硼对镍基单晶高温合金显微组织的影响

发布时间：2017-10-01 19:02

  本文关键词：硼对镍基单晶高温合金显微组织的影响

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【摘要】：镍基高温合金因其优异的高温性能、良好的抗氧化性和抗腐蚀性而被广泛应用于航空工业和工业燃气轮机等领域。镍基高温合金的发展决定了航空涡轮发动机的发展,也决定了航空工业的发展。目前对于合金成分对单晶高温合金的影响已有大量的研究,主要是难熔元素Re、Ru和微量元素C、Hf对单晶高温合金的影响居多,但微量元素B对于单晶高温合金方面的研究还很缺少。本文对含B量不同的高温合金进行了高温定向凝固,通过调整B的含量以及抽拉速率,研究微量元素B对镍基单晶高温合金凝固组织以及热处理后组织的影响。获得的主要结论如下:1.四种试样的铸态组织都为枝晶组织,且在枝晶间分布着γ/γ′共晶、碳化物等组织。随着B含量的增加,枝晶间共晶组织的体积分数随之增加,共晶向外延伸的γ′也变成粗大状;碳化物的体积分数也随之增加,碳化物的形貌有从片层状向针状到块状变化的趋势,且其尺寸也随之减小。2.硼的添加对合金的一次枝晶间距和增强相γ′的尺寸无明显影响。B含量的增加对枝晶组织元素偏析的影响:W、Re在B含量为0.010%时K'值达到最大值,表明此时其严重偏析于枝晶干;Mo、Cr的K'值逐渐接近1,表明其较均匀分布于组织。其他元素如Ni、Co的无明显变化。3.硼含量的增加对平界面固液界面处元素偏析的影响:Re、W元素的分凝系数明显增加;Mo、Ta的分凝系数随B含量的增加出现先增后减的趋势;B为0.005%时,其分凝系数最大;Cr、Co分凝系数变化不大,其分凝系数在1附近。4.硼含量的增加会降低液相线温度,同时也会减小合金的凝固温度范围。而γ′相的析出温度却随着B含量的增加而增加。合金经过不同热处理制度的处理,γ′相尺寸由铸态组织的大小不一到热处理后的γ′组织尺寸均匀分布,γ′相的形貌也由不规则状向规则的正方形变化。5.随着B含量的增加,热处理后γ′相的形貌有从规则的正方形向圆形变化的趋势,即B有使γ′相顶角钝化的趋势;γ′相尺寸变化不明显。
【关键词】：镍基单晶高温合金 硼 铸态组织 热处理
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG132.3
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-21
• 1.1 研究背景8-10
• 1.2 单晶的成分发展以及合金元素的作用10-13
• 1.2.1 单晶高温合金的成分变化10-11
• 1.2.2 高温中各合金元素的作用11-13
• 1.3 单晶的制备技术13-14
• 1.3.1 Bridgman高速凝固法(HRS)13
• 1.3.2 液态金属冷却法(LMC)13-14
• 1.4 单晶高温合金的强化机制14
• 1.5 单晶高温合金的凝固方式14-15
• 1.5.1 枝晶竞争生长14-15
• 1.5.2 螺旋选晶法15
• 1.6 单晶高温合金的凝固组织15-17
• 1.7 微量元素对高温合金影响的研究现状17-18
• 1.8 本文研究目的及研究内容18-21
• 2 实验方法21-27
• 2.1 实验材料21-22
• 2.2 实验设备装置22-23
• 2.2.1 炉体22-23
• 2.2.2 真空系统23
• 2.2.3 抽拉系统23
• 2.2.4 电力系统23
• 2.3 金相显微镜23-24
• 2.4 扫描电镜24
• 2.5 电子探针微区成分分析24-25
• 2.6 合金中γ′相的形貌描述25-26
• 2.7 DSC实验26-27
• 3 B对单晶高温合金铸态组织的影响27-45
• 3.1 引言27
• 3.2 单晶的铸态金相组织27-28
• 3.3 SEM显微组织观察28-38
• 3.3.1 B对共晶组织的影响28-32
• 3.3.2 B对碳化物组织的影响32-35
• 3.3.3 B对枝晶组织的影响35-38
• 3.4 B对合金元素偏析的影响38-44
• 3.4.1 B对于平界面合金元素偏析的影响38-42
• 3.4.2 B对枝晶组织元素偏析的影响42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 4 热处理对单晶高温合金组织的影响45-53
• 4.1 引言45
• 4.2 DSC差热分析45-46
• 4.3 B对合金凝固路径的影响46-47
• 4.4 热处理制度的确定47
• 4.5 热处理前试样的铸态组织47-48
• 4.6 不同热处理制度对试样显微组织的影响48-49
• 4.7 不同热处理制度对碳化物的影响49-51
• 4.8 不同热处理制度对合金试样的γ′相影响51-52
• 4.9 本章小结52-53
• 5 B对热处理后单晶高温合金组织的影响53-58
• 5.1 引言53
• 5.2 B对同种热处理制度下组织初熔孔洞的影响53
• 5.3 B对同种热处理下γ′相的影响53-55
• 5.4 B对同种热处理制度下碳化物的影响55-57
• 5.5 本章小结57-58
• 6 总结与展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-66
• 附录66

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本文编号：955094