熔体热处理及恢复热处理对K465合金组织及持久性能的影响

• 作 者: 王琳宁
• 机 构: 中国科学院金属研究所
• 出 处: 中国科学院金属研究所
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 镍基高温合金 熔体结构 熔体热处理 恢复热处理 持久性能 合金组织

本论文主要研究了熔体热处理温度对K465镍基铸造高温合金的熔体结构、近平衡凝固过程中的结构演变和慢速冷却条件下的凝固过程与凝固组织的影响；探讨了常规熔炼条件下，熔体热处理工艺及合金中的氧、氮含量对K465合金铸件组织及持久性能的作用规律；分析了恢复热处理对经过不同时间预蠕变的K465试棒的组织及持久性能的恢复效果。　　
K465合金熔体在由1360℃至1550℃的升温过程中出现两次结构不连续转变，分别生成了原子排布类似于M6C碳化物(111)衍射面及γ相(100)衍射面的有序结构。　　
熔体结构的改变，影响合金的凝固过程及凝固组织。在近平衡凝固条件下，随着熔体热处理温度由1360℃提高至1450℃，合金形核方式由“稳定模式”变为“跳跃模式”；当熔体热处理温度到达1550℃，合金液/固转变温度大幅降低。在慢速冷却条件下，提高熔体热处理温度可以提高基体γ相析出温度，降低MC碳化物析出温度，同时改变碳化物及其周围枝晶干形态。　　
常规熔炼条件下，熔体热处理工艺对K465合金组织及持久性能的影响与合金中氧、氮总含量即气体含量密切相关。对MC碳化物而言，熔体热处理温度的提高及气体含量的增加都可增加碳化物由骨架状形态向颗粒状形态转化的趋势。但气体含量对碳化物形态的影响远大于熔体热处理温度。在1550℃熔体热处理条件下，气体含量由18ppm增加至40ppm可使碳化物形态由典型骨架状转化为典型颗粒状；但在气体含量低于18ppm条件下，即使提高熔体热处理温度至1900℃，合金中MC碳化物的形态依然为骨架状。　　
熔体热处理温度的升高可增大晶粒尺寸及二次枝晶间距，但气体含量的升高却起到相反作用。因此，合金晶粒尺寸及二次枝晶间距的大小取决于哪一种影响因素占主导地位。当气体含量低于18ppm时，合金晶粒尺寸及二次枝晶间距随着熔体热处理温度的升高而增大；当合金中气体含量高于18ppm时，合金晶粒尺寸随着熔体热处理温度的升高先减小后增加，而二次枝晶间距则随熔体热处理温度的升高而减小。　　
恢复热处理可以有效的恢复K465合金预蠕变过程中变形的枝晶干γ相及基体通道内形成的位错网，但是其恢复效果随着预蠕变时间的延长而减弱。恢复热处理过程合金中MC碳化物向M6C碳化物的转化继续进行。恢复热处理虽然可以在一定程度上恢复合金的持久性能，但并不能使其恢复至与标准热处理态样品相当水平，尤其在稳态蠕变阶段后期进行的恢复热处理可能导致合金持久塑性大幅下降。