两种Ni3Al基单晶合金组织稳定性研究

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雅宝题库解析：
Ni3Al基单晶合金具有优良的高温性能、良好的抗氧化性能，是制造先进燃气涡轮发动机叶片的关键材料。我国自行研制的一代Ni3Al基合金IC6SX具有成分简单、价格低廉的特点，在性能上既保持了Ni3Al比重小、强度高、高温稳定性好的优点，又具有较好的塑性，已成功用于某航空发动机的热端部件。但IC6SX合金在长期服役过程中，大量针状Y-NiMo相的析出不但消耗合金中的固溶强化元素Mo，且容易引起应力集中，损害合金的力学性能。本试验通过在IC6SX合金中加入微量元素Ru，研究了Ru对IC6SX单晶合金组织稳定性和力学性能的影响。同时，随着发动机性能的不断提高对高温单晶合金的承温能力提出了更高的要求，继而研发了三代Ni3Al基单晶合金IC32，本试验探索了IC32合金热处理制度和组织稳定性。        本论文通过在IC6单晶合金中加入2wt.%Ru，对两种试样分别在1000℃下进行无应力长期时效试验，分析了Ru对长期时效后的微观组织和力学性能的影响。Ru主要富集在γ相中，对IC6单晶合金的铸态显微组织没有明显影响，主要由γ-Ni(Mo)过饱和固溶体相、初生γ′-Ni3(Al, Mo)相、次生γ′-Ni3(Al, Mo)相和分布在枝晶间的富Mo相组成。Ru改变合金元素在枝晶间和枝晶干的分配系数，增加Al元素的偏析程度，但同时降低Mo元素的偏析程度，使Mo更均匀分配。长期无应力时效试验表明，Ru抑制IC6单晶合金中白色富Mo相的析出，提高IC6单晶合金的组织稳定性；定量分析结果表明，Ru抑制析出相的形核和长大速率。对时效300h之后的试样进行1100℃/120MPa条件下的高温持久试验，IC6SX合金的持久寿命为60.38h和49.36h，而添加Ru的合金在相同持久试验条件下的寿命高达131.65h和253.98h，大大地提高了合金的持久性能。断口组织分析表明，Ru的加入提高了IC6单晶合金形成筏排组织的趋势，阻碍位错的攀滑移，同时抑制针状相的析出，提高筏排组织的完整性，进而提高合金的高温力学性能。        IC32单晶合金的初熔温度为1360℃，热处理窗口为1320℃-1360℃，固溶温度为1340℃。最佳标准热处理制度为1320℃/1h+1325℃/2h+1330℃/2h+1335℃/2h+1345℃/10h，A.C. + 1165℃/2h，A.C. + 870℃/32h，A.C.。   IC32合金在1150℃和1200℃长期时效后，显微组织发生聚集粗化形成筏排组织，具有良好的组织稳定性。IC32单晶合金在1200℃/80MPa条件下的持久寿命为116.16h。