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喷射成形LSHR合金组织及长期时效稳定性研究

郭磊  
【摘要】:本文结合喷射成形工艺特点,分析了LSHR合金沉积坯不同部位的组织特征,研究了合金沉积坯近边缘区域的原始颗粒边界形成、消除和长期时效形核机理。对合金进行高温拉伸实验,利用SEM、XRD和TEM等分析手段,探讨了合金在长期时效过程组织力学性能稳定性及其作用机理。利用JmatPro热力学相图软件,计算出喷射成形LSHR合金平衡态析出相主要为γ、Y'相、MC、M23C6、M3B2,经过长期使用或热暴露后,合金有析出σ和μ相的趋势。沿径向沉积坯从轴线中心到外缘组织逐渐细化,疏松夹杂增加,致密度降低。沉积中心区域合金组织为细小均匀等轴晶;近边缘区域存在明显的沉积流线和一定数量的原始颗粒边界(PPB)。对合金组织中的PPB进行成分分析,利用扫描电镜配合热力学相图,确定合金PPB主要由M23C6型碳化物、大尺寸γ'相和少量的碳氮化物组成,无明显的氧化物存在。说明喷射成形LSHR合金中的PPB形成与合金增氧无关,而是喷射成形过程中液滴过快凝固和近边缘区域液相含量不足、结晶潜热能量过低所致。高温固溶处理后,溶解了大尺寸γ'相和M23C6,能够消除PPB,但造成了晶界强度的弱化。而不经高温固溶处理,在704℃下长期时效,晶界碳化物粗化,合金中PPB数量有所增加,无TCP相析出;对于合金组织中无PPB的部位,经1200h时效,无明显PPB和TCP相生成,在704℃下组织具有较好的稳定性。合金长期时效发生了Y(过饱和)→γ(平衡)+y'+MC转变,导致碳化物、γ'强化相尺寸和数量的增加,是晶界粗化和PPB数量增加的重要原因。经1140℃ ×2h(油冷)+815℃×8h标准热处理后,在750℃下长期时效,对时效时间分别为0h/200h/500h/800h/1200h的合金组织和力学性能进行分析。随时效时间增加,合金晶粒尺寸基本不变,晶界上的碳化物由非连续分布转变成连续链状分布,晶内碳化物弥散析出且数量增加。γ'粗化,由球形演变为方形,体积分数增加,γ/γ'错配度增大。时效过程中γ'大量析出,造成Y基体Cr、Co、Mo过剩而进入σ相区析出σ相;而较大的γ/γ'两相共格应力使得γ'稳定性变差,分裂的同时析出1η相。当时效1200h时,η相和σ相呈细针状或板条状大量分布,是导致合金高温强塑性急剧下降的重要原因。


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