铸造试棒形状对K417G镍基高温合金组织及持久性能的影响

发布时间：2021-07-10 13:09

　　通过对不同形状的K417G合金铸造试棒（锥形、R5、R30）进行OM、SEM组织形貌观察,760℃/645 MPa试样持久性能测试以及断裂组织分析,研究了铸棒形状对K417G合金组织及持久性能的影响。结果表明,锥形铸棒芯部为等轴晶,边缘为柱状晶,而R5和R30铸造试棒内部均由等轴晶构成。锥形铸棒枝晶间区域内的碳化物及共晶组织尺寸较大,合金内部疏松数量较多。裂纹在枝晶间及晶界处的碳化物内及共晶边缘处萌生,并沿枝晶间或晶界横向扩展,形成宏观裂纹是合金的主要断裂机制之一。另一方面,合金内部的疏松相互连接也可形成裂纹,加速合金持久断裂,是合金的另一主要断裂机制。其中,锥形铸棒中碳化物、共晶组织及疏松数量较多,被认为是其持久寿命较低的主要原因。 

【文章来源】：铸造. 2020,69(07)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

试棒铸件及标准持久试棒尺寸

通过光学显微镜对不同铸棒中段芯部区域枝晶分布情况进行观察，如图4所示，白色双箭头为一次枝晶间距，单箭头为二次枝晶间距。其中，锥形铸棒的一次、二次枝晶间距分别约为220～260μm和40～60μm，如图4a所示；R5铸棒的一次、二次枝晶间距分别约为120～150μm和30～60μm;R30铸棒的一次、二次枝晶间距分别约为140～160μm和40～60μm。可以看出，锥形铸棒的枝晶间距较大，三种形状铸棒的二次枝晶间距基本相同。根据凝固速率与枝晶间距的经验公式[15]:

而R5铸棒中枝晶间区域的共晶及碳化物尺寸均较小，分别约为5～20μm和3～10μm，如图5c、d所示。R30铸棒枝晶区域的组织形貌与R5铸棒基本相似。分析认为，锥形铸棒在凝固期间，由于外侧首先凝固并释放大量结晶潜热导致芯部金属液温度较高，因此在随后的凝固过程中，芯部以较高的温度梯度发生液-固转变，导致在高温相区内保温时间较长。由于K417G合金发生液固转变时的凝固顺序为[9]:L→γ→MC→（γ+γ"）共晶→γ"，因此锥形铸棒芯部的碳化物尺寸较大，如图5b所示。随凝固进行，γ相及碳化物不断长大，导致残余液相中Al、Ti等γ"相形成元素的浓度不断增加，最终形成共晶组织。由于本试验选择的K417G合金中Al、Ti含量较高且Al/Ti比值比较小，而Ti则是碳化物和共晶形成主要元素，使凝固期间碳化物及共晶析出的浓度条件相对有利[16]。当凝固速率较慢时，有利于合金中碳化物及共晶组织的析出和长大。因此，锥形铸棒中的碳化物及共晶尺寸较大。图4 不同形状铸棒的枝晶形貌

【参考文献】：
期刊论文
[1]B含量对K417G合金凝固过程中组织演变和力学性能的影响[J]. 刘巧沐,黄顺洲,刘芳,杨艳,南宏强,张东,孙文儒.  金属学报. 2019(06)
[2]铸造高温合金K417G深度脱氧脱硫的研究[J]. 王慢慢,杨彦红,王道红,李志海,严红彬,崔传勇.  稀有金属材料与工程. 2018(12)
[3]K424高温合金凝固特征及冷却速度对其影响规律[J]. 赵展,董建新,张麦仓,姚志浩,江河.  工程科学学报. 2018(11)
[4]取向偏离度对镍基单晶高温合金DD10低周疲劳行为的影响（英文）[J]. 范志东,李季,王栋,楼琅洪,张建.  稀有金属材料与工程. 2018(01)
[5]PCBN刀具切削高温合金切削力试验分析[J]. 吴明阳,田兆晖,于永新,郝鹏飞,程耀楠.  航空制造技术. 2017(22)
[6]V对K417G合金高温热腐蚀行为的影响[J]. 孙雅茹,李海全,张薇薇,于兴福.  稀有金属材料与工程. 2017(09)
[7]一种铸造镍基高温合金的氧化行为[J]. 陈阳,吴树森,刘龙飞,林冲,于光明.  铸造. 2014(01)
[8]定向凝固过程中温度参数对含Re镍基单晶高温合金铸态组织的影响[J]. 曹腊梅,杨曦桥,薛明,蔡启舟.  材料工程. 2012(10)
[9]凝固冷速对铸造镍基高温合金K417G显微组织的影响[J]. 郑亮.  航空材料学报. 2006(03)
[10]熔体处理时间对铸态镍基高温合金K465组织和力学性能的影响[J]. 余乾,肖程波,宋尽霞,王定刚,邢占平,张宏炜,曲士昱,李青.  航空材料学报. 2005(01)



本文编号：3275973