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本论文研究了一种含铼普通铸造高温合金铸态、热处理态、蠕变组织及长期时效后微观组织特征及产生机理。
合金的铸态组织主要是由γ基体、(γ+γ)共晶、MC碳化物、γ析出相和硼化物组成。其中共晶含量6.8%,枝晶干上的γ颗粒相对较小,呈立方状,合金中存在两种形貌的MC型碳化物,M为Ti、Ta和Nb。凝固顺序依次是:L→L+γ→L+(γ+Mc)+γ→(γ+γ)+(γ+Mc)+γ→γ+(γ+γ)+(γ+Mc)+γ合金的铸态组织中,存在枝晶偏析,Ti、Nb、Ta、Al元素富集在枝晶间处,而W、Co正好相反,Cr、Mo在枝晶间的含量与枝晶干的相差不大。Re在共晶含量最低。
在固溶处理过程中,铸态组织中粗大γ相(0.5~1.5μm)和(γ+γ)共晶溶解,随后的空冷过程中,又从γ固溶体中析出细小的γ相,尺寸约为0.1-0.2μm,冷却速率对γ相的析出有重要影响,冷却速率越快,γ越细小。高温时效的温度与时间也影响γ相形貌,时效温度越高,析出的γ尺寸越大;时效时间越长,析出的γ尺寸越大。高温时效过程中,在晶界上形成带有γ包层M6C碳化物颗粒状,在枝晶干上析出颗粒状μ相。合金的硬度随着高温时效的温度的升高而升高,进一步达到峰值后,随着高温时效温度升高而降低。
在持久过程中,γ相筏化,且形筏方向沿[001]方向。在应力的诱导下合金的枝晶干和晶界上有μ相析出,在它周围未见有位错的堆积。固溶处理越充分,枝晶干上析出的μ相越少。蠕变断裂的方式是沿晶断,断口既有韧性断裂的韧窝,也有脆性断裂的解理面。
在900℃长期时效过程中,γ相尺寸随时效时间延长而增大,即使2000h以后γ相仍然呈立方状。此外长期时效过程中,晶界产生M6C、M23C6和γ包层,1000h无TCP相析出,2000h后析出一定量的针状μ相。
铼的加入提高了MC碳化物和共晶(γ+γ)形成温度,也提高了γ的析出温度。由于铼加剧了共晶反应偏析,促进了含Re的μ相在共晶外围析出。由于受到共晶潜热和Re促进形核的影响,在共晶外围区域形成了类枝晶γ相。