B和C對U720Li合金凝固偏析和熱加工塑性的影響.pdf

1、U720Li合金是一種以γ'-Ni3(Al，Ti)沉淀強化的高Al、Ti含量鎳基變形高溫合金，具有優(yōu)異的抗高溫蠕變、疲勞、氧化和腐蝕等性能，廣泛用作航空發(fā)動機渦輪盤材料，長期使用溫度高達650～730℃，但我國目前尚不能生產(chǎn)用于制造航空發(fā)動機渦輪盤鍛件的U720Li合金大棒材。高Al、Ti含量(Al+Ti≈7.5％ wt.％)導致U720Li合金凝固偏析嚴重，熱加工塑性惡化，鑄鍛開坯十分困難。C和B是U720Li合金中兩種關(guān)鍵的強化元素

2、，對凝固偏析、鑄態(tài)組織、熱加工性能具有顯著影響。因此，本博士學位論文著重研究了U720Li合金的凝固偏析行為、均勻化處理、熱加工塑性以及微量元素B和C的影響，主要研究結(jié)果如下:
　　在U720Li鑄態(tài)組織中觀察到M3B2硼化物和Ni5Zr相在枝晶間(γ+γ')共晶前沿析出，證實了B和Zr在固/液界面前沿偏聚。測定了低熔點相Ni5Zr、M3B2和η-Ni3Ti的初熔溫度，并根據(jù)這些相的溶解規(guī)律和元素擴散規(guī)律建立了一種三段均勻化處理工

3、藝，可溶解各種鑄態(tài)低熔點相并降低元素偏析，提高U720Li合金的熱加工塑性。
　　通過觀察γ/γ'相在熔池內(nèi)的形核和生長特征，研究了（γ+γ'）的析出機制。在100℃/s快冷下，熔池內(nèi)部形成了大量蜂窩狀γ相和板條狀η相，但沒有(γ+γ'）析出，而熔池邊緣析出了大量交替排列的γ/γ'。分析認為(γ+γ')的析出是以包晶反應(yīng)(L+γ)→γ'形核，在熔池邊緣的固體上形成γ/γ'兩相交替排列的組織。由于γ'相難以在液相中直接形核，（γ+γ

4、')只能在包晶反應(yīng)形核后進一步向熔池內(nèi)以共晶反應(yīng)生長，在生長后期γ'顯著粗化形成冠狀組織。
　　在相同凝固條件下，高B合金的熔池面積顯著增大，熔池周圍富Ti偏析區(qū)的面積顯著減少。該組織表明，B通過在固/液界面前沿偏聚阻礙γ基體的凝固，B偏聚可以增大過冷度并使更多共晶形成元素Ti殘留在剩余液體中，進而促進（γ+γ'）共晶析出。高B合金中，（γ+γ')共晶的大量析出消耗了更多Ti和Zr原子，從而減少η-Ni3Ti和富Zr相形成。

5、>　　研究了B對U720Li合金熱加工塑性的影響。觀察證實（γ+γ'）共晶是鑄態(tài)合金的主要裂紋源，B促進晶界(γ+γ')共晶的析出，顯著降低鑄態(tài)合金的抗裂紋擴展能力，惡化合金的熱加工塑性。但均勻化處理后，添加B使合金的拉伸斷口由沿晶開裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇┚ч_裂機制，熱加工塑性顯著提高。
　　研究了C對U720Li合金凝固偏析和熱加工塑性的影響。結(jié)果表明，C顯著促進塊狀MC碳化物的形成，顯著消耗Ti、B、Mo、Zr元素，從而減少（γ+γ'）共