【摘 要】
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铸造高温合金K4169因其优良的室温、中温力学性能和耐腐蚀性能被广泛应用于航空航天,船舶工业和核工业等领域。随着科技进步,传统的高温合金材料越来越无法满足现代科学技术日益增长的需求。传统铸造成型K4169高温合金铸件存在晶粒粗大,晶间析出相粗大,γ′相和γ′′相分布不均匀等问题,影响材料使用性能。研究表明,晶粒细化可以有效改善合金强塑性、持久和疲劳性能,而添加细化剂是细化晶粒的有效手段。纳米颗粒可
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铸造高温合金K4169因其优良的室温、中温力学性能和耐腐蚀性能被广泛应用于航空航天,船舶工业和核工业等领域。随着科技进步,传统的高温合金材料越来越无法满足现代科学技术日益增长的需求。传统铸造成型K4169高温合金铸件存在晶粒粗大,晶间析出相粗大,γ′相和γ′′相分布不均匀等问题,影响材料使用性能。研究表明,晶粒细化可以有效改善合金强塑性、持久和疲劳性能,而添加细化剂是细化晶粒的有效手段。纳米颗粒可以有效细化晶粒,改善合金性能。但是提高合金力学性能的同时,对合金耐腐蚀性能的影响鲜有报道。此外,关于纳米颗粒作为高温合金的细化剂研究较少。本文以纳米TiC颗粒作为细化剂,采用中间合金法向镍基高温合金K4169中加入不同含量的纳米TiC颗粒,选用标准热处理工艺强化合金,并将添加纳米TiC颗粒前后的铸态和标准热处理态试样的组织进行对比分析,最后对添加纳米TiC颗粒前后试样进行室温、高温力学性能测试及耐腐蚀性能测试。主要结果如下:（1）纳米TiC颗粒可以细化K4169高温合金,晶粒尺寸细化约50%。加入纳米TiC颗粒后,铸态合金组织的枝晶间距和枝晶间偏析区域面积减少。加入0.02wt.%和0.1wt.%含量的TiC后,枝晶间距从46.2μm分别减小到39.6μm和38.0μm,枝晶间偏析区域面积占比分别从28.1%减少到19.4%和17.4%。合金中共晶Laves相尺寸和面积占比减少。枝晶臂和枝晶间的强化相增多,尺寸较大的强化相减少,细小弥散的强化相增多。（2）标准热处理后,共晶Laves相和大块的强化相回溶。含有纳米TiC颗粒的试样,晶界和晶内团聚状的δ相数量和尺寸减少且分布更加均匀,处于δ相包裹下的Laves相减少。枝晶臂和枝晶间的析出相尺寸更加均匀,枝晶间析出相尺寸减小。（3）微量纳米TiC颗粒可以显著提高K4169高温合金的屈服和抗拉强度,但是延伸率会下降。其中,含量为0.1wt.%的试样提升最明显,其铸态屈服强度和抗拉强度分别提高了26.3%和21.0%,延伸率降低了35.9%。其标准热处理态合金的屈服强度和抗拉强度分别提高了20.0%和6.9%,延伸率降低了48.5%。同时,宏观洛氏硬度和微观枝晶臂维氏硬度也对应提高。在600℃、650℃和700℃下测试的高温硬度结果显示,加入纳米TiC颗粒会提高合金的高温硬度,其中,含量为0.1wt.%的试样提升最明显。（4）纳米TiC颗粒的加入改善了镍基高温合金K4169基体合金的耐晶间腐蚀性能。3.5wt.%Na Cl溶液和10vol.%H2SO4溶液中的极化曲线和阻抗谱实验结果表明纳米TiC颗粒的加入会降低镍基高温合金K4169的腐蚀电流密度,提高基体腐蚀电位,降低合金在介质溶液中的溶解速度,增强合金耐腐蚀性能。
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