【摘要】：本文系統(tǒng)地研究了3種不同C含量(0.05wt.%,0.09wt.%,0.17wt.%)對DZ417G高溫合金鑄造過程中與陶瓷型殼的界面反應(yīng)及不同C含量對DZ417G高溫合金組織及性能的影響。高溫合金鑄造過程當中,合金與陶瓷型殼及型芯之間的界面反應(yīng)會使得鑄件表面形成反應(yīng)層或粘砂層等表面缺陷,使鑄件表面質(zhì)量下降,影響鑄件的尺寸精度和后續(xù)加工。合金熔體與陶瓷之間的潤濕性與界面反應(yīng)相關(guān),界面反應(yīng)一般會增加潤濕性,使得合金熔體比較容易滲入型殼面層的孔隙而造成鑄件表面粗糙等問題。合金中的活性元素、陶瓷型殼面層成分及合金澆注溫度等是影響界面反應(yīng)的重要因素。因此,進行高溫合金/陶瓷型殼的潤濕性及界面反應(yīng)的研究、探索合金中的活性元素以及陶瓷材料的成分對高溫合金/陶瓷型殼的界面反應(yīng)的影響具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。在此基礎(chǔ)上,采用座滴試驗研究了合金中活性元素C對DZ417G高溫合金與陶瓷型殼界面反應(yīng)的影響。利用掃描電鏡觀察界面反應(yīng)產(chǎn)物形貌、通過XRD分析反應(yīng)產(chǎn)物的物相。研究表明:隨著合金中的C含量增加,合金與陶瓷之間潤濕角越小,界面反應(yīng)越嚴重,合金中C是Cr參與界面反應(yīng)的“催化劑”,當合金中C含量大于0.09wt.%時,Cr參與界面反應(yīng),形成氧化物Cr2O3,Cr2O3與陶瓷型殼中的Al2O3結(jié)合形成紫紅色物質(zhì)9Al2O3·Cr2O3。采用Bridgeman法制備了3種C含量的定向凝固鑄態(tài)合金試樣。研究結(jié)果表明:隨著C含量由0.05wt.%升高到0.17wt.%,一次和二次枝晶形態(tài)均無明顯變化,但當C含量為0.09wt.%時,三次枝晶較發(fā)達;C含量的升高顯著降低Ti元素偏析程度和γ-γ'共晶含量,增加MC型碳化物含量。不同C含量合金中MC型碳化物形貌均為草書體狀且與基體存在(001)γ//(001)TiC和001γ//001Ti C的取向關(guān)系,C含量增加促進了草書體狀碳化物的生長。此外,縮松的尺寸和數(shù)量隨C含量升高呈先減小后增大趨勢。合金的凝固組織與MC碳化物的生成密切相關(guān)。合金經(jīng)過標準熱處理制度(1220℃/4h,空冷+980℃/16h,空冷)后。利用掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)等方法研究了3種不同碳含量的DZ417G高溫合金的熱處理組織和力學性能,并分析了合金的顯微組織對拉伸性能和持久性能之間的影響。結(jié)果表明:經(jīng)過熱處理后,枝晶干的γ'相呈均勻細小的立方塊狀,且枝晶間的共晶及粗大的γ'相基本回溶,達到了較好的均勻化效果;MC碳化物發(fā)生了退化反應(yīng),出現(xiàn)了M23C6碳化物。室溫拉伸條件下,隨著C含量增加,合金的抗拉強度稍有降低,屈服強度先較快上升后較快下降;塑性呈降低趨勢。900℃拉伸條件下,隨著合金中C含量增加,其抗拉強度和屈服強度先緩慢上升后較快下降;塑性先較快下降后緩慢回升。高溫持久壽命均隨著C含量增加而降低,C含量增加對980℃/216MPa持久條件下的持久塑性影響不大,卻使760℃/725Mpa持久條件下的持久塑性下降,這是因為合金中未消除的共晶、縮松和碳化物會成為合金性能的薄弱位置,而C會直接引起合金中的共晶及碳化物數(shù)量的變化,因此經(jīng)過本文研究,認為含碳量為0.05wt.%時,合金的力學性能最佳。本文的工作表明:從C對合金的粘砂情況和C對合金的力學影響情況兩方面考慮。C作為合金元素,適量的加入到高溫合金中,可以強化晶界,凈化合金液;另一方面,C作為活性元素,可以與SiO2發(fā)生反應(yīng)并“催化”合金中的Cr元素參與界面反應(yīng),從而改善合金與陶瓷的潤濕性,導致合金表面出現(xiàn)粘砂現(xiàn)象。因此,合理控制合金中的C含量不但可以減輕合金表面的粘砂程度,還有利于提高材料的力學性能。
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【學位授予單位】：沈陽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG27

【參考文獻】

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本文編號：2337856