第21卷 第1期2001年3月

航 空 材 料 学 报

JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALS

Vol.21,No.1March2001

定向凝固钴基高温合金DZ40M的热处理研究

姜文辉1,2,管恒荣1,胡壮麒1

(1.中国科学院金属研究所,辽宁沈阳110015;2.沈阳工业大学金属材料工程教研室,辽宁沈阳110023)摘要: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:1280 /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。950 和1050 时效处理可使DZ40M合金发生硬化,以950 时效硬化效果更为明显,相应的峰时效制度为950 /12h和1050 /24h。时效处理引起M23C6沉淀析出。950 /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。1050 /24h虽然能增加室温拉伸性能,但削弱了高温持久性能。关键词:热处理;钴基高温合金;定向凝固;时效硬化

中图分类号:TG146.1 文献标识码:A 文章编号:1005 5053(2001)01 0001 05

钴基高温合金具有十分平坦的持久/时间-温度参数曲线、优异的抗高温腐蚀性能及高的初熔温度,它作为燃气轮机高温结构材料得到了十分广泛的应用。几十年来,为了满足燃气轮机性能不断提高的需要,钴基高温合金得到了较大的发展,主要体现在合金成分的改进、新合金的出现以及新型凝固工艺的应用等方面[1-4]

~60K/cm,抽拉速度为7mm/min,定向凝固成直径 16mm 140mm试棒。垂直于试棒纵轴切割取样,试样尺寸约为 16mm 20mm,进行金相观察和硬度测试。

通过金相观察确定固溶处理工艺。选1200 、1240 和1280 作为试验温度,将试样分别进行4h固溶处理,观察初生碳化物溶解情况。虽然1200 和1240 处理可溶解相当数量的初生碳化物,但是,只有1280 固溶处理才可完全消除初生碳化物。由此确定固溶处理工艺为1280 4h。

为了获得较稳定的合金组织,选择较高温度950 和1050 作为时效处理温度。将固溶处理后试样在选定的温度下,分别进行6h、12h、24h和48h时效处理。通过硬度(HV)测量,研究合金的时效硬化特点,确定峰时效工艺。最后,测定峰时效试样的室温静拉伸和980 /83MPa高温持久性能。

金相样品经抛光后进行电解腐蚀,腐蚀剂配比(体积比)为:H3PO4 H2SO4 H2O=42 34 24,电流密度为:4mA/mm2,腐蚀时间5s。用金相显微镜和装有能谱分析仪的JSM-6301F场发射扫描电镜观察合金显微组织和进行微区成分分析。在PhilipEM450透射电镜下观察二次沉淀相和进行电子衍射相鉴定。

。尽管沉

淀硬化是其重要的强化机制,但钴基高温合金很少进行热处理,通常是在铸态下使用,因为热处理严重损害了合金的塑性[3]。

近来,通过对传统X40合金进行微合金化及应用定向凝固技术,研制出一种定向凝固钴基高温合金DZ40M。与X40合金相比,DZ40M合金具有更高的室温和高温强度及初熔温度,使用温度可提高45

[5]

。该合金还具有十分优异的塑

[4]

性,例如,它的室温延伸率高达19%,而普通铸造X40合金的仅有8.8%

。DZ40M合金的高塑性

为利用热处理进一步提高合金的强度奠定了基础。本文研究了热处理对DZ40M合金组织和性

能的影响。

1 实验方法

在25kg真空感应炉中熔制母合金,名义成分(wt%)为:Cr25,Ni11,W7.5,C0.45,Ta0.25,Ti0.15,Zr0.15,Mo0.2,Al0.8,B0.05,Co余量。使用真空定向凝固炉,温度梯度50

收稿日期:2000 01 27;修订日期:2001 01 06作者简介:姜文辉(1962 ),男,博士,教授。

2 实验结果

2.1 力学性能

图1显示了时效时间和温度对DZ40M合金