Ta含量对FGH4098合金组织和性能的影响

发布时间：2020-03-21 03:56

【摘要】：本文结合热力学平衡相计算,采用OM、SEM、FE-SEM、EDS、EPMA、TEM、XRD等方法,研究了Ta含量分别为0、1.2%、2.4%、3.5%和4.7%(质量分数)的FGH4098合金的显微组织差异,并测试了不同Ta含量热处理态合金的力学性能。主要研究了Ta含量对FGH4098合金γ′相、MC型碳化物和长期时效过程中TCP相析出行为的影响,分析了合金室温和高温力学性能与组织的关系,力求得到Ta的最佳含量。本文对了解Ta在第三代粉末高温合金中的作用具有重要的意义。研究表明:不同Ta含量热处理态合金中的析出相种类相同,含量有所差异。Ta主要分布在γ′相中,增加γ′相的含量,增大二次γ′相尺寸,使γ′相组成主要由Ni_3(Al,Ti,Nb)转变为Ni_3(Al,Ti,Ta,Nb),加剧了二次γ′相由椭球状向方形转化的倾向,加快长期时效过程中二次γ′相的长大和分裂;Ta进入MC型碳化物,使MC型碳化物均匀分布在晶内和晶界处,不再沿原始粉末颗粒边界(PPB)分布,Ta能够替代MC型碳化物中的Ti元素,使其组成主要由(Ti,Nb)C变为(Ta,Ti,Nb)C,且添加Ta元素能够保持MC型碳化物在高温下的组织稳定性;在650℃~800℃长期时效过程中,Ta含量较高的合金中会析出σ相,合金中加Ta会增大高温下σ相的析出倾向。随着合金Ta含量的增加,基于γ′相和MC型碳化物的强化作用,合金的抗拉强度和屈服强度略有升高,但变化不大。添加适量的Ta能够明显提高合金的高温塑性和持久性能,降低650℃疲劳裂纹扩展速率。添加过量Ta会严重降低合金的持久性能,这与高Ta含量合金在高温下析出大量σ相有关。结合不同Ta含量合金的组织和性能分析,FGH4098合金中Ta的含量在1.2%~2.4%范围内具有较优的综合力学性能。
【图文】：

晶粒组织,合金,析出相,物理化学

图 4-1 热处理态不同 Ta 含量 FGH4098 合金的晶粒组织(a), (b) 0%Ta 合金；(c), (d) 1.2%Ta 合金；(e), (f) 2.4%Ta 合金；(g), (h) 3.5%Ta 合金；(i), (j) 4.7%Ta 合金4.2 热处理态合金析出相及含量表 4-1 给出了 Ta 含量为 2.4%的热处理态 FGH4098 合金物理化学相分析结果(内部实验报告，详见附录 C)。可以发现，热处理态 FGH4098 合金中的主要析出相为 γ′相，，含量为 50%(质量分数)左右。除此以外，合金中还含有微量 MC 型碳化物和极少 M3B2型硼化物。与热力学平衡相计算结果(见图 3-4(a)和图 3-5(a))不同，热处理态 2.4%Ta 合金几乎不含 M23C6型碳化物和 μ 相。表 4-1 热处理态 2.4%Ta 合金物理化学相分析结果析出相 γ′ MC M3B2含量(质量分数, %) 48.87 0.44 -

γ′相形貌,合金

21图 4-2 不同 Ta 含量合金热处理态 γ′相形貌(a), (b) 0%Ta 合金；(c), (d) 1.2%Ta 合金；(e), (f) 2.4%Ta 合金；(g), (h) 3.5%Ta 合金；(i), (j) 4.7%Ta 合金
【学位授予单位】：钢铁研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG132.3

【参考文献】