本文選題：U720Li合金　切入點(diǎn)：凝固偏析　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：U720Li合金是一種以γ'-Ni3(Al,Ti)沉淀強(qiáng)化的高Al、Ti含量鎳基變形高溫合金,具有優(yōu)異的抗高溫蠕變、疲勞、氧化和腐蝕等性能,廣泛用作航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤材料,長(zhǎng)期使用溫度高達(dá)650～730 ℃C,但我國(guó)目前尚不能生產(chǎn)用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤鍛件的U720Li合金大棒材。高Al、Ti含量(Al+Ti≈7.5%wt.%)導(dǎo)致U720Li合金凝固偏析嚴(yán)重,熱加工塑性惡化,鑄鍛開坯十分困難。C和B是U720Li合金中兩種關(guān)鍵的強(qiáng)化元素,對(duì)凝固偏析、鑄態(tài)組織、熱加工性能具有顯著影響。因此,本博士學(xué)位論文著重研究了 U720Li合金的凝固偏析行為、均勻化處理、熱加工塑性以及微量元素B和C的影響,主要研究結(jié)果如下:在U720Li鑄態(tài)組織中觀察到M_3B_2硼化物和Ni5Zr相在枝晶間(γ + γ')共晶前沿析出,證實(shí)了 B和Zr在固/液界面前沿偏聚。測(cè)定了低熔點(diǎn)相Ni5Zr、M_3B_2和η-Ni3Ti的初熔溫度,并根據(jù)這些相的溶解規(guī)律和元素?cái)U(kuò)散規(guī)律建立了一種三段均勻化處理工藝,可溶解各種鑄態(tài)低熔點(diǎn)相并降低元素偏析,提高U720Li合金的熱加工塑性。通過(guò)觀察γ/γ'相在熔池內(nèi)的形核和生長(zhǎng)特征,研究了(Y + γ)的析出機(jī)制。在100 ℃C/s快冷下,熔池內(nèi)部形成了大量蜂窩狀γ相和板條狀η相,但沒(méi)有(γ + γ)析出,而熔池邊緣析出了大量交替排列的γ/γ'。分析認(rèn)為(γ + γ')的析出是以包晶反應(yīng)(L+γ)→γ 形核,在熔池邊緣的固體上形成γ/γ'兩相交替排列的組織。由于γ'相難以在液相中直接形核,(γ + γ')只能在包晶反應(yīng)形核后進(jìn)一步向熔池內(nèi)以共晶反應(yīng)生長(zhǎng),在生長(zhǎng)后期γ'顯著粗化形成冠狀組織。在相同凝固條件下,高B合金的熔池面積顯著增大,熔池周圍富Ti偏析區(qū)的面積顯著減少。該組織表明,B通過(guò)在固/液界面前沿偏聚阻礙γ基體的凝固,B偏聚可以增大過(guò)冷度并使更多共晶形成元素Ti殘留在剩余液體中,進(jìn)而促進(jìn)(Y+ γ')共晶析出。高B合金中,(γ + γ')共晶的大量析出消耗了更多Ti和Zr原子,從而減少η-Ni3Ti和富Zr相形成。研究了 B對(duì)U720Li合金熱加工塑性的影響。觀察證實(shí)(γ+ γ')共晶是鑄態(tài)合金的主要裂紋源,B促進(jìn)晶界(γ + γ')共晶的析出,顯著降低鑄態(tài)合金的抗裂紋擴(kuò)展能力,惡化合金的熱加工塑性。但均勻化處理后,添加B使合金的拉伸斷口由沿晶開裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇┚ч_裂機(jī)制,熱加工塑性顯著提高。研究了 C對(duì)U720Li合金凝固偏析和熱加工塑性的影響。結(jié)果表明,C顯著促進(jìn)塊狀MC碳化物的形成,顯著消耗Ti、B、Mo、Zr元素,從而減少(γ + γ')共晶、η相、硼化物和富Zr相的析出。適量添加C減少裂紋在鑄態(tài)合金(γ+γ')共晶與基體界面處萌生的數(shù)量,并阻礙裂紋在均勻化態(tài)合金晶界處萌生,因此對(duì)鑄態(tài)和均勻化態(tài)U720Li合金的熱加工塑性均有改善作用。C含量過(guò)高,碳化物顯著粗化,裂紋容易在碳化物與基體界面萌生,合金熱加工塑性降低。
[Abstract]:U720Li alloy is a kind of high Al-Ti deformed superalloy with high Al _ 2O _ Ti content, which is strengthened by 緯 -Ni _ 3N _ 3O _ (3) Al _ (Ti) precipitation. U720Li alloy has excellent high temperature creep resistance, fatigue resistance, oxidation and corrosion resistance, so it is widely used as turbine disc material for aero-engine. The long-term service temperature of U720Li alloy is as high as 650 ~ 730 鈩，

本文編號(hào)：1588113