本文關(guān)鍵詞：新型低錸鎳基單晶合金設(shè)計(jì)、制備及微結(jié)構(gòu)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著對(duì)鎳基單晶合金性能要求的不斷提高,發(fā)達(dá)國(guó)家已研制出第五代單晶合金。目前,國(guó)際上提高鎳基單晶合金性能通常是在合金中添加貴重金屬錸(Re)和釕(Ru),但是Re和Ru的增加,不僅合金成本和密度大幅增加,而且對(duì)合金的單晶成型能力也帶來(lái)不利影響,因此關(guān)于如何在保證合金性能的基礎(chǔ)上降低Re、Ru含量的研究具備十分重要的意義。本文主要在第三代鎳基單晶合金基礎(chǔ)上采用電子空位理論、d電子理論以及相圖分析(CLAPHAD)法設(shè)計(jì)一種低錸第三代鎳基單晶合金,在保證合金高溫性能的基礎(chǔ)上降低合金的密度、成本,并采用真空感應(yīng)熔煉與定向凝固技術(shù)制備出單晶試樣,研究熔體過(guò)熱與熱處理工藝對(duì)合金微觀組織變化規(guī)律,研究結(jié)果表明:通過(guò)電子空穴法、d電子理論法以及相圖分析(CLAPHAD)法進(jìn)行合金設(shè)計(jì)得到以下較好的合金成份范圍:Cr:3%,Co:9.5-10.5%,W:7.5-8%,Mo:1%,Ta:5.5-6%,Al:6%,Hf:0.1-0.2%,Ti:0-0.5%,Nb:0.2-0.5%,Re:3.5%,其余為Ni。其中Nv"f2.3、Md"f0.985、(W+Mo)"f3.5%(at%)以及Ta/(W+Mo)在0.5-1之間,并通過(guò)相圖分析,其組織穩(wěn)定性基本達(dá)到第三代單晶合金要求。新型單晶合金鑄態(tài)組織呈枝晶狀,枝晶干與枝晶間存在著嚴(yán)重成份偏析,Al、Ti、Ta、Nb、Cr偏析于枝晶間,而Re、W、Mo、Co偏析于枝晶間。在相同的抽拉速度(3mm/min)條件下,隨著熔體過(guò)熱溫度的增高,枝晶干與枝晶間成份偏析降低;單晶合金中一次枝晶間距與二次枝晶間距均降低,其中一次枝晶間距降幅達(dá)40-60μm;枝晶間(γ+γ’)共晶組織由大的片狀轉(zhuǎn)變?yōu)樾K狀;γ’尺寸也顯著變小,立方度提高。采用DTA實(shí)驗(yàn)分析可知合金的(γ+γ’)共晶組織在1445℃溶解。通過(guò)對(duì)比幾種不同的固溶處理工藝,確定新型單晶合金的固溶處理工藝為:1300℃,4h+1310℃,6h+1320℃,8h,+1330℃,8h A.C。在該固溶處理?xiàng)l件下合金中共晶組織基本消除,枝晶干與枝晶間成份偏析大大降低。隨一次時(shí)效溫度的增加,新型單晶合金的γ’相尺寸不斷增大,其立方度先增大后減小,在1180℃時(shí)單晶合金γ’尺寸達(dá)到最大,立方度最高。并在1200℃時(shí)出現(xiàn)棱角鈍化現(xiàn)象。在時(shí)效冷卻后發(fā)現(xiàn)基體通道中有二次γ’析出,并隨著時(shí)效溫度提高與時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng),二次γ’相增大。新型單晶合金在相同固溶處理后經(jīng)過(guò)870℃/24h與900℃/20h的二次時(shí)效,合金中的γ’相均有所長(zhǎng)大,立方度有所提高;在1180℃/24h+870℃/24h處理后,γ’相更加均勻,排列規(guī)整。因此新型單晶合金的熱處理工藝為:1300℃,4h+1310℃,6h+1320℃,8h,+1330℃,8h A.C+1180℃/24h+870℃/24h。
【關(guān)鍵詞】：低錸鎳基單晶合金 合金設(shè)計(jì) 熔體過(guò)熱 熱處理 偏析程度 微觀組織
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG132.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 選題意義12-13
• 1.2 鎳基單晶合金的發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.3 鎳基單晶合金相組成與成份特征15-18
• 1.3.1 相組成15-16
• 1.3.2 成份特征16-18
• 1.4 鎳基單晶合金設(shè)計(jì)方法及現(xiàn)狀18-20
• 1.4.1 電子空穴理論18-19
• 1.4.2 d-電子理論19
• 1.4.3 熱力學(xué)模擬法（CLAPHAD法）19-20
• 1.5 單晶合金強(qiáng)化機(jī)制20-22
• 1.5.1 固溶強(qiáng)化20-21
• 1.5.2 第二相強(qiáng)化21-22
• 1.6 鎳基單晶合金組織優(yōu)化22-25
• 1.6.1 單晶合金熔體過(guò)熱處理22-23
• 1.6.2 單晶合金熱處理23-25
• 1.7 本文研究的主要內(nèi)容25-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料與方法26-35
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備26-29
• 2.2.1 母合金熔煉26
• 2.2.2 型殼制備設(shè)備26-27
• 2.2.3 單晶制備實(shí)驗(yàn)設(shè)備27-28
• 2.2.4 其他設(shè)備28-29
• 2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方案29-35
• 2.3.1 合金成份設(shè)計(jì)29-30
• 2.3.2 型殼制備30-32
• 2.3.3 單晶合金制備32-33
• 2.3.4 單晶枝晶間距計(jì)算33-34
• 2.3.5 差熱分析實(shí)驗(yàn)34
• 2.3.6 單晶合金熱處理工藝34
• 2.3.7 微觀組織分析34-35
• 第三章 新型低Re鎳基單晶合金成份設(shè)計(jì)35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 理論計(jì)算35-40
• 3.2.1 平均電子空位法（Nv）35-37
• 3.2.2 d電子理論對(duì)TCP相及相穩(wěn)定性預(yù)測(cè)37-38
• 3.2.3 合金性能因素38-40
• 3.3 JMat Pro軟件對(duì)合金熱力學(xué)分析40-44
• 3.3.1 初熔溫度和密度40-41
• 3.3.2 合金微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性41-43
• 3.3.3 合金的加工性能43-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第四章 熔體過(guò)熱處理對(duì)新型低錸鎳基單晶合金的影響45-55
• 4.1 引言45
• 4.2 過(guò)熱溫度對(duì)單晶元素偏析的影響45-47
• 4.3 過(guò)熱溫度對(duì)單晶合金組織的影響47-51
• 4.3.1 過(guò)熱溫度對(duì)金相微觀組織的影響47-49
• 4.3.2 過(guò)熱溫度對(duì)單晶合金中γ’相形態(tài)和分布的影響49-50
• 4.3.3 過(guò)熱溫度對(duì)共晶相（γ’+γ）的影響50-51
• 4.4 過(guò)熱時(shí)間對(duì)單晶合金組織的影響51-53
• 4.4.1 過(guò)熱時(shí)間對(duì)枝晶組織的影響51-53
• 4.4.2 過(guò)熱時(shí)間對(duì)γ’相的影響53
• 4.5 本章小結(jié)53-55
• 第五章 熱處理工藝對(duì)新型低錸鎳基單晶合金組織的影響55-67
• 5.1 引言55
• 5.2 固溶處理對(duì)合金組織的影響55-60
• 5.2.1 差熱分析55-56
• 5.2.2 固溶處理對(duì)單晶合金組織的影響56-58
• 5.2.3 固溶處理對(duì)單晶合金元素偏析的影響58-60
• 5.3 時(shí)效處理對(duì)單晶合金組織的影響60-65
• 5.3.1 一次時(shí)效溫度對(duì)γ’相的影響60-62
• 5.3.2 一次時(shí)效時(shí)間對(duì)γ’相的影響62-64
• 5.3.3 二次時(shí)效對(duì)γ’相的影響64-65
• 5.4 本章小結(jié)65-67
• 第六章 結(jié)論67-69
• 參考文獻(xiàn)69-76
• 致謝76-77
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他科研成果77

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