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碳在一种镍基单晶高温合金中的作用

孙新涛  
【摘要】: 本文研究了不同碳含量对一种镍基单晶高温合金显微组织和持久性能的影响。用金相显微镜和扫描电子显微镜对合金的铸态组织和热处理态组织进行观察分析,用电子探针仪对合金元素的偏析行为进行分析。用持久实验机进行持久性能测试,持久试样的断口和中断试样用扫描电子显微镜和透射电镜观察分析。 实验结果表明:当合金中加入不同质量分数的碳时,随着碳含量的增加,合金的初熔温度逐渐降低,合金枝晶间区域形成的MC型碳化物的数量逐渐增多,碳化物从斑点状结构向斑点状和骨架状相结合的网状结构转变。枝晶间区域碳化物的形成,减少了合金中共晶组织的百分含量,并且影响了合金中缩松的数量和尺寸,缩松的数量和尺寸先减少后增加。随着碳含量的增加,W,Mo,Ta的偏析比逐渐降低。 热处理后几种合金的枝晶干都析出均匀分布的立方体形,尺寸为0.3μm左右的γ′相。碳含量对合金中的γ′的尺寸几乎没有影响,但对枝晶间影响较大。不含碳和含碳较少(0.01wt%)时,合金能充分固溶,共晶全部消除,随着碳含量的增加,固溶处理温度降低,枝晶间区域残留的共晶和粗大γ′相逐渐增加,加之碳化物的存在使合金的枝晶间和枝晶干的差别越来越大。MC碳化物在合金热处理和持久试验过程中发生从MC到M_6C型碳化物的转变,同时有两种立方形二次碳化物共格析出:M_6C碳化物和M_(23)C_6碳化物。当加入碳为0.01wt%时,合金的持久寿命最高,之后随着碳含量的增加合金的持久寿命逐渐降低。含碳量为0.01wt%时含碳合金在热处理和持久试验过程中析出的M_6C和M_(23)C_6碳化物以及由于碳的加入引起的缩松含量的降低,都有利于合金持久性能的提高。而含碳量较高时,含碳合金中的共晶组织、粗大γ′相以及MC碳化物都对合金持久性能不利。


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