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C和B的含量对K417G镍基高温合金的凝固行为和高温持久性能的影响

840 编辑：中冶有色网来源：舒德龙,严志,王道红,谢君,侯桂臣,盛乃成,李金国,于金江,孙晓峰,周亦胄

2024-04-10 14:26:16

镍基高温合金以固溶强化和第二相(主要包括γ'相、碳化物、硼化物等)强化为主，具有优异的高温性能，是制造航空航天发动机热端结构件的首选材料[1, 2] 为了满足先进航空发动机的推重比要求，必须提高高温合金的比强度以提高发动机的热机效率 Al、Ti的密度较小，都是γ'相的主要构成元素因此，在镍基高温合金中加入大量的Al、Ti元素可提高其中γ'相的体积分数，降低合金密度，有利于提高合金的比强度[3, 4] 国内外设计了一系列高Al、Ti(Al、Ti质量分数之和约为10%)镍基高温合金，典型的牌号包括IN100、IN731、K417G等[5~7] Al、Ti系高温合金有密度小、成本低、中温强度高等特点，适用于制造工作温度低于900℃的燃气涡轮发动机涡轮导向叶片等高温零部件但是随着Al、Ti含量的提高合金中的共晶含量随之提高使铸造性能下降[8]；一方面，Ti是强碳化物形成元素，因此高Ti合金中有较多的富Ti碳化物[9]，其形态、数量和尺寸都直接影响合金的高温性能 [10~12] 研究表明，随着C含量的提高合金中的共晶尺寸和数量有所降低[13] 但是C含量过高使合金中碳化物的尺寸增大、体积分数增加且由弥散分布的颗粒状向连续的网状转变，破坏了基体的连续性进而降低合金的高温力学性能[14] B在合金中的偏析行为严重且固溶度极低，在合金凝固期间主要以硼化物或碳化硼的形式析出[15] Hu等[16]研究发现，随着B含量的提高合金的固相线和碳化物析出温度降低，碳化物的尺寸增大且容易聚集 Cutler等[17]则认为，B对凝固期间碳化物的析出行为没有影响，但是使合金中的共晶体积分数降低由此可见，控制镍基高温合金的C、B含量，对于提高合金的组织稳定性和高温力学性能至关重要其原因是，微量的C、B含量变化就显著影响合金的凝固组织和力学性能，加之K417G等高Al、Ti含量的合金中共晶组织和碳化物是影响合金力学性能的主要因素之一，研究C、B含量变化对高Al、Ti镍基高温合金合金凝固行为及力学性能的影响有重要的实际意义鉴于此，本文制备不同C、B含量的K417G镍基高温合金，研究C、B含量对K417G镍基高温合金凝固及高温持久行为的影响 1 实验方法用VIM-F25型真空感应炉熔炼不同C、B含量的K417G母合金，其名义化学成分列于表1，其中No.2为高B低C合金，No.3

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