新型高强抗热腐蚀定向凝固镍基高温合金DZ68的研究

摘要

为了满足海空发动机涡轮叶片材料的需要，本文利用相计算和低偏析技术研制出了一种新型高强抗热腐蚀定向凝固镍基高温合金DZ68。利用光学显微镜，扫描电镜，透射电镜，X射线衍射仪等设备研究了DZ68合金的微观组织，拉伸性能，持久性能和抗热腐蚀性能。研究结果如下：
　　 ⑴设计出了一种高强抗热腐蚀定向凝固镍基高温合金DZ68。合金名义成分为(wt.％):0.05C-12.0Cr-1.0Mo-5.0W-8.5Co-5.3Al-0.5Ti-5.0Ta-2.0Re-0.01B-Ba1.0Ni。合金铸态组织由γ、γ'、（γ+γ'）共晶、MC型碳化物以及极少量的硼化物组成；热处理态组织由γ、γ'、MC、M23C6组成。DZ68合金具有良好的组织稳定性。
　　 ⑵DZ68合金的拉伸力学性能水平与DZ125合金相当。室温条件下，DZ68合金拉伸断口特征为枝晶断裂：700℃～850℃范围内，拉伸断口特征为典型解理断裂；850℃以上，断裂特征表现为微孔聚集型断裂。从室温到760℃，DZ68合金拉伸断口组织中的γ'形态未发生明显变化；850℃以上，断口组织中的γ’沿着横向通道明显长大；1000℃时，断口组织中可见不完整的γ’筏化特征。室温条件下，DZ68合金的塑性变形以位错对切割γ’方式进行；700℃和760℃时，塑性变形以位错对和内禀型层错切割γ’方式进行；850℃以上，塑性变形以位错在γ’相之间的运动方式进行。
　　 ⑶DZ68合金的持久强度明显高于IN738合金，与DZ125合金相当。温度低于760℃时，持久样品组织中的γ'没有形筏；随着温度升高，γ'之间形筏；相同温度条件下，随着应力值的增加γ'筏化趋势增大。760℃时，持久样品中的位错从基体切入γ'相控制整个变形过程，此时合金从断裂机制上表现为解理断裂；随着温度升高，位错的交滑移和攀移容易发生，断裂方式由解理和准解理混合型断裂转变为微孔聚集型断裂。在900℃，R=-1条件下，DZ68合金的拉压高周疲劳宏观断口由疲劳源、疲劳区和瞬断区组成。裂纹源可以处在表面、次表面和内部缺陷部位。裂纹扩展具有第Ⅰ阶段和第Ⅱ阶段，随着应力幅的增加裂纹扩展速率增大。光滑试样的疲劳裂纹扩展方式与变形机制之间存在一定的关系。平面滑移、交滑移和攀移的共同作用导致了DZ68合金900℃时裂纹扩展的两个阶段。
　　 ⑷在900℃涂敷75％Na2S04+25％NaCl混合盐的同等条件下，DZ68和IN738合金的抗热腐蚀性能明显好于Rene'142和DZ125L合金，而DZ68合金的抗热腐蚀性能略好于IN738合金，Rene'142合金的略好于DZ125L合金。DZ125L、Rene'142、IN738和DZ68合金的热腐蚀进程按照硫化-氧化机理进行，热腐蚀类型为TypeⅠ型。合金组织均匀性的提高和Re元素的加入有益于提高定向凝固高温合金的抗热腐蚀能力。