元素钇和铪对Ni3Al基单晶合金组织和性能的影响

admin · 发表于 2023-10-20 09:44:09

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IC6SX是目前国内比较先进、发展较完善的Ni3Al基单晶高温结构材料之一，不断提高承温能力和降低合金成本是该类合金的主要研究目标。由于该合金采用了高Mo强化，不含有Cr和Ta等抗氧化性能较好的元素，虽然其高温强度得到了提高，但抗高温氧化性能较差。本文采用籽晶法制备了单晶高温合金试棒，研究了活性元素Y和Hf对材料微观组织、力学性能以及抗氧化性能的影响。添加元素Y和Hf后，合金的微观组织主要由γ′相、γ相以及大块的白色相三种相组成，铸态组织主要由枝晶间和枝晶干区域构成，但IC6SX+Hf试样枝晶间的初生γ′相的数量较多。为减少铸态试样中大块白色相，最终确定合理的热处理制度为：1310℃/10h，A.C+870℃/32h，A.C。探讨了Y和Hf元素对材料抗高温氧化性能的影响。结果表明，添加一定量的Y和Hf能在一定程度上改善合金的抗高温氧化性能。与添加Hf相比，添加Y对抗氧化性能的改善较为明显。Y改善合金抗氧化性能的作用机制主要有：氧化初期，活性元素Y在合金表面优先氧化形成弥散的氧化物颗粒，这些氧化物颗粒主要分布在NiO的晶界处，增强了NiO的抗开裂、剥落的能力，同时为Al2O3的生成提供大量的异相质点，有效地促进Al2O3晶核的形成，进而通过横向生长快速形成连续膜；元素Y的加入改变了NiO形貌，使其由棱角状的颗粒转换成圆球状且颗粒之间过渡光滑；添加活性元素Y减小了扩散层的厚度，并在一定程度上了阻止了Mo元素的向外扩散，同时促进元素Al的选择性氧化。研究了Y和Hf对合金高温持久性能的影响规律。结果表明，微量活性元素的添加对IC6SX单晶高温合金的持久寿命有一定的影响，均在一定程度上降低了合金的持久寿命。IC6SX+Y试样的平均持久寿命为79.99h，IC6SX+Hf试样的平均持久寿命为34.68h。大块第二相的存在是导致合金持久寿命降低的重要原因之一。

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