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DZ445抗热腐蚀定向高温合金是中国科学院金属研究所研制的重型燃气轮机涡轮叶片材料,采用高速凝固法(HRS)制备。本论文主要研究了不同抽拉速率对DZ445合金微观组织和力学性能的影响以及800～1000℃的高温氧化行为,另外还检测了DZ445合金的全面力学性能。运用SEM、XRD等材料研究方法分析了合金微观组织及相成分、氧化产物组成、氧化层的表面和截面形貌等。
随着抽拉速率的增加(从4mm/min到10mm/min),一次枝晶臂间距λ1和二次枝晶臂间距λ2逐渐减小,枝晶组织逐渐细化；枝晶干和枝晶间γ相尺寸也逐渐减小,且枝晶干和枝晶间γ相尺寸的均匀化程度增加；枝晶间γ相比枝晶干γ相的尺寸大,这种差别随着凝固速率的增加而减小；MC碳化物形貌从大块状演化为细条状,其尺寸也逐渐减小,其数量保持在0.5～1.1％之间,MC碳化物中金属元素主要是Ta和Ti；合金元素的偏析随凝固速率的增大越来越严重。
除抽拉速率为4mm/min外,抽拉速率对DZ445合金室温拉伸性能影响不大。抽拉速率太高或者太低时,合金650℃拉伸延伸率均明显降低。抽拉速率对合金持久性能影响明显。抽拉速率为7mm/min时,持久性能、拉伸性能和微观组织达到综合平衡,为最佳抽拉速率。在最佳抽拉速率下,DZ445定向柱晶合金比同成分K445等轴晶合金具有更好的室温和高温拉伸性能和持久性能。
DZ445合金在800～950℃进行氧化,稳态阶段符合抛物线氧化规律,氧化激活能为290.3KJ/mol。氧化产物分为三层:外层主要由Cr2O3和TiO2组成,中间层是很薄的CrTaO4和NiCr2O4层,内层是为Al2O3层。1000℃氧化动力学曲线偏离抛物线规律。Cr3+通过以Cr2O3为主的氧化膜的向外扩散是氧化过程的控制步骤。
DZ445合金的全面力学性能的测试结果表明,该合金具有良好的拉伸性能、持久性能以及良好的高周疲劳性能和冷热疲劳性能,适于制作重型燃气轮机涡轮叶片。