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?xì)鉁u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(dǎo)向器等輔助動力裝置中廣泛應(yīng)用。快速凝固作為研發(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(xì)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(yīng)，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(xì)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(xì)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(yīng)用價值。
　　本文采用真空感應(yīng)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(chǔ)上，采取不同的等溫?zé)崽幚砉に?，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(xì)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(xì)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(dǎo)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(dāng)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(dāng)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(dá)489HV。時效溫度為1000℃時，γ′相粒子的粗化導(dǎo)致合