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1、K4169合金在中低溫下具有良好的綜合性能,因此被廣泛用于制造航空、航天用渦輪盤和葉片等高溫合金結(jié)構(gòu)鑄件。近年來,隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī),特別是地面燃?xì)廨啓C(jī)部件的飛速發(fā)展,對(duì)合金提出了更高的要求,以期望能夠在更高溫度下穩(wěn)定工作。本文基于前人對(duì)718合金改型的研究工作,在K4169合金設(shè)計(jì)時(shí)添加了不同含量的Al以及少量的Co元素。采用金相顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、能譜分析、X射線衍射和力學(xué)性能等測(cè)試方法研究了合金鑄態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)熱處理態(tài)以及高溫長(zhǎng)期暴
2、露下的組織演變、壓縮性能和硬度,并對(duì)其高溫氧化性能進(jìn)行了研究。得出以下結(jié)論:
⑴在K4169合金中增加Al和Co含量后,合金的鑄態(tài)組織與原始成分合金的鑄態(tài)組織基本相同:樹枝狀γ基體、主要強(qiáng)化相γ"、彌散分布于基體的γ'相以及分布于晶界和枝晶間的塊狀MC碳化物和Laves相。隨著A1含量的增加,Nb、Mo、Ti和Fe元素的偏析程度有所減輕,枝晶間析出相比0號(hào)原始合金明顯增多,二次枝晶臂有所增長(zhǎng),而Co含量的增加對(duì)鑄態(tài)合金枝晶
3、形貌影響不明顯。Al和Co對(duì)K4169合金力學(xué)性能的影響很顯著,隨著Al含量的增加,鑄態(tài)合金的屈服強(qiáng)度和硬度均呈先增加后減小的趨勢(shì),少量Co的加入也使其屈服強(qiáng)度和硬度有所增加。
⑵不同Al、Co含量的合金經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后組織中基本都有沿晶界析出的δ相、MC碳化物相、Laves相、M7C3碳化物和σ相。隨著Al含量的增加,標(biāo)準(zhǔn)熱處理態(tài)合金晶界上的析出物逐漸增多,棒狀δ相明顯減少,而塊狀的Laves相大量析出,σ相也逐漸增加,同
4、時(shí)γ"和γ'由相對(duì)獨(dú)立分開析出變?yōu)閺?fù)合析出,即呈包覆組織結(jié)構(gòu);Al含量相同時(shí),Co對(duì)品界析出相無明顯影響。Al和Co對(duì)標(biāo)準(zhǔn)熱處理態(tài)合金屈服強(qiáng)度和硬度的影響趨勢(shì)與鑄態(tài)的相似,當(dāng)Al含量為1.24 wt%、Co為0.6 wt%時(shí)合金的屈服強(qiáng)度和硬度均達(dá)到最大值。
⑶合金在680℃經(jīng)300h和500h長(zhǎng)時(shí)時(shí)效后,合金的晶界析出相和晶內(nèi)強(qiáng)化相有明顯長(zhǎng)大,其中Laves相長(zhǎng)大更顯著,同時(shí)Laves相數(shù)量增加。增加Al含量的合金,其γ
5、"/γ’包覆組織長(zhǎng)大比較緩慢,但晶界析出相長(zhǎng)大迅速。0號(hào)合金中獨(dú)立分開析出的球形γ'和盤片狀曠相已經(jīng)迅速長(zhǎng)大粗化,γ"相形狀轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑺?,已?jīng)大面積開始出現(xiàn)γ"→δ轉(zhuǎn)變,γ"數(shù)量急劇減少,與0號(hào)合金相比,其它各實(shí)驗(yàn)合金析出相長(zhǎng)大速率緩慢。隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng),這種長(zhǎng)大趨勢(shì)更加明顯。
⑷不同Al、Co含量的合金在950℃、50h恒溫氧化試驗(yàn)中氧化動(dòng)力學(xué)曲線均遵循拋物線規(guī)律。氧化膜表面均呈淺灰色,但添加不同Al、Co含量的合金表面
6、氧化膜都要比0號(hào)合金致密,且氧化物顆粒也比0號(hào)合金小。合金的氧化膜分為三層:外層主要是Cr2O3、TiO和NiO的混合層,并含有少量的NiCr2O4相;中間層是Cr2O3保護(hù)層;內(nèi)層中氧化物的主要成分為A12O3。隨著Al含量的增加,合金的高溫抗氧化能力增強(qiáng);Al含量相同時(shí),Co含量的增加降低了合金的高溫抗氧化性能;與Co相比,Al對(duì)合金高溫抗氧化性能的影響更大。在試驗(yàn)條件下,當(dāng)Al含量為1.45%、Co為0.3%時(shí),合金的高溫抗氧化性
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