Co、Zr、Cu在K4169合金中作用的研究.pdf

1、鑄造K4169合金與美國Inconel718合金成分基本相同,是以體心四方γ"相和面心立方γ'相沉淀強化的鐵.鎳基高溫合金,在-253～700℃溫度范圍內(nèi)有良好的綜合性能,但使用溫度超過650℃時,合金中的主要強化相γ"會與基體失去共格,聚集粗化長大繼而向穩(wěn)定的δ相轉(zhuǎn)變,導致合金的強度、塑性等一系列性能迅速下降。高溫合金的性能主要取決于它的化學成分和組織,國內(nèi)外研究工作者嘗試通過調(diào)整Al、Ti、Nb、Fe、Mo、Cr、Ta、W等主要合金

2、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。但是,K4169合金中除了上述主要合金元素外還含有少量的Co和微量的Zr、Cu等元素,這些元素對合金組織和性能也會造成一定的影響。目前這些元素在K4169合金中的作用還不是很清楚,因此有必要進行深入研究和分析。本文以K4169合金為研究對象,利用手工電弧爐熔煉制備了14種不同Al、Co、Zr、Cu含量的合金,并采用金相顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、電子探針、X射線衍射和力學性能測試等方法,

3、研究了Al、Co、Zr、Cu對鑄態(tài)、標準熱處理態(tài)以及長時時效態(tài)合金組織和力學性能的影響,著重研究了這些元素對合金晶界和晶內(nèi)析出相的影響,得到以下主要結論:
　　 (1)合金中Co的加入量從0.1 wt％增加到0.3wt％時,促使Mo、Ti、Nb等元素向晶界偏析。因此Co強烈促進合金鑄態(tài)組織中Laves相的析出,縮小合金枝晶間偏析區(qū),降低Nb、Mo、Ti在基體中的溶解度而提高這些元素在Laves相中的濃度;Co的加入提高了Lave

4、s相初熔溫度,而使合金的熔點稍有降低。
　　 (2)同時調(diào)整合金中Al和Co的加入量時,由于Al減輕Nb、Mo、Ti的偏析,因此Al和Co的交互作用減少了Laves相的析出且基本不改變Laves相初熔溫度,降低了合金的熔點。合金經(jīng)標準熱處理后,Al和Co之間的交互作用減小了Co對合金晶界析出相的不利影響,并且使晶內(nèi)析出相以納米多晶的形式析出,晶內(nèi)析出相呈球形,但沒能形成γ'/γ"包覆組織。在長時時效過程中,Al和Co的交互作用增

5、加了γ"相的穩(wěn)定性,降低了合金晶內(nèi)析出相的粗化程度。
　　 (3)Zr促進碳原子向晶界偏聚,因而促進晶界碳化物析出,同時Zr促進Nb、Mo等原子向MC中偏聚,抑制了晶界Laves相的析出。Zr的加入提高了Laves相初熔溫度,降低了合金的熔點。Zr強烈改變γ'和γ"相析出形貌和大小。在長時時效過程中,Zr的加入可以提高γ"相的高溫穩(wěn)定性;當Zr質(zhì)量分數(shù)為0.03wt％時,合金中形成了γ'/γ"包覆組織,沒有形成盤片狀δ相。

6、>　　 (4)Cu促進Nb、Mo等元素的偏析,因此強烈促進Laves相的析出;Cu的加入降低了Laves相初熔溫度,同時降低了合金的熔點。Cu的加入改變了γ"相和γ'的析出形貌,隨著Cu質(zhì)量分數(shù)的增加,γ"相尺寸呈先增加后減小的趨勢;在長時時效過程中Cu有抑制γ"相向6相轉(zhuǎn)變的作用,即Cu增加了γ"相的穩(wěn)定性。
　　 (5)單獨調(diào)整Co的加入量對K4169合金室溫硬度的影響較小但降低了合金的屈服強度;同時調(diào)整合金中Al和Co的

7、加入量時,Al含量的增加提高了合金的硬度和屈服強度,但在長期時效過程中出現(xiàn)了過時效,導致合金硬度降低了:Zr的加入降低了合金的硬度和屈服強度:Cu的加入也降低了合金的硬度和屈服強度。
　　 綜上所述,對于K4169合金來說,Co的含量要嚴格控制:Al的加入量可以適當提高,本文中Al含量為1.1 wt％時合金的組織和性能較好;Zr對合金晶內(nèi)析出相的改善是有利的,但綜合考慮晶界析出相及合金的性能,Zr的加入量應小于0.03wt％:考