定向凝固高温合金DZ4再结晶行为研究

admin · 发表于昨天 08:37

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本文对大量应用于航空发动机和地面燃气发电机转子叶片的定向凝固高温合金DZ4的再结晶行为进行了实验室研究，重点研究了DZ4合金的静态再结晶行为、动态再结晶行为及再结晶的过程与机理，并结合工程实际对DZ4合金表面再结晶层的无损检测的可行性及方法进行了研究。采用三点弯曲和压缩两种变形方法使DZ4合金试样获得不同程度的预变形，并进行不同制度的热处理，以分析和研究DZ4合金试样的静态再结晶行为。结果表明，DZ4合金的再结晶晶界细小、平直，再结晶温度在1000℃左右。热处理温度和变形量是影响DZ4合金再结晶主要的两个因素，在1000℃以下热处理，DZ4合金不会发生再结晶。当变形量足够大时，在1000～1200℃进行热处理，DZ4合金试样仅在表面发生再结晶；在1200℃以上热处理，DZ4合金试样才会发生完全再结晶。此外，热处理保温时间、加载变形速率等因素也对DZ4合金的再结晶过程有重要的影响。DZ4合金静态再结晶过程组织演变研究结果表明，在低于γ′相的固溶温度时（1200℃），再结晶以完整的晶粒形式产生，再结晶晶粒内γ′相重新溶解并析出。再结晶晶粒优先在DZ4合金试样表面形核，因为试样表面变形量更大，且存在氧化作用；在DZ4合金试样中部，再结晶晶粒会在能量较高的枝晶间形核。分析表明，定向凝固高温合金的再结晶的物理本质是由铸态相溶解控制的高能态畸变组织向低能态无畸变组织转变的过程。在空气介质中，采用高温持久试验进行的DZ4合金的动态再结晶试验研究结果表明，在800～950℃温度范围内，表面不带涂层的定向凝固DZ4高温合金试样表面会发生动态再结晶，动态再结晶层的深度在3~15μm范围，且动态再结晶层的深度随着温度和应力的增高而增大。在950℃/120MPa/1000h条件下，表面无涂层保护的DZ4试样发生了动态再结晶。而表面采用Al-Si渗层保护后，DZ4合金试样未发生动态再结晶，可以确定，在役的表面有Al-Si渗层保护的DZ4高温合金发动机叶片在服役中不会发生动态再结晶。为满足工程实际需要，对使用无损检测技术检查定向凝固高温合金表面再结晶层厚度的方法和可行性进行了试验研究。试验结果表明，再结晶深度不同的DZ4合金试样的电导率值之间差异在1％范围内，难以通过涡流测电导率的方法检测再结晶的深度。含不同深度再结晶层的定向凝固高温合金试样的红外热图存在着一定的差异，但试验结果不具备重复性，且红外热图与再结晶层深度之间的对应关系不明确。超声时域信号无法对定向凝固高温合金的再结晶层深度进行检测，在超声频域信号中定向凝固高温合金的再结晶层与一定范围的谱线幅度和形状具有相关性，可进一步研究以确定谱图形状和再结晶层深度之间的定量关系。

定向凝固高温合金DZ4再结晶行为研究

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