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dz40m钴基合金的高温内氧化现象

材料科学与工艺 1998年第1期6卷 25-27页

作者：刘培生孙晓峰管恒荣中国科学院金属研究所沈阳110015

观察了dz40m钴基合金在99～1100℃下，经不同时间空气氧化后的内部组织，发现该合金在各曝露温度下均产生了内氧化区，该区靠近外氧化层处主要是Cr的内氧化而离外氧化层较远处主要是Al的内氧化，且随着温度的提高，内氧化物由颗粒状向... 详细信息

观察了dz40m钴基合金在99～1100℃下，经不同时间空气氧化后的内部组织，发现该合金在各曝露温度下均产生了内氧化区，该区靠近外氧化层处主要是Cr的内氧化而离外氧化层较远处主要是Al的内氧化，且随着温度的提高，内氧化物由颗粒状向外状过渡。另外，温度越高，氧化越深入，外氧化层越易开裂和剥落。

关键词：钴基合金内氧化高温氧化 dz40m 高温合金

定向凝固钴基高温合金dz40m的热处理研究

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航空材料学报 2001年第1期21卷 1-5页

作者：姜文辉管恒荣胡壮麒中国科学院金属研究所

研究了热处理对新研制的定向凝固钴基高温合金dz40m组织和性能的影响。结果表明 :12 80℃ / 4h固溶处理可完全溶解dz40m合金中初生碳化物m7C3 和mC ,合金成为单相固溶体。95 0℃和 10 5 0℃时效处理可使dz40m合金发生硬化 ,以 95 0℃时... 详细信息

研究了热处理对新研制的定向凝固钴基高温合金dz40m组织和性能的影响。结果表明 :12 80℃ / 4h固溶处理可完全溶解dz40m合金中初生碳化物m7C3 和mC ,合金成为单相固溶体。95 0℃和 10 5 0℃时效处理可使dz40m合金发生硬化 ,以 95 0℃时效硬化效果更为明显 ,相应的峰时效制度为 95 0℃ / 12h和 10 5 0℃ / 2 4h。时效处理引起m2 3 C6沉淀析出。 95 0℃ / 12h时效显著提高dz40m合金室温强度和高温持久寿命 ,同时也减少了合金塑性 ,但合金仍保持一定的塑性。 10 5 0℃ / 2 4h虽然能增加室温拉伸性能。

关键词：热处理钴基高温合金定向凝固时效硬化 dz40m

dz40m高温合金的再结晶及其对合金力学性能的影响

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DZ40M高温合金的再结晶及其对合金力学性能的影响

作者：濮晟南京航空航天大学

学位级别：硕士

dz40m合金是一种定向凝固钴基高温合金,适用于工作温度在1050 oC以下的导向叶片。本文研究了dz40m合金的再结晶组织,及其对合金力学性能的影响。内容主要包括:dz40m的再结晶行为研究、再结晶对合金高温拉伸性能的影响、再结晶对持久性... 详细信息

dz40m合金是一种定向凝固钴基高温合金,适用于工作温度在1050 oC以下的导向叶片。本文研究了dz40m合金的再结晶组织,及其对合金力学性能的影响。内容主要包括:dz40m的再结晶行为研究、再结晶对合金高温拉伸性能的影响、再结晶对持久性能的影响以及再结晶样品的热疲劳行为。经过布氏硬度计1500 kg载荷压痕变形之后的dz40m合金,在1040 oC/90 min热处理时,首先在枝晶轴出现再结晶晶粒。1150 oC以后,压痕底部的再结晶开始随着退火温度的增加不断长大。二次析出的m23C6伴随着晶粒的长大而在晶界处溶解,其中尺寸较大的阻碍晶粒长大。压痕变形区域在1200 oC时完全再结晶。退火温度较低时,由于晶粒长大的驱动力不足,受阻碍的大角度晶界以生成孪晶的方式生长;再结晶晶粒中的孪晶数量随温度升高而逐渐减少。m7C3在1280oC时溶解速度加快,并在冷却过程中沿再结晶晶界重新析出。在1040 oC至1280 oC的试验范围内,最大再结晶深度与压痕载荷以及退火温度成正比。再结晶对dz40m合金高温拉伸强度影响较小,对于1250 oC退火后的拉伸试样,在900 oC时,随着再结晶深度增加,样品的延伸率下降。实验中含有再结晶的试样均未在再结晶位置发生断裂,而且都发生不均匀变形。除断口以外,在合金基体出现了第二个颈缩位置,再结晶区域变形较小。在高温拉伸过程中,再结晶内部和晶界上析出m23C6型碳化物,抑制晶粒变形和晶界滑移,再结晶区域难以协调变形。在750 oC /330mPa、900 oC /130mPa和980 oC /83mPa的持久实验中,经过1280 oC退火的样品容易在再结晶区域发生断裂,寿命明显低于具有相同退火组织而无再结晶的持久试样。退火处理的温度越低,再结晶晶粒之间的结合力越大。在650 oC /460mPa条件下,合金内部的碳化物优先开裂,1280 oC退火后在晶界上出现的条带状m7C3不仅容易萌生裂纹,也有利于裂纹扩展。在900oC/130mPa时,再结晶区域与基体的界面开裂严重。当裂纹的扩展方向与应力轴方向平行或者角度很小的时候,裂纹尖端应力值降低,扩展受阻,再结晶晶界上的初生碳化物和二次析出的m23C6抑制裂纹的长大。最高循环温度为1000 oC时,对于“V”型缺口平行和垂直于定向凝固方向的热疲劳样品,再结晶对它们性能的影响不同,在相同循环周次下,前者裂纹长度高于后者。缺口平行于凝固方向的纵向样品,裂纹容易沿枝晶间规则排列的初生碳化物扩展,再结晶对其性能影响不明显。在横向样品中,再结晶晶界容易开裂,裂纹尖端的晶界发生氧化,应力辅助作用下的晶界氧脆是样品的主要失效机制。

关键词： dz40m 钴基高温合金定向凝固再结晶碳化物拉伸性能持久性能热疲劳

钴基高温合金dz40m的TLP扩散焊工艺及机理研究

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钴基高温合金DZ40M的TLP扩散焊工艺及机理研究

作者：张赛赛哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

钴基高温合金dz40m较传统的X-40高温合金有更高的初熔温度、更好的高温强度、以及更好的抗氧化腐蚀性能,是一种用于航空发动机涡轮叶片及燃烧室的理想材料。但是由于涡轮叶片在服役时处在复杂的应力条件和高温环境中,时常因氧化、开裂... 详细信息

钴基高温合金dz40m较传统的X-40高温合金有更高的初熔温度、更好的高温强度、以及更好的抗氧化腐蚀性能,是一种用于航空发动机涡轮叶片及燃烧室的理想材料。但是由于涡轮叶片在服役时处在复杂的应力条件和高温环境中,时常因氧化、开裂等问题而失效。由于航空发动机制造成本昂贵,工艺复杂,通常对缺陷部位进行修复连接,以延长其服役寿命,可以在很大程度上节约成本。因此本文将利用瞬时液相扩散焊技术实现dz40m钴基高温合金的修复和连接。所采用的中间层是一种自制的Ni Cr Co WB中间层。通过中间层在焊接温度下的瞬间液化,以及降熔元素和合金元素之间的互扩散,使得中间层完成等温凝固,并在一定的保温时间后实现接头的均匀化,从而获得具有优良高温持久性能的接头。在此基础上,研究了焊接工艺对接头界面组织和力学性能的影响机制,通过数学建模分析接头薄弱位置的层厚变化,预测等温凝固和均匀化的完成时间,并采用适当的焊后热处理对接头进行均匀化处理,实现了接头性能的提升。在不同焊接温度下（1120℃～1200℃）保温30min对dz40m进行TLP连接。当焊接温度为1120℃时,研究发现界面分为EZ、ISZ、DAZ、Bm四个区域。EZ中主要有Ni4B3、Cr5B3、富Ni硼化物以及Ni基固溶体;DAZ中的物相主要有Co B、Co2B、Cr2B、Cr5B3等。接头的典型界面结构为:dz40m/Co B+Co2B+Cr2B+Cr5B3/（Ni,Co,Cr）s,s/Ni基固溶体+Ni4B3+Cr5B3。随着焊接温度的升高,共晶减少,直到1160℃,共晶相完全消失,接头实现完全等温凝固;在1160℃下分别保温5min、30min、60min、120min,随着保温时间的升高,接头等温凝固程度越高,并在30min时实现完全等温凝固。接头拉伸测试及断口分析表明,1160℃保温30min的接头由于完全消除了共晶相,且DAZ中的针状硼化物数量较少,接头强度达到最高,为487mPa,达到母材强度的88.6%。通过分析TLP扩散焊过程的四个阶段,发现等温凝固阶段对接头界面结构产生较大影响。若保温时间不够长,则接头无法实现等温凝固,接头中心部位生成一层脆性的共晶相。因此需要精确调控等温凝固完成程度,消除脆性共晶相,以提高接头力学性能。利用一维半无限扩散的模型对TLP过程中的B元素扩散进行计算和模拟,研究发现焊接温度越高,接头中心的B元素浓度下降越快。同时,共晶层厚度减小速率随着温度的升高而增大。另外,由于B元素的浓度梯度在一定时间后达到局部平衡,等温凝固速率也下降至一个稳定值。预测不同焊接温度下等温凝固完成时间,与试验结果相比可知计算结果处在合理范围内。对dz40m的TLP接头进行1120℃保温5h的焊后热处理,发现保温5min的接头DAZ中还存在少量的针状相和颗粒相,保温30min的接头中只剩下颗粒相,而保温120min的接头中硼化物完全被消除,界面实现了结构均匀化。对DAZ中硼化物的相转变进行观察,发现针状相在等温凝固过程中存在一个边溶解边生长的过程,而在PBHT过程中,最外侧的针状相首先开始溶解,直至完全消失。硼化物分解处的B、Co、Cr等元素沿晶界扩散至母材中反应形成黑色m23（C,B）6颗粒相,对近缝区母材起到沉淀强化的作用。对接头成分均匀化的完成时间进行预测,计算结果发现在1120℃下所需的均匀化时间为22～24h。另外,接头DAZ中硼化物完全被消除所需的均匀化时间为3.22～4.15h。

关键词： dz40m TLP扩散焊等温凝固硼化物焊后热处理

定向凝固钴基高温合金dz40m的TLP连接工艺及机理研究

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定向凝固钴基高温合金DZ40M的TLP连接工艺及机理研究

作者：曹亮亮哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

航空涡轮叶片通常用含有较多耐火材料及贵重金属元素的高强度、耐高温的镍基或者钴基高温合金制造而成,其价格昂贵。本课题基于叶片修复的背景,采用瞬态液相扩散焊(Transient Liquit Phase,TLP)的方法连接dz40m定向凝固高温合金。TLP基... 详细信息

航空涡轮叶片通常用含有较多耐火材料及贵重金属元素的高强度、耐高温的镍基或者钴基高温合金制造而成,其价格昂贵。本课题基于叶片修复的背景,采用瞬态液相扩散焊(Transient Liquit Phase,TLP)的方法连接dz40m定向凝固高温合金。TLP基本过程是用一种熔化温度较低的薄中间层合金作为连接合金,放置在焊接面之间,施加小的压力或不施加压力,并在真空条件下加热,由于达到中间层的熔点或者是由于中间层和母材相互扩散形成共晶反应产物而导致形成一种低熔点的液相合金,形成一层薄的液相中间层,液态的中间层合金润湿母材,在焊接面间形成均匀的液态薄膜。经过一定的保温时间,中间层合金与母材之间发生扩散,尤其是通过降熔点元素不断向母材扩散,使得残留液相的熔点不断升高,从而在等温条件下凝固,最终得到致密的接头。本课题选用Al/Co/Al三明治型箔片作为TLP连接的中间层,dz40m中的主要元素Co、Cr、Ni、W向中间层中扩散并发生冶金反应且反应产物熔点高于Al本身熔点,实现了在某一略高于Al熔点的温度下dz40m母材之间的互连接。dz40m中元素种类较多,直接焊接体系复杂。本课题先分别研究Al-dz40m与Al-Co体系界面反应,对于二者的研究为最终Al/Co/Al复合中间层TLP连接dz40m提供工艺与微观组织分析上的指导。针对Al-dz40m体系在不同工艺参数下界面反应的研究,结果显示在焊接温度T=820℃、保温时间t=30min的参数下,界面中开始出现润湿促进区(Wetting Promotion Area,WPA),WPA的存在能有效促进Al在dz40m上的进一步润湿铺展,WPA的主要相组成为(Ni,Co)Al单晶,另外在基体相(Ni,Co)Al上,还弥散分布着纳米级别的细长条状Cr基固溶体Ω相,其中Ω相中主要固溶元素为W。分析显示WPA的生长主要与Ni元素的扩散有关,生长速度与温度成正相关,时间对其影响极小。在界面中出现WPA的情况下,随着温度升高,Al在dz40m上均完全铺展成一薄层,但温度的进一步升高,导致热输入大,母材发生相变,影响力学性能;在界面中不出现WPA的情况下,通过延长保温时间,同样实现了Al与dz40m宏观上的良好润湿,界面反应层主要为Al-Co化合物,无裂纹等缺陷。Al-Co体系在焊接温度T=940℃、保温时间t=30min的参数下,界面微观组织分为三层:基体金属区为纯Co,靠近纯Co区为AlCo相中间固溶体,另一侧为AlCo相中间固溶体,俩种中间固溶体均能固溶一定的Al和Co,均有良好的延展性与韧性,有利于接头力学性能。对于温度T>940℃、t=30min的试验表明,在焊接温度过高的情况下,热输入较大,且因为Al、Co间差异较大的线膨胀系数,出现了反应层脱落、界面出现大量裂纹的现象;通过把反应的温度控制在680℃20℃之间,这些缺陷得到了良好的避免。采用Al/Co/Al复合中间层TLP连接定向凝固钴基高温合金dz40m,在纯Al箔厚度50μm、纯Co箔厚度50μm、焊接温度T=700℃、保温时间t=30min的工艺参数下,获得了最优的接头。此时接头的界面微观组成为:dz40m/AlCo+Ω/AlCo+AlCo/AlCo/AlCo/Co(s,s)/AlCo/AlCo/AlCo+AlCo/AlCo+Ω/dz40m,室温抗剪强度为32mPa。对于剪切的断口分析显示断裂位置为Co中间层与dz40m之间,断口上既存在韧窝也存在光滑的断裂面,其中韧窝为Al的富集区、光滑断裂面为AlCo+AlCo脆性相,二者皆为接头的薄弱环节。

关键词： dz40m TLP 钴基高温合金润湿界面

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建立dz40m中的成分分析工艺

建立DZ40M中的成分分析工艺

第十五届中国科协年会第13分会场：航空发动机设计、制造与应用技术研讨会

作者：刘畅暴云飞韩树国中航工业沈阳黎明

dz40m合金是一种高钻的定向凝固合金,其基体为钻,具有很好的冶金性能,准确测定其化学成分固有一定的难度。本文采用ICP-AES法研究dz40m合金中Cr、W、mo、Al、Ti、Fe、P、Si、Ni等合金元素的检测,以王水溶解试样并加氢氟酸来络合其高含... 详细信息

dz40m合金是一种高钻的定向凝固合金,其基体为钻,具有很好的冶金性能,准确测定其化学成分固有一定的难度。本文采用ICP-AES法研究dz40m合金中Cr、W、mo、Al、Ti、Fe、P、Si、Ni等合金元素的检测,以王水溶解试样并加氢氟酸来络合其高含量的钨、钼,运用工作曲线来消除基体的干扰,提高分析的准确性。方法的回收率在99.8%～102.4%之间,RSD≤0.8%,可满足dz40m合金中各种化学成分的准确测量。

关键词： ICP-AES dz40m 络合

来源： cnki会议评论

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脱芯工艺对三种高温合金组织和性能的影响

脱芯工艺对三种高温合金组织和性能的影响

作者：惠升东北大学

学位级别：硕士

随着航空事业的迅速发展,对叶片用高温合金的要求也越来越高;利用陶瓷型芯来制造内腔复杂结构的空心叶片是先进航空发动机和燃气涡轮机的基本需要,但现有的脱芯工艺对合金组织和力学性能的影响不得而知,因此,本文对陶瓷型芯脱芯处理对... 详细信息

随着航空事业的迅速发展,对叶片用高温合金的要求也越来越高;利用陶瓷型芯来制造内腔复杂结构的空心叶片是先进航空发动机和燃气涡轮机的基本需要,但现有的脱芯工艺对合金组织和力学性能的影响不得而知,因此,本文对陶瓷型芯脱芯处理对三种叶片用高温合金组织性能的影响加以研究有着十分重大的意义。分别采用硅基陶瓷型芯、铝基陶瓷型芯的脱芯工艺对三种高温合金(dz40m、 dz125L、K417)的加工试棒进行浸泡处理。而后考察其拉伸、持久性能。实验结果采用EDS、XRD、SEm、气体分析等手段对不同的脱芯工艺、相同脱芯工艺不同处理时间对叶片用高温合金组织、力学性能的影响加以研究。结果表明：硅基脱芯工艺对试棒进行处理后,对三种合金拉伸、持久性能和断裂方式影响不大。铝基脱芯工艺对合金进行处理后,dz40m合金的拉伸、持久性能急剧下降,持久寿命甚至降至一个多小时,断裂方式开始向脆性断裂转变;K417合金的拉伸性能变化不大,但随处理时间的加长,持久寿命也开始显著下降;而dz125L合金的拉伸、持久性能、断口断裂方式都不发生变化。再对不同浸泡处理后的样品进行气体分析发现,经过铝基脱芯液浸泡处理后的样品内部充氢,对合金断口分析,发现三种合金均具有氢脆敏感性,dz40m合金最为严重,K417次之,dz125L受影响较小。通过XRD对试棒表面的腐蚀产物分析得到,经过硅基脱芯液处理后的dz40m、 dz125L、K417合金表面没有显著量腐蚀产物;经过铝基脱芯液浸泡后的试棒表面的腐蚀层变厚,且K417、dz40m的腐蚀层厚度变化明显。但表面腐蚀产物依旧是Cr、Ni和Ti的氧化物。

关键词： dz125L K417 dz40m 脱芯氢脆