碳含量和模壳温度对Ni3Al基等轴晶合金组织和中温力学性能的影响

admin · 发表于 2023-9-25 11:45:35

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Ni3Al基合金具有密度低、高温强度高、抗氧化性能好等优点，可用作先进航空航天发动机涡轮导向叶片材料。但目前Ni3Al基等轴晶合金存在中温塑性较差的题目，限制了其工程化应用。本研究采用合金化和晶粒细化的手段来改善合金的中温塑性，对进一步发展Ni3Al基合金具有重要的实用价值。本论文采用普通精铸模壳制备了碳含量分别为0.1wt%、0.15wt%、0.20wt%的等轴晶试样；采用涂有氧化钴细晶孕育剂模壳制备了壳温分别为900℃、1000℃、1100℃的等轴晶试样。对六种试样微观组织进行分析，发现添加碳使Ni3Al基合金中枝晶间区域析出大量的碳化物，其中主要为M6C，碳化物含量随着碳含量的增加而增多，形态也随碳含量增加发生改变， 0.1wt%碳的试样中碳化物以骨架状为主，0.15wt%和0.20wt%碳试样中碳化物以烟花团簇状为主，团簇由微小颗粒和细小板条构成。固溶时效处理可以消除铸态合金中的枝晶偏析，有效地调整γ’相形态，但对碳化物影响不大；采用细晶模壳可以有效的细化晶粒，但模壳温度越高，与熔体温度差越小，则细化效果越不明显。添加碳的Ni3Al基等轴晶合金铸态试样晶界处有大量不规则块状碳化物；晶界附近有细小的碳化物颗粒，固溶处理后溶解；时效处理使晶界附近析出大量尺寸不足1μm的深灰色和黑色颗粒，与白色碳化物小颗粒共生聚集于晶界。760℃拉伸试验结果表明，添加碳和细化晶粒都能有效提高铸态合金塑性，其中含碳量为0.15wt%的试样塑性达2.2%，高出普通铸态Ni3Al基等轴晶合金14%；添加碳可以使固溶态合金强度提高的同时塑性不低于普通试样铸态塑性，晶粒细化却不能有效改善合金固溶态塑性；碳量为0.15wt%的试样经固溶时效处理后塑性达2.4%以上。使用细晶模壳的三组试样性能随着浇注模壳温度的升高而降低， 900℃、1000℃模壳浇注成型的试棒，晶粒细化效果较好，铸态时有塑性可到1.9%以上，固溶热处理后断裂方式发生改变，拉伸断口呈脆性沿晶断裂形貌。分别选取拉伸性能较好的碳含量0.15wt%普通模壳浇注的试样和900℃细晶模壳浇注的试样进行冷热疲劳试验，试验发现，添加碳的铸态试样冷热疲劳性能优于未加碳的铸态试样，但固溶处理后却不相上下。

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