)間、應(yīng)力影響，在靜態(tài)時(shí)效中，該晶團(tuán)的產(chǎn)生同γ'的粗化、搭接合并以及μ相的析出等過程相關(guān)；在應(yīng)力時(shí)效中，該組織受FG

5、RZ邊界位錯(cuò)密度的變化、Re等難溶元素沿位錯(cuò)等溶質(zhì)高速擴(kuò)散通道擴(kuò)散以及γ'的搭接合并過程等綜合因素的影響。尺寸較大的胞狀晶團(tuán)增加橫向晶界受力界面，高負(fù)荷下可能成為蠕變空洞萌生和擴(kuò)展的起源。 4）Ta有助于提高D259合金凝固過程中各相的轉(zhuǎn)變溫度，促進(jìn)骨架狀MC形成，并加重晶界M6C型碳化物的鏈狀傾向。Ta大量進(jìn)入γ'相，增大γ'-γ兩相的錯(cuò)配度，有助于γ'相形貌的立方化，顯著提高室溫瞬時(shí)拉伸性能、比強(qiáng)度以及高溫蠕變斷裂性能。

6、 5）Re降低MC的形成溫度，有效抑制M6C的形成和脆性MC的生長，促進(jìn)μ相的生成和MC分解。Re原子的彌散分布及難擴(kuò)散性質(zhì)還有助于改善晶界沉淀相的形貌和分布，大幅增加基體的強(qiáng)化效果，對(duì)高溫蠕變斷裂性能作用尤為明顯。1％（wt）R的作用同2％（wt）W的強(qiáng)化效果相當(dāng)。 6）D259合金在900℃/600hr.以內(nèi)的長期熱曝露過程中可以保持較高的高溫拉伸性能，但是熱曝露超過1000hr.后，性能大幅下降，其中斷面收縮率下降尤為