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Co-Al-W系钴基高温合金具有L12结构的γ’-CO3(Al,W)强化相,兼具良好的力学性能和抗氧化、抗热腐蚀性能,且初熔温度高于镍基高温合金,成为颇具潜力的高温材料。焊接是合金重要的连接、缺陷修复技术,合金焊接性能对合金的组织稳定性以及力学性能有重要的影响。Cr元素是钴基高温合金必不可少的固溶强化元素和抗氧化元素,研究Cr元素含量对新型沉淀强化钴基高温合金的焊接性能、力学性能以及高温抗氧化性能的影响具有重要的意义。本文在Co-Al-W-Cr-C五元钴基合金体系中加入了 2.5 at%、5 at%、7.5 at%的Cr元素,三种合金分别简称为2.5Cr、5Cr和7.5Cr。三种时效态合金均由γ基体、γ’强化相、M6C-Co3W3C碳化物、β-CoAl相构成。随着Cr含量增加,合金中碳化物含量增加,γ’相的形貌由立方状逐渐圆角化,γ’相的溶解温度降低。2.5Cr、5Cr、7.5Cr三种合金经氩弧焊焊接后,焊接接头的物相与母材的物相一致,并且随着Cr含量增加,焊缝区晶界和晶内析出相含量增加。随着Cr含量增加,钴基合金的凝固焊接裂纹敏感性显著降低,主要原因是:凝固温度区间变窄;焊接凝固最后阶段有足够的液相回填晶界和裂纹;晶界和晶内的碳化物含量增加,晶界曲折度增加,阻碍了晶界滑移和裂纹扩展;晶内形成了亚晶界,增加了晶界面积,晶界焊接应力降低。研究时效态和焊接态样品的显微维氏硬度和室温、760℃、850℃、1000℃的拉伸力学性能,发现随着Cr含量增加,沉淀强化钴基合金焊接样品母材区的显微维氏硬度减小,焊缝区和热影响区的维氏硬度变化较小。7.5Cr的母材区硬度小于焊缝区和热影响区;而2.5Cr和5Cr的母材区硬度高于焊缝区和热影响区。随着拉伸实验温度升高,2.5Cr、5Cr、7.5Cr时效态样品和5Cr、7.5Cr焊接态样品的抗拉强度呈下降趋势。5Cr时效态样品的抗拉强度最大,室温时高达975MPa;7.5Cr焊接态样品的抗拉强度大于5Cr焊接态样品,它的σb值约占时效态样品的75%以上。观察所有拉伸样品的断口和纵剖面,发现大多数焊接态样品断裂在焊缝区,断裂方式均以沿晶断裂为主,断口有枝晶形貌、解理台阶和韧窝。这是因为高温焊缝区晶界析出相少、结合力弱,裂纹优先在横向晶界形成,扩展导致断裂。室温时,晶界碳化物内部优先开裂;高温时,样品表面的横向晶界处以及晶界碳化物与基体交界处优先开裂,并发生氧化,逐渐向内扩展,最终导致断裂。三种时效态合金在900℃等温氧化500h的氧化增重动力学曲线均遵循抛物线规律,随着Cr含量增加,氧化增重速率kp减小,氧化膜厚度增加速率减缓,抗氧化性能增强。2.5Cr和5Cr合金的氧化膜分为:Co3O4/CoO外氧化层,Co/Al/W/Cr的混合氧化层,γ/Co3W为主的混合氧化层,并且2.5Cr的氧化膜发生开裂。7.5Cr合金的氧化膜分为:Co3O4/CoO外氧化层,CoWO4氧化层,Co/Al/W/Cr的混合氧化层,Cr2O3/Al2O3氧化层,γ/CoW为主的混合氧化层。连续致密的Cr2O3氧化层有效降低了原子扩散速率,提升了 7.5Cr抗氧化性能。