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Hf和Zr在高温材料中作用机理研究

郑运荣  蔡玉林  阮中慈  马书伟  
【摘要】:在高温合金中,元素H f和Zr可以促进γ+γ′共晶、MC(2)碳化物、M2SC碳硫化物和N i5M相的形成,改变草书状MC和M3B2成为块状并且通过净化晶界或枝晶间自由态的S来提高这些薄弱部位的结合强度,从而延迟裂纹的形成和扩展。H f和Zr可提高铸造高温合金室温拉伸和中温持久的强度和塑性。H f,Zr抑制次生碳化物M23C6和M6C的生成,从而提高了合金在高温长时热暴露时的显微组织稳定性。H f,Zr降低合金的初熔温度,N i5H f和N i5Zr相的初熔被认为是H f,Zr影响初熔的主要原因。通过1150℃/8h的预处理,N i5H f以N i5H f+γ(C)→MC(2)+γ反应或者固溶两种方式被消除。元素H f可以缩小枝晶间失去毛细管补缩能力和固相线之间的温度范围,还能降低枝晶间液池沟通所需的液体量。在凝固后期枝晶间的富H f熔体具有很好的流动性、浸润性和趋肤效应,这些都是降低合金热裂倾向、提高合金可铸性和焊接性能的有利因素。具有高的化学活性的富H f液膜容易在铸件表面形成H f2O薄层。H f和Zr是钎焊用中间层合金的降熔点元素。根据凝固过程中富H f,Zr熔体的成分最终发展出N i-18.6Co-4.5Cr-4.7W-25.6H f和N i-10Co-8Cr-4W-13Zr两种中间层合金,使单晶高温合金的无S i、B连接成为现实。还发展出了定向凝固片状N i3A l/N i7H f2共晶合金,成分为N i-5.8A l-32H f和N i-4A l-26H f-8Cr-4W。N i-5.8A l-32H f合金的最佳凝固条件为温度梯度G=250℃.cm-1和凝固生长速率R=5μm.s-1;N i-4A l-26H f-8Cr-4W,凝固条件为G=350℃.cm-1和R=1μm.s-1。

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