新型单晶高温合金M09A组织和性能稳定性研究

摘要

本文研究了热处理和长期时效对镍基单晶高温合金M09A组织和力学性能的影响。
　　 铸态M09A合金为典型的枝晶结构，偏析较为严重。对合金进行五种热处理工艺，研究不同固溶处理对合金的枝晶组织、γ′相形貌及持久性能的影响。结果表明，经过1275℃/4h固溶处理后，枝晶间处的共晶组织基本溶解完成，而且没有发生初熔，枝晶干和枝晶间区域的γ′相形貌和尺寸没有明显差别，合金的成分偏析大大减轻，组织更加均匀、稳定，在980℃/235MPa持久条件下的性能最好，持久寿命达159.35h。最终确定M09A合金的标准热处理工艺为：1245℃/2h,AC+1275℃/4h,AC+1100℃/2h,AC+850℃/24h,AC。
　　 对标准热处理后的合金进行900℃的长期时效实验。结果表明，γ′长大动力学遵循LSW粗化理论。在时效后期，有部分γ′相发生聚合，形成长条状，但尚未发展成筏状组织，γ′相稳定。γ′相的长大影响着位错的运动机制，在时效初期，位错通过剪切机制来切割γ′相；时效中期，应变增大，位错密度增加，位错主要通过Orowan绕过机制起作用；时效后期位错聚集在γ′相周围，通过攀移方式越过γ′相。整个时效过程中没有观察到TCP有害相，合金具有较好的组织稳定性。
　　 长期时效合金在980℃/220MPa持久条件下，时效初期持久寿命随时效时间的延长而增加，时效后期由于γ′相粗化，且正方度下降，基体通道变宽，使位错运动变得容易，合金变形量增加，导致持久寿命下降。持久延伸率一直随时效时间延长而升高，显示合金良好的塑性。持久变形后形成了完善的筏形组织，位错主要通过切割γ′相来强化合金，而基体通道中则很少有位错分布，合金表现出优异的持久性能。
　　 M09A合金具有良好的抗热腐蚀性，在900℃和75％Na2SO4+25％NaCl熔盐下的抗热腐蚀性能优于DZ125合金，略低于K438合金。