新型低膨脹Thermo-Span高溫合金的研究.pdf

1、本文針對(duì)低膨脹高溫合金的性能缺點(diǎn)，以Thermo-Span合金為研究對(duì)象，通過適當(dāng)降低Cr含量來降低熱膨脹系數(shù)，提高Al含量來補(bǔ)償降Cr引起的抗氧化性能下降，并提高γ′相的析出量和穩(wěn)定性，通過加入微量元素磷和硼并配合熱處理來強(qiáng)化晶界，改善抗缺口敏感性能，全面優(yōu)化合金的性能。比較系統(tǒng)地研究了Al、Cr、P、B在合金加工處理過程中的行為及其對(duì)組織和性能的影響規(guī)律，發(fā)展了提高低膨脹高溫合金綜合使用性能的方法。 研究了Cr和Al對(duì)The

2、rmo-Span合金組織和性能的影響。Cr含量由5.5wt.％降低到3.0wt.％，Al含量由0.45wt.％提高到1.5wt.％，Thermo-Span合金的0～800℃熱膨脹系數(shù)顯著降低。降Cr提Al增加γ′相析出量，合金的室溫拉伸和650℃拉伸強(qiáng)度有所提高，拉伸塑性變化不大；顯著提高650℃/600MPa的光滑持久壽命，但合金表現(xiàn)出明顯的缺口敏感性。650℃下的抗氧化性雖有所降低，但仍保持完全抗氧化級(jí)別。氧化層與基體界面處Cr的富

3、集減少，但Al的富集明顯增強(qiáng)，可以補(bǔ)償降低Cr含量引起的抗氧化性能下降。 研究了磷和硼對(duì)合金鑄態(tài)組織的影響，證實(shí)磷、硼促進(jìn)凝固偏析和Laves相析出。當(dāng)磷含量為0.05wt.％時(shí)，合金中析出Ti-P相。當(dāng)硼含量為0.5wt.％時(shí)，合金以(B-Nbphase+γ)共晶反應(yīng)結(jié)束凝固。磷對(duì)Thermo-Span合金的熔點(diǎn)溫度影響不大。硼含量低于0.1wt.％時(shí)，對(duì)合金熔點(diǎn)溫度無明顯影響；當(dāng)硼含量達(dá)到0.5wt.％時(shí)，由于析出(B-Nb

4、phase+γ)共晶，合金的熔點(diǎn)溫度顯著降低。 研究了標(biāo)準(zhǔn)熱處理?xiàng)l件下磷、硼對(duì)降Cr提Al的改型Thermo-Span合金組織和性能的影響。磷對(duì)合金的晶粒度大小和γ′相析出沒有明顯影響。γ′相呈細(xì)小的圓粒狀均勻分布于基體中，晶界析出Laves相。磷影響晶界析出相的形態(tài)和數(shù)量。磷含量為0.001wt.％時(shí)，晶界析出呈塊狀；當(dāng)磷含量增加到0.023wt.％時(shí)，晶界析出呈由圓粒組成的鏈狀；磷含量增加到0.05wt.％時(shí)，晶界析出數(shù)量減

5、少，含磷相增多。含磷相大多分布于晶界，也有少量分布于晶內(nèi)。磷對(duì)合金的室溫拉伸和650℃拉伸性能影響不大，卻顯著降低合金650℃/600MPa的持久性能。晶界磷化物析出導(dǎo)致持久性能惡化。硼含量低于0.1wt.％時(shí)，晶界析出減少；當(dāng)硼含量為0.5wt.％時(shí)，晶界析出增多，呈小粒狀密集分布。硼對(duì)合金的室溫拉伸影響不大。硼含量為0.1wt.％時(shí)，合金的持久性能只有38h；當(dāng)硼含量增加到0.5wt.％時(shí)，合金的持久性能又顯著增高。合金的650℃/

6、100h氧化動(dòng)力學(xué)曲線遵循拋物線規(guī)律。當(dāng)磷含量為0.023wt.％時(shí)，氧化速率最低，合金表現(xiàn)出良好的抗氧化性。經(jīng)650℃/550h氧化后，Thermo-Span合金形成的氧化層分兩部分，即氧化表層和氧化過渡層。氧化表層富Fe、Co和O元素，氧化過渡層則富Al、Cr和Nb等元素。表面形成的氧化物由針狀的Fe、Co氧化物和塊狀Co氧化物組成，針狀氧化物疏松，而Co的氧化物致密。磷含量為0.001wt.％時(shí)，氧化表面主要為針狀Fe、Co的氧化

7、物。磷含量為0.023wt.％時(shí)，合金表面氧化物主要為小塊狀Co的氧化物及少量的Fe、Co的氧化物組成。磷含量增加到0.05wt.％時(shí)，Co的氧化物及Fe、Co的氧化物含量介于兩者之間。研究了固溶冷卻方法對(duì)合金持久性能的影響。固溶溫度由1093℃提高到1160℃，再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)時(shí)效處理，改型合金650℃/600MPa的持久性能顯著降低。但此時(shí)隨磷含量增加，合金的650℃/600MPa的持久性能明顯提高。增大1093℃固溶后的冷卻速度，即由空