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高Cr铸造镍基高温合金K4648与陶瓷型芯的界面反应研究

郑亮 , 肖程波 , 张国庆 , 顾国红 , 李鑫 , 刘晓光 , 薛明 , 唐定中

航空材料学报 doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2012.3.003

采用金相显微镜、扫描电镜及能谱、电子探针和X射线衍射对高Cr铸造镍基高温合金K4648等轴晶和定向凝固铸件的合金/陶瓷型芯界面反应进行了系统研究,获得反应时间与反应量关系的界面反应动力学曲线、不同反应时间的反应界面形貌及产物的种类.结果表明:高Cr铸造镍基高温合金K4648与铝基型芯不易发生反应,而与硅基陶瓷型芯发生剧烈的界面反应,反应产生金属瘤状凸起物,造成铸件内腔破坏.此外,白色的硅基型芯内部变成黑色,黑色反应区内含有一定量的Cr,Al,Ti元素.在反应的中、后期型芯黑色反应区内还存在着灰色区,该区的Cr,Al,Ti含量远高于黑色反应区.高Cr铸造镍基高温合金K4648合金与硅基陶瓷型芯反应分为:(1)富Cr,Al,Ti熔体向型芯内的渗入阶段;(2)富Cr,Al,Ti熔体与陶瓷型芯SiO2基体的反应;(3)富Cr,Al,Ti的熔体与型芯中Zr-SiO4颗粒反应三个阶段.反应过程中型芯存在局部液化现象.K4648合金/硅基陶瓷型界面反应产物主要为层状或树枝状Al2O3,块状Cr3 Si金属间化合物、ZrO2,富Cr,Zr,Al,Ti的复合氧化物、共晶形态的富Cr,Si,Al,Ti的复合氧化物、块状或树枝状的富Ti,Al,Zr,Cr复合氧化物.反应产物中的Cr,Al,Ti元素来自合金熔体而Zr,Si,O来自陶瓷型芯.

关键词: 镍基高温合金 , 陶瓷型芯 , 界面反应 , 定向凝固 , 显微组织 , K4648 , Cr3Si , Al2O3

熔体处理时间对铸态镍基高温合金K465组织和力学性能的影响

余乾 , 肖程波 , 宋尽霞 , 王定刚 , 邢占平 , 张宏炜 , 曲士昱 , 李青

航空材料学报 doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2005.01.001

用金相显微镜和扫描电镜研究了镍基高温合金K465在1530～1540℃下进行1～10min熔体处理后碳化物尺寸、分布以及枝晶杆区γ'相尺寸、形态立方化效果的变化,并研究了其对合金室温拉伸性能和高温持久性能的影响.结果表明,熔体处理5～7min能减小碳化物和枝晶杆区γ'相尺寸,改善碳化物分布和γ'相立方化程度,而使合金得到良好的室温塑性和高温持久性能.

关键词: 熔体处理 , Ni基合金 , 组织 , 力学性能 , 铸态

烧结温度对SiO2-ZrO2体系陶瓷型芯材料性能影响研究

刘晓光 , 齐长见 , 贺莉丽 , 唐定中 , 肖程波 , 姚建省 , 顾国红 , 李鑫

航空材料学报 doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2011.5.012

采用传统的热压铸工艺制备可快速脱芯的定向、单晶空心涡轮叶片用SiO2 -ZrO2体系陶瓷型芯材料,研究结果表明,该材料随烧结温度从1150℃增加到1200℃,收缩率变大,当烧结温度超过1200℃时,烧结收缩增加显著,1200℃烧结的陶瓷型芯晶粒发育比较完善,主要相组成为非晶SiO2、方石英、ZrO2,其综合性能最佳,室温强度可达42.9 MPa,1550℃具有较好的抗高温变形性和优异的高温强度,高温变形为0.1mm,高温强度可达27.9MPa,开气孔率可达30.4％,体积密度为1.92g/cm3,烧结收缩率仅为0.4％,方石英析出量20％左右,能够满足我国航空发动机高温合金空心涡轮叶片的浇注要求.

关键词: 热压铸 , 空心叶片 , 陶瓷型芯 , 发动机 , 高温合金

DZ466合金热障涂层CoCrAlY黏结层1050℃氧化行为

任维鹏 , 李青 , 肖程波 , 宋尽霞 , 何利民 , 黄光宏 , 曹春晓

材料工程 doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2014.06.014

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)法在一种新型定向合金DZ466试样上沉积CoCrAlY黏结层和Y2O3部分稳定的ZrO2 (YSZ)陶瓷层,对试样进行1050℃循环氧化实验并研究其氧化行为.采用X射线衍射仪、扫描电镜以及电子探针对涂层进行显微组织分析.结果表明:在1050℃氧化1500h(热循环31次)后,热障涂层未出现脱落现象.沉积态CoCrAlY黏结层主要由β-CoAl相和γCo固溶体相组成;1050℃氧化后,在黏结层与陶瓷层界面生成热生长氧化物(TGO)层,黏结层逐渐发生退化,β-CoAl相逐渐转化为γCoNi固溶体;氧化1200h后,TGO/黏结层界面出现由活性元素效应导致的氧化物栓;TGO层皱曲行为导致TGO/陶瓷层界面出现微裂纹,并且该微裂纹沿界面横向扩展.TGO的厚度增长模式符合分段抛物线规律,初期氧化速率常数约为6.1×1014cm2/s,氧化400h后,氧化速率常数减小,为3.5×1014 cm2/s.

关键词: DZ466合金 , CoCrAlY , 黏结层 , 热生长氧化物 , 氧化速率常数

1050～1100℃大气下等温锻造用模具材料DM02合金研究

肖程波 , 宋尽霞 , 韩雅芳 , 李青 , 王定刚 , 余乾 , 曲士昱

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2005.02.012

扫描电镜和能谱技术研究结果表明,DM02合金的组成相为γ相、γ′相、MC碳化物和M6C碳化物,合金中的Hf能减少大块尺寸的M6C碳化物,从而提高合金的强度和塑性.按照模具材料的使用要求,研究了DM02合金的高温拉伸、压缩、持久、冷热疲劳及抗氧化性能.结果表明,DM02的1050℃拉伸屈服强度为485MPa,1050℃压缩屈服强度达700MPa,1100℃持久性能比K21合金高约40%,1050℃冷热疲劳性能明显优于K21合金,1050℃/100h静态抗氧化性能达到完全抗氧化级,是适合于1050～1100℃大气下使用的模具材料,其使用温度比国内目前使用温度最高的模具材料K21合金高约50℃.

关键词: Ni基高温合金 , 等温锻造 , 模具材料 , 1050～1100℃

壳型温度K465合金微观组织和力学性能的影响

王定刚 , 肖程波 , 张国庆 , 张宏炜 , 余乾 , 宋尽霞 , 尹健伟

钢铁研究学报

利用光学显微镜及图像分析仪、扫描电镜二次电子、背射电子、能谱(EDS),化学萃取和X射线衍射等分析手段研究了壳型温度对K465合金微观组织的影响,并测试了合金的室温瞬时拉伸性能和高温持久性能.研究结果表明,在特定的浇注温度下,随着壳型温度的升高,二次枝晶、碳化物逐渐长大.力学性能测试表明,在适当的浇注温度和壳型温度下,可以使K465合金同时具有合适的微观组织和优良的力学性能;当壳型温度高于或低于最佳温度50℃时,合金的力学性能,尤其是高温持久性能都会不同程度的下降,甚至低于技术指标中的规定值.

关键词: K465合金 , 壳型温度 , 微观组织 , 力学性能

硅对定向凝固Ni3Al基合金IC6A微观组织和性能的影响

肖程波 , 韩雅芳

稀有金属材料与工程

利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子探针(EPMA)、能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)技术研究了硅对定向凝固Ni3Al基合金IC6A微观组织的影响.结果表明在IC6A合金中添加0.10%～0.20%Si(质量分数,下同)会使合金的枝晶间区析出块状的Mo1.24Ni0.76相和Mo6(Ni0.75Si0.25)7相,当硅的添加量达到0.30%时,合金的枝晶间区除了析出这两种相外,还有针状的δ-NiMo相析出.这二相的析出不利于合金的高温持久性能,它们的硬度较大,只能通过孪晶的方式变形.硅有利于提高IC6A合金的高温抗氧化性能,而对合金的抗腐蚀性能和瞬时拉伸性能无明显影响.

关键词: Ni3Al基合金 , 硅 , 微观结构 , 性能