论文摘要
C、Hf和Y等微量元素对单晶高温合金合金组织和性能具有非常重要的影响,在不同合金体系中表现出不同的规律,其在单晶高温合金的作用机理还有待于进一步的探讨。本文采用金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热分析（DSC）、透射电子显微镜（TEM）、电子探针（EPMA）和X射线衍射等表征手段研究了微量元素C、Hf和Y对一种无Re第二代镍基单晶合金DD98M铸态和热处理态显微组织、组织稳定性及拉伸和持久性能的影响。主要结果如下：C的添加使枝晶间区域析出富含Ta和Ti的MC型碳化物,Hf和Y的添加改变了碳化物的形貌。枝晶间碳化物的形成减少了铸态组织中γ/γ’共晶的体积分数,Hf和Y的添加使γ/γ共晶的体积分数增加。微量元素的添加对DD98M合金的初熔温度影响显著,单独添加C使合金的初熔温度降低2℃,C和Hf复合添加使合金的初熔温度降低约15℃,而C和Y复合添加使合金的初熔温度降低约20。C。添加C和C+Hf的合金经固溶处理后,部分杆状碳化物分解成分散的颗粒状MC碳化物,而添加C+Y的合金中块状碳化物比较稳定。完全热处理后,三种含碳合金中均有富含W和Mo的M6C型碳化物和富含Cr的M23C6型碳化物析出。M6C型碳化物在枝晶干区域呈八面体形貌,在枝晶间区域有片层状和颗粒状两种形貌。M23C6碳化物尺寸较小,以不规则点状形貌在基体通道中析出。经完全热处理的合金在1000℃长期时效过程中,MC型碳化物按照反应MC+γ→M6C+γ’进行退化,逐渐转变为M6C型碳化物。添加C和C+Hf的合金中MC型碳化物退化程度显著,添加C+Y的合金中块状MC型碳化物退化程度相对较轻。长期时效过程中,DD98M合金在枝晶干区域析出大量的针状TCP相（μ相）,而添加C、C+Hf和C+Y后,合金中未观察到TCP相析出。添加C和C+Hf的合金在枝晶干区域析出片层状的M6C碳化物。添加C+Y的合金在枝晶间区域析出大量颗粒状M6C碳化物。M6C碳化物消耗了大量W、Mo和Cr等TCP相形成元素,从而抑制TCP相析出。C、Hf和Y的添加对合金的室温拉伸性能无明显影响。在760℃和1000℃,三种含碳合金的抗拉强度和屈服强度均低于DD98M合金,Y的添加稍微提高了合金760℃下的拉伸强度和塑性。而Hf和Y的添加提高了合金1000℃下的延伸率。在800。C/750MPa和1010℃/235MPa条件下,DD98M合金的持久寿命均高于三种含碳合金的持久寿命。Hf和Y的添加对含碳合金的持久性能影响不大。
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