微量元素对镍基高温合金K418微观组织的影响

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K418合金是以奥氏体γ相为基,γ′相为沉淀强化相、(γ+γ′)共晶相、碳化物及硼化物等组成的镍基铸造高温合金,因具有良好的抗氧化性和抗腐蚀性等优点,已被广泛的应用于航空航天、船舶、汽车等领域。近年来,随航天业的快速发展,人们对高温合金材料的使用性能提出了更高的要求,微量元素含量虽少,但会对合金的综合性能产生一定的影响。  本文采用高真空电弧熔炼,制备了添加不同微量元素的合金,研究了Y、Ce、Al及Al-Y中间合金对镍基铸造高温合金K418微观组织的影响,通过扫面电子显微镜观察以及能谱和X射线衍射分析等手段,分析了微量元素的作用机理。并期望通过合理调控微量元素种类及含量来改善镍基高温合金K418的性能。  试验过程主要研究了镍基铸造高温合金 K418合金和添加微量元素熔炼后的合金微观组织形貌、碳化物形貌、γ′相、(γ+γ′)共晶相及合金组织中出现的一些缺陷等方面的特点。试验结果表明:  (1)添加适量Y、Ce及同时添加Y、Ce元素后明显减少合金中的气孔缺陷,提高合金的致密度,细化合金枝晶组织,增加碳化物在晶内的形核位置,降低晶界处大块状碳化物的析出,使组织中碳化物的形态由大块状变为链状和小块状。  (2)随Y、Ce添加量的不断增加,合金中γ′相由原先的立方形逐渐变为球形,尺寸变小,数量增多,(γ+γ′)共晶相数量也不断增多,且同时添加Y、Ce两种元素时合金中共晶相的增加更为显著。另外,熔炼后的合金硬度值随 Y、Ce、Al元素含量的不断增加呈先升高后降低的趋势。  (3)添加不同含量Al-Y中间合金熔炼后,合金中的碳化物也由原来的的大块状和骨架状逐渐变为变为小块状及链状,细化了枝晶组织,改善了组织致密性。同时,合金组织中的γ′相数量增多,从方形逐渐变为球形,尺寸变小,当Al-Y中间合金中Y的添加量达到0.3%及以上时,γ′相开始粗化筏形。且随其含量不断增加,合金中(γ+γ′)共晶相大幅增加。合金硬度值也随Al-Y中间合金的不断增加呈先升高后降低的趋势。  (4)当合金中添加微量元素过多时,会使添加的微量元素在晶界处偏聚,(γ+γ′)共晶相在凝固过程大量析出,造成合金中的结晶范围变宽、流动性变差,增加了合金凝固过程中在枝晶间产生裂纹的倾向。  根据上述微量元素作用的研究结果,通过合理控制和调整微量元素的种类和添加量能改善合金性能,探究微量元素对合金微观组织的影响也为以后的改善合金组织、提高力学性能提供了重要的理论依据。
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