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镍基粉末高温合金γ'相析出与合金元素分配行为研究

黄海亮  张宏飞  王浩  刘国权  胡本芙  
【摘要】:镍基粉末高温合金具有优良的综合高温力学性能,被广泛地应用于先进航空发动机热端部件。γ'相是镍基粉末高温合金主要强化相,其成分、尺寸、形貌、分布是合金性能的关键影响因素。含有多模尺寸分布的γ'相的合金具有优良的综合力学性能,γ'相主要在固溶冷却过程中析出,不同尺寸的二次和三次γ'相析出分阶段析出。测量或预测γ'相的析出行为与合金元素在γ'/γ相中的分布对调控合金显微组织及预测合金性能具有重要的意义。APT是具有原子尺度空间和质量分辨率的材料表征和分析方法,可以对合金中不同合金元素原子逐个进行分析,可给出合金中不同元素的原子在纳米空间中的分布图。本文采用Gleeble进行了不同冷却速度的中断冷却实验,结合扫描电镜+能谱(SEM+EDS)和原子探针层析技术(APT)研究了FGH98合金冷却过程中γ'相析出、长大、粗化和其形态演变规律,以及冷却过程中二次、三次γ'相与基体之间的合金元素分配规律。实验结果表明:冷却过程中,二次γ'相在高温阶段析出,慢冷过程中,二次γ'相由球形向方形、蝶形转变,尺寸逐渐增大,在950~850℃,析出球形三次γ'相,γ'相尺寸呈双峰分布;当冷速较大时,只有圆形二次γ'相析出,无三次γ'相析出,γ'相尺寸呈单峰分布;Al、Ti、Ta主要分布在γ'相中,Cr、Mo主要分布在γ基体中,Co倾向分配与γ基体中,W既可以进入γ'相也可以进入γ基体;在冷却过程中,二次γ'相毗邻的γ基体中(近场)存在Al、Ti贫化区,而远离二次γ'相处Al、Ti含量相对较高;当三次γ'相析出后,基体Al、Ti含量进一步降低;二次γ'相中Al、Ti和Ta的含量高于三次γ'相中的含量;二次γ'相毗邻的γ基体中(近场)存在Al、Ti贫化区,而三次γ'相周围的合金成分分布相对均匀。实验结果为调控固溶冷却过程中γ'相析出行为提供了重要数据,γ′相之间合金元素空间分布和γ'/γ内界面上合金元素浓度变化为合金性能预测以及新合金设计提供了重要的数据支撑。

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