C對DZ417G高溫合金鑄造粘砂及組織和力學性能的研究.pdf

1、本文系統(tǒng)地研究了3種不同C含量（0.05wt.％，0.09wt.%，0.17wt.%）對DZ417G高溫合金鑄造過程中與陶瓷型殼的界面反應(yīng)及不同C含量對DZ417G高溫合金組織及性能的影響。
　　高溫合金鑄造過程當中，合金與陶瓷型殼及型芯之間的界面反應(yīng)會使得鑄件表面形成反應(yīng)層或粘砂層等表面缺陷，使鑄件表面質(zhì)量下降，影響鑄件的尺寸精度和后續(xù)加工。合金熔體與陶瓷之間的潤濕性與界面反應(yīng)相關(guān)，界面反應(yīng)一般會增加潤濕性，使得合金熔體比較容易

2、滲入型殼面層的孔隙而造成鑄件表面粗糙等問題。合金中的活性元素、陶瓷型殼面層成分及合金澆注溫度等是影響界面反應(yīng)的重要因素。因此，進行高溫合金/陶瓷型殼的潤濕性及界面反應(yīng)的研究、探索合金中的活性元素以及陶瓷材料的成分對高溫合金/陶瓷型殼的界面反應(yīng)的影響具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。在此基礎(chǔ)上，采用座滴試驗研究了合金中活性元素C對 DZ417G高溫合金與陶瓷型殼界面反應(yīng)的影響。利用掃描電鏡觀察界面反應(yīng)產(chǎn)物形貌、通過XRD分析反應(yīng)產(chǎn)物的物相。研

3、究表明：隨著合金中的C含量增加，合金與陶瓷之間潤濕角越小，界面反應(yīng)越嚴重，合金中C是Cr參與界面反應(yīng)的“催化劑”，當合金中C含量大于0.09wt.%時，Cr參與界面反應(yīng)，形成氧化物Cr2O3， Cr2O3與陶瓷型殼中的Al2O3結(jié)合形成紫紅色物質(zhì)9Al2O3·Cr2O3。
　　采用Bridgeman法制備了3種C含量的定向凝固鑄態(tài)合金試樣。研究結(jié)果表明：隨著C含量由0.05wt.%升高到0.17wt.%，一次和二次枝晶形態(tài)均無明顯

4、變化，但當C含量為0.09wt.%時，三次枝晶較發(fā)達；C含量的升高顯著降低Ti元素偏析程度和γ-γ'共晶含量，增加MC型碳化物含量。不同C含量合金中MC型碳化物形貌均為草書體狀且與基體存在(001)γ//(001)TiC和<001>γ//<001>TiC的取向關(guān)系，C含量增加促進了草書體狀碳化物的生長。此外，縮松的尺寸和數(shù)量隨 C含量升高呈先減小后增大趨勢。合金的凝固組織與MC碳化物的生成密切相關(guān)。
　　合金經(jīng)過標準熱處理制度（1

5、220℃/4h，空冷+980℃/16h，空冷）后。利用掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）等方法研究了3種不同碳含量的 DZ417G高溫合金的熱處理組織和力學性能，并分析了合金的顯微組織對拉伸性能和持久性能之間的影響。結(jié)果表明：經(jīng)過熱處理后，枝晶干的γ'相呈均勻細小的立方塊狀，且枝晶間的共晶及粗大的γ'相基本回溶，達到了較好的均勻化效果；MC碳化物發(fā)生了退化反應(yīng)，出現(xiàn)了 M23C6碳化物。室溫拉伸條件下，隨著 C含量增加，

6、合金的抗拉強度稍有降低，屈服強度先較快上升后較快下降；塑性呈降低趨勢。900℃拉伸條件下，隨著合金中C含量增加，其抗拉強度和屈服強度先緩慢上升后較快下降；塑性先較快下降后緩慢回升。高溫持久壽命均隨著 C含量增加而降低，C含量增加對980℃/216MPa持久條件下的持久塑性影響不大，卻使760℃/725Mpa持久條件下的持久塑性下降，這是因為合金中未消除的共晶、縮松和碳化物會成為合金性能的薄弱位置，而 C會直接引起合金中的共晶及碳化物數(shù)量

7、的變化，因此經(jīng)過本文研究，認為含碳量為0.05wt.%時，合金的力學性能最佳。
　　本文的工作表明：從C對合金的粘砂情況和C對合金的力學影響情況兩方面考慮。C作為合金元素，適量的加入到高溫合金中，可以強化晶界，凈化合金液；另一方面，C作為活性元素，可以與SiO2發(fā)生反應(yīng)并“催化”合金中的Cr元素參與界面反應(yīng)，從而改善合金與陶瓷的潤濕性，導(dǎo)致合金表面出現(xiàn)粘砂現(xiàn)象。因此，合理控制合金中的 C含量不但可以減輕合金表面的粘砂程度，還有利于