C对DZ417G高温合金铸造粘砂及组织和力学性能的影响

发布时间：2018-11-17 12:54

【摘要】：本文系统地研究了3种不同C含量(0.05wt.%,0.09wt.%,0.17wt.%)对DZ417G高温合金铸造过程中与陶瓷型壳的界面反应及不同C含量对DZ417G高温合金组织及性能的影响。高温合金铸造过程当中,合金与陶瓷型壳及型芯之间的界面反应会使得铸件表面形成反应层或粘砂层等表面缺陷,使铸件表面质量下降,影响铸件的尺寸精度和后续加工。合金熔体与陶瓷之间的润湿性与界面反应相关,界面反应一般会增加润湿性,使得合金熔体比较容易渗入型壳面层的孔隙而造成铸件表面粗糙等问题。合金中的活性元素、陶瓷型壳面层成分及合金浇注温度等是影响界面反应的重要因素。因此,进行高温合金/陶瓷型壳的润湿性及界面反应的研究、探索合金中的活性元素以及陶瓷材料的成分对高温合金/陶瓷型壳的界面反应的影响具有重要的理论意义和现实意义。在此基础上,采用座滴试验研究了合金中活性元素C对DZ417G高温合金与陶瓷型壳界面反应的影响。利用扫描电镜观察界面反应产物形貌、通过XRD分析反应产物的物相。研究表明:随着合金中的C含量增加,合金与陶瓷之间润湿角越小,界面反应越严重,合金中C是Cr参与界面反应的“催化剂”,当合金中C含量大于0.09wt.%时,Cr参与界面反应,形成氧化物Cr2O3,Cr2O3与陶瓷型壳中的Al2O3结合形成紫红色物质9Al2O3·Cr2O3。采用Bridgeman法制备了3种C含量的定向凝固铸态合金试样。研究结果表明:随着C含量由0.05wt.%升高到0.17wt.%,一次和二次枝晶形态均无明显变化,但当C含量为0.09wt.%时,三次枝晶较发达;C含量的升高显著降低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型碳化物形貌均为草书体状且与基体存在(001)γ//(001)TiC和001γ//001Ti C的取向关系,C含量增加促进了草书体状碳化物的生长。此外,缩松的尺寸和数量随C含量升高呈先减小后增大趋势。合金的凝固组织与MC碳化物的生成密切相关。合金经过标准热处理制度(1220℃/4h,空冷+980℃/16h,空冷)后。利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等方法研究了3种不同碳含量的DZ417G高温合金的热处理组织和力学性能,并分析了合金的显微组织对拉伸性能和持久性能之间的影响。结果表明:经过热处理后,枝晶干的γ'相呈均匀细小的立方块状,且枝晶间的共晶及粗大的γ'相基本回溶,达到了较好的均匀化效果;MC碳化物发生了退化反应,出现了M23C6碳化物。室温拉伸条件下,随着C含量增加,合金的抗拉强度稍有降低,屈服强度先较快上升后较快下降;塑性呈降低趋势。900℃拉伸条件下,随着合金中C含量增加,其抗拉强度和屈服强度先缓慢上升后较快下降;塑性先较快下降后缓慢回升。高温持久寿命均随着C含量增加而降低,C含量增加对980℃/216MPa持久条件下的持久塑性影响不大,却使760℃/725Mpa持久条件下的持久塑性下降,这是因为合金中未消除的共晶、缩松和碳化物会成为合金性能的薄弱位置,而C会直接引起合金中的共晶及碳化物数量的变化,因此经过本文研究,认为含碳量为0.05wt.%时,合金的力学性能最佳。本文的工作表明:从C对合金的粘砂情况和C对合金的力学影响情况两方面考虑。C作为合金元素,适量的加入到高温合金中,可以强化晶界,净化合金液;另一方面,C作为活性元素,可以与SiO2发生反应并“催化”合金中的Cr元素参与界面反应,从而改善合金与陶瓷的润湿性,导致合金表面出现粘砂现象。因此,合理控制合金中的C含量不但可以减轻合金表面的粘砂程度,还有利于提高材料的力学性能。
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【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG27

【参考文献】