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微量元素Hf和Zr对FGH96合金组织和性能影响的研究

夏天  
【摘要】:本文针对PREP制粉+HIP成形工艺制备的FGH96合金,采用SEM、FEG-SEM、 EDS、EPMA、TEM、AES、热力学计算和物理化学相分析等手段,研究Hf和Zr含量分别为0和0.04%、0.3%和0.04%、0.6%和0.04%以及0.3%和0.06%时合金的显微组织,并测试力学性能,重点探讨Hf和Zr在抑制合金PPB缺陷和提高持久性能方面的作用,分析显微组织与力学性能之间的关系。本论文的工作有助于改进FGH96合金的性能。 研究结果表明:在FGH96合金中添加微量元素Hf或微调Zr的含量不会引起析出相种类的改变。Hf和Zr首先分布在MC中,Hf增加MC含量,使MC组成由(Ti, Nb)C转变为(Ti,Nb, Hf)C,促进MC与氧化物在晶界附近耦合析出,但对MC的尺寸和形貌没有影响;Hf和Zr亦固溶于γ’相中,Hf增加γ’数量,促进二次γ’长大以及向块状转变,促进三次γ’析出;含Hf合金中增加Zr含量抑制三次γ’析出,对二次γ’长大无促进作用。 Hf和Zr均抑制C在粉末表面及原始颗粒边界上的偏析,减轻PPB程度;而Zr存在一定的偏析,因此含Hf合金中过量的Zr促进氧化物在PPB上连续分布,使PPB的组成由碳化物和碳氧化物转变为连续分布的氧化物。 Hf提高FGH96合金高温塑性,降低疲劳裂纹扩展速率,尤其显著地提高持久寿命,消除缺口敏感性,对强度影响不明显。含Hf合金中过量的Zr危害合金性能,严重损害持久性能,促进合金沿PPB断裂。Hf对FGH96合金力学性能的改进主要是由于晶内γ’相的变化和晶界及原始颗粒边界上MC的变化引起的。800℃以下,由不连续的MC组成的PPB不是合金内部结合力的薄弱区域,对力学性能影响不明显。 综合考虑各项因素,本文工作中FGH96合金在含0.6%Hf+0.04%Zr时取得较好的组织和性能。


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