新型单晶高温合金MO9A组织和性能稳定性研究

【摘要】：本文研究了热处理和长期时效对镍基单晶高温合金M09A组织和力学性能的影响。 铸态M09A合金为典型的枝晶结构,偏析较为严重。对合金进行五种热处理工艺,研究不同固溶处理对合金的枝晶组织、γ′相形貌及持久性能的影响。结果表明,经过1275℃/ 4h固溶处理后,枝晶间处的共晶组织基本溶解完成,而且没有发生初熔,枝晶干和枝晶间区域的γ′相形貌和尺寸没有明显差别,合金的成分偏析大大减轻,组织更加均匀、稳定,在980℃/235MPa持久条件下的性能最好,持久寿命达159.35h。最终确定M09A合金的标准热处理工艺为:1245℃/2h,AC+1275℃/4h,AC+1100℃/2h,AC+850℃/24h,AC。 对标准热处理后的合金进行900℃的长期时效实验。结果表明,γ′长大动力学遵循LSW粗化理论。在时效后期,有部分γ′相发生聚合,形成长条状,但尚未发展成筏状组织,γ′相稳定。γ′相的长大影响着位错的运动机制,在时效初期,位错通过剪切机制来切割γ′相;时效中期,应变增大,位错密度增加,位错主要通过Orowan绕过机制起作用;时效后期位错聚集在γ′相周围,通过攀移方式越过γ′相。整个时效过程中没有观察到TCP有害相,合金具有较好的组织稳定性。 长期时效合金在980℃/220MPa持久条件下,时效初期持久寿命随时效时间的延长而增加,时效后期由于γ′相粗化,且正方度下降,基体通道变宽,使位错运动变得容易,合金变形量增加,导致持久寿命下降。持久延伸率一直随时效时间延长而升高,显示合金良好的塑性。持久变形后形成了完善的筏形组织,位错主要通过切割γ′相来强化合金,而基体通道中则很少有位错分布,合金表现出优异的持久性能。 M09A合金具有良好的抗热腐蚀性,在900℃和75%Na_2SO_4+25%NaCl熔盐下的抗热腐蚀性能优于DZ125合金,略低于K438合金。