Hf和Zr在高温材料中作用机理研究.pdf

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1、第2 6 卷第3 期2 0 0 6 年6 月航空材料学报J O U R N A LO FA E R O N A U T I C A LM A T E R I A L SV 0 1 2 6 N o 3J u n e2 0 0 6H f 和Z r 在高温材料中作用机理研究郑运荣1，蔡玉林2，阮中慈1，马书伟1(1 北京航空材料研究院，北京1 0 0 0 9 5；2 中国科技导报社，北京1 0 0 0 8 1)摘要：在高温合金中，元素H f 和z r 可以促进1+y7 共晶、M c(2 1 碳化物、M：S c 碳硫化物和N i，M 相的形成，改变草书状M C 和M，B：成为块状并且通过净化晶界或枝晶

2、间自由态的s 来提高这些薄弱部位的结合强度，从而延迟裂纹的形成和扩展。H f 和z r 可提高铸造高温合金室温拉伸和中温持久的强度和塑性。H f，z r 抑制次生碳化物M。c。和M。C 的生成，从而提高了合金在高温长时热暴露时的显微组织稳定性。H f，z r 降低合金的初熔温度，N i，H f 和N i，z r 相的初熔被认为是H f，z r 影响初熔的主要原因。通过1 1 5 0 8 h 的预处理，N i，H f 以N i 5 H f+1(c)一M c f 2)+1 反应或者固溶两种方式被消除。元素H f 可以缩小枝晶间失去毛细管补缩能力和固相线之间的温度范围，还能降低枝晶间液池沟通所需的液

3、体量。在凝固后期枝晶间的富H f 熔体具有很好的流动性、浸润性和趋肤效应，这些都是降低合金热裂倾向、提高合金可铸性和焊接性能的有利因素。具有高的化学活性的富H f 液膜容易在铸件表面形成H f，0 薄层。H f 和z r 是钎焊用中间层合金的降熔点元素。根据凝固过程中富H f，z r 熔体的成分最终发展出N i 一1 8 6 c o _ 4 5 c r _ 4 7 w 一2 5 6 H f 和N i 一1 0 c o 一8 c r 4 w-1 3 z r 两种中间层合金，使单晶高温合金的无s i、B 连接成为现实。还发展出了定向凝固片状N i，A l N i，H f 2 共晶合金，成分为N i

4、 _ 5 8 A l-3 2 H f 和N i _ 4 A l 一2 6 H f _ 8 C r-4 w。N i-5 8 A 1 3 2 H f 合金的最佳凝固条件为温度梯度G=2 5 0 c m。和凝固生长速率R=5 m s；N i 4 A l 一2 6 H f-8 c r 4 w，凝固条件为G=3 5 0 c m“和R=1“m s _ 1。关键词：高温合金；相变；铪；锆；凝固；初熔；T L P 连接；N i，A L N i，H f 2 共晶；显微组织；M C 碳化物；N i，H f 相；力学性能中图分类号：T G l l 3，T G l l l 4，T G l 3 2 3+3文献标识码：A

5、文章编号：1 0 0 5-5 0 5 3(2 0 0 6)0 3 枷2 5 1 0上世纪6 0 年代后期，是铸造高温合金蓬勃发展时期，研发了一大批优良的高强度合金，但不久发现当时高温强度最高的M a r-M 2 0 0 合金涡轮叶片在中温下过早断裂，认为是这类合金在中温下存在塑性低谷所致。6 0 年代末期在许多合金中加入1 5 2 O H f 或应用定向凝固技术有效地解决了这一难题。现在，许多普通铸造、定向凝固和单晶合金都含有小于1 5 的H f，广泛应用于制造燃气涡轮叶片。北京航空材料研究院是国内率先研究含H f 铸造高温合金的研究单位，工作始于1 9 7 2 年，比国外起步晚约3 年，最初

6、对K 3 加0 5 1 8 H f。与此同时还对含z r 量0 1 1 3 的铸造合金进行了研究。在此后的3 0 多年中对H f 和z r 在高温材料中作用的研究工作从未间断，先后研究了H f，z r 对铸造高温合金显微组织的影响。1；对力学性能的影响1 0 1；对初熔的影响1 1“3|；对凝固过程的影收稿日期：2 0 0 6-0 1-2 0；修订日期：2 0 0 6-0 3 2 0作者简介：郑运荣(1 9 4 1 一)，男，研究员，(E m a i l)y u n r o n gz h e n g b i a m a c c n。响一7|；对焊接性能的影响8 1 9 1；对陶瓷壳模材料的影响

7、0|。在上述研究工作的基础上，通过中法、中加国际合作和两项国家自然科学基金的支持，成功地用富H f 和富z r 的中间层合金实现了单晶合金的无s i，B 连接口卜25|，并研制出了N i A 1 H f 原位定向共晶复合材料旧“2 9 1。1H f，Z r 对显微组织的影响研究过的含H f、含z r 以及H f 和z r 混合添加的合金如表1 所示。1 1H f 和z r 在铸态合金中的分布电子探针分析表明，铸态合金枝晶于不含H f，该元素分布于枝晶问区的狭窄区域并以富H f 相形式存在，这些富H f 相有M c(：)，(H f，T i)：s c，N i 5 H f，M C，共晶7。各相的含H

8、 f 量按上述次序递减。K 5 H 合金中H f 的分布如表2 所示。H f 在M C 和共晶1 中的含量是变化的，M C 中H f 量的波动范围在3 2 0 之间；1+1 共晶芯部的17 比外缘的1 相含H f 量低3 0 左右。z r 在合金中的分布规律与H f 完全相同。万方数据2 6航空材料学报第2 6 卷表l含H f，z r 合金的演变T a b l e1E v o l u t i o no fH f-o rZ r-c o n t a i n i n gs u p e r a U o y s竺塑g!呈!望些竺丝圣兰!丝坚!皇i 堑鲤!K 3O 5 一1 8一K 3 HK 50 7 1

9、 8一K 5 HK 1 9M a r M 2 4 6M a r M 2 0 0B 1 9 0 00 7O 9 1 61 51 2 2 O_ _ 0。8O 5K 5 ZO 3K 5 H Z一。K 1 9 HO 2 一1 0K 1 9 ZK 0 0 2一D Z 2 2(M 2 0 0 H)0 7M 2 0 0 Z0。4M 2 0 0 H Z0 3 1 3B 1 9 0 0 Z1 2富H f，Z r 相1 2 1M C 与M C f 2 1加H f 改变了M C 碳化物的形态，当合金中H f含量高于1 5 时，M C 由原来的骨架状变成块状，并形成两种M C 碳化物，一种是原先富T i，N b，T

10、a，但溶进少量H f 的M C，另一种是以H f 为主的M c，这两种碳化物常常彼此分开，但也有共生的情况(图1)。M C 处于更接近枝晶间的位置。1 2 2M，S c 碳硫化物，由于H f 和z r 与硫、碳有很强的亲和力，在含H f表2H f 在铸态K 5 H 合金中的分布T a b l e2t h ed i s t r i b u t i o no fH fi na s-c a s tA l l o yK 5 H!竺里f 121 坚!：!璺堕!坚!竺璺l!垦!堡!：!呈!型!呈皇!堕!竺墨!璺里!呈壁垒!塑!堡H w t 6 0 64 9 93 0 39 76 40 6 lO和Z r 的

11、铸造高温合金中常形成较多的M：S C碳硫化物，“M”的主要组成元素有H f，z r，T i，N b。该相呈长条状分布于枝晶间，有很强的偏光效应。图2 给出了K 1 9 H 合金中(H f，T i)：S C 的金相和电子探针结果。图1铸态合金中的M C(。)和M c(：)碳化物F i g 1M C(1)a n dM c(2)c a r b i d e si na s c a s ea l l o y s(a)K 3 H，a s-p o l i s h e d；(b)K 0 0 2，h e a tt i n t i n ga t4 5 0 3 0 m i n图2K 1 9 H 合金中(H f，T

12、i)：S C 的金相与电子探针结果F i g 2R e s u l t so fm e t a u o g r a p h ya n dE P M Af o r(H f，T i)2 s ci nK 1 9 H，万方数据第3 期H f 和z r 在高温材料中作用机理研究2 71 2 3 吖+-y 共晶H f 是强正偏析元素，又是强烈的77 形成元素，因此显著促进Y+17 共晶的形成。在相似的凝固条件下，加1 4 H f 的K 5 合金其 y+1 共晶由原来的2 v o l 增至5 7 v o l；加1 3 v o l H f 的K 1 9 合金的共晶量由6 5 增至1 3 5 v o l。z r

13、 也和H f 一样，促进+1 共晶的形成，在加入相同质量分数的H f 和z r 时，z r 的影响更大(图3)。z r 在共晶叮中的溶解度比H f 低，在H f 和z r含量都为0 2 a t 的K 5 H z 合金中，其共晶叮的H f含量比z r 高一倍，这表明z r 在强化1 的效果方面不如H f。Z r H f a t 图3H f 和z r 对K 1 9 合金共晶量的影响F i g 3E f 玷c to fH fa n dZ ro nt h ev o l u m ep e r c e n to f(y+1)e u t e c t i cf o rK 1 91 2 4N i 5 M这是含H

14、 f，z r 合金中常出现的一种金属间化合物，“M”通常含H f，z r。在铸造高温合金中加入0 4 H f 就可能在枝晶间区发现微量的N i。H f 相。z r 形成N i，z r 较H f 形成N i，H f 的能力更强。在加入等原子百分比的H f 和z r 的合金中，形成N i，z r 的量比N i；H f 高一倍以上。图4 对此作了比较。z r 在N i，(z r，H f)中的溶解也比H f 高一倍以上，证明z r具有更强的N i，M 形成倾向。Z r H f a t 图4K 1 9 合金H f，z r 量与N i 5 H f 和N i 5 z r 量的关系F i g 4R e l a

15、 t i o n s h i pb e t w e e nH f，Z rc o n t e n ta n dN i 5H f，N i 5z rv o l u m ep e r c e n tN i，z r 和N i，H f 从形貌上很难区分，典型的形貌都呈蜂窝状，图5 是M a r-M 2 0 0+H f 合金中N i 5 H f 的形貌和元素分布图。图5M a r-M 2 0 0+H f 合金的N i，H f 相形貌及其元素分布F i g 5M o r p h 0 1 0 9 ya n de l e m e n tp r o f i l eo fN i 5H fi nA U o yM a 卜

16、M 2 0 0+H f上面的一些富H f 相的电子探针定量分析结果综合在表3 中。除了形成上述富H f 相以外，H f，z r还影响M，B：硼化物的形貌，在无H f，z r 合金中，硼化物通常呈骨架状，加进0 5 a t 的H f 或z r 会使硼化物变成块状。1-3H f，z r 对显微组织稳定性的影响对含H f，z r 和不含H f，z r 合金作长时热暴露，其微量相(碳化物+硼化物)量变化结果如表4 所示。可以看出，不同热暴露条件下，不含H f，z r 合金微量相增加的幅度比含H f，z r 合金明显。H f 的重0118芎Q(_、_卜一-o菪02QAQ互Io 万方数据2 8航空材料学报

17、第2 6 卷要作用之一是抑制M。C 的形成，不含H f 的M a r-M 2 4 6 合金经1 0 5 0 2 0 0 h 热暴露后形成1 1 的M。C 碳化物，而且大量M。C 以片状形态存在(图6 a)，加H f 的M a r _ M 0 0 2 的合金只形成0 2 的M。c，而且主要以粒状形态分布于晶界(图6 b)。表3含H f，z r 合金中富H f 相的成分a t T a b l e3c o m p o s i t i o n so fH f，z r-r j c hp h a s e si nH f，z r-c o n t a i n i n ga l l o y s a t N o

18、t e：木一C o m p o s i t i o no fM Co n l yr e p r e 8 e n t sm e t a l l i cm d i c a l M 图6不同合金经1 0 5 0 2 0 0 h 热暴露后M。C 形态F i g 6M o r p h o I o g yo fM 6Cc a r b i d e si nd i f k r e n ta l I o y sa f t e r1 0 5 0 2 0 0 ht h e 彻a le x p 0 8 u r e(a)M 8 r M 2 4 6(0 H f)；(b)M a r M 0 0 2(1 7 H f)表4H

19、f 和Z r 对热暴露微量相的影响v o l(体积分数)T a b l e4E 妊b c to fH f，Z rc o n t e n to nv o l u m ep e r c e n to fm i n o rp h a s e sa f t e rt h e 瑚a le x p o s u r e v 0 1 A l l o v sA s c a s t9 0 0 1 0 0 0 h1 0 5 0 2 0 0 hK 5O 8 91 9 72 1 9K 5+1 8 H fO 6 41 0 41 3 1K 5+O 5 Z rO 9 8一1 6 8M a r M 2 4 6(0H f)1 0

20、 32 1 7M a r M 0 0 2(1 7 H f)1 1 01 6 7含H f，z r 合金在9 0 0 长时热暴露后显微组织变化的另一特点是形成次生M c，这种碳化物中“M”的H f，z r 量远比铸造时形成的一次M c 高，实际上是H f C 或z r C。次生M C 可通过N i，H f+1(C)_ M C(2)+1 形成，图7 a 提供了M c 在N i 5 H f区形成的证据。次生M c 还可利用共晶1 中的高H f 量和1 基体中残存的碳通过Y(H f)+1(c)_+M C(2)+Y 反应形成的。次生M C：)碳化物周围被7相所包围(见图7 b)是上述反应的证据。试验证明z

21、 r 对组织稳定性的影响与H f 完全相同。2H f，Z r 对力学性能的影响对K 5，K 1 9 合金和它们加1 5 H f 的改型合金飚H 和K 1 9 H 的拉伸和持久性能做了测试，每一数据都是两根以上试棒的平均测量值，结果如表5 所示。从表5 数据可知，H f 对高温持久寿命无明显影响，但能提高室温拉伸以及7 6 0 瞬时强度和塑性，尤其是提高7 6 0 持久寿命和塑性更加明显。加H f提高合金中温强度与塑性主要原因是增加了共晶1 的量并进一步强化共晶17 本身。加H f 合金的枝 万方数据第3 期H f 和z r 在高温材料中作用机理研究2 9图7 次生M c(：)的形成F i g

22、7F o H n a t i o no fs e c o n d a r xM c(2)c a r b i d e s(a)K 1 9 H，9 5 0 2 0 0 0 h；(b)M a r M 0 0 2，1 0 5 0 1 0 0 0 h表5H f 对铸造高温合金力学性能的影响T a b l e5E f k c to fH fo nm e e h a n i c a lp r o p e r t j e 8o fc a s ts u p e r a l l o y sN o t e：8 一s t r e 8 si s6 8 7 M P a：b s t r e s si s2 5 6 M P

23、a晶间区分布着大量被1 网格分隔开的小块状共晶1，变形时易产生均匀的细滑移，有效的调节枝晶间区高应力集中造成的严重变形，又不容易开裂。另一原因是H f 攫取了枝晶间和晶界区的硫形成了硫化物，抵消了硫的有害作用，从而增强了枝晶间和晶界的结合强度。3H f 和Z r 对初熔的影响含H f 和z r 合金的初熔与合金中存在低熔点相N i，H f 和N i，z r 密切相关，含有这两种金属间化合物较多的合金，在1 1 6 0 即可出现明显的初熔。图8是B 1 9 0 0 z 和D z 2 2 合金的初熔组织。差热分析表明，含N i，z r 或N i，H f 量超过1 v o l 时，D T A 曲线上

24、在1 1 3 5 1 1 6 5 温度区间会出现一个吸热峰，对应于上述两种相的熔化温度范围。用P D 法定向凝固的M a r-M 2 0 0+2 H f 合金板块，离水冷铜结晶器距离为1 5，7 0 和1 0 0 m m 的铸锭部位的N i，H f 量分别为0 1 1 v o l，0 4 9 v o l 和0 7 9 v o l，经1 2 0 5 的固溶处理后，前两种部位试样不发生初熔，后一种部位试样产生约0 5 v o l(体积分数)初熔，随着固溶处理温度升至1 2 4 0，该部位初熔达7 0 v o l。图8 含z r，H f 合金的初熔组织F i g 8I n c i p i e n t

25、m e l t i n gs t r u c t u I i nZ r o rH f-c o n t a i n i n ga l l o y s(a)B 1 9 0 0 z(1 O z r)，1 1 6 0 2 h；(b)M 8 r-M 2 0 0+2 H f，1 2 0 5 4 h低碳含H f 合金的初熔倾向明显增加，这是因为低碳合金形成更多N i，H f 相所致。表6 表示出不同含碳量的M a r M 2 0 0+2 H f 合金P D 法定向凝固锭初熔情况。万方数据3 0航空材料学报第2 6 卷表5 碳量对M a r-M 2 0 0+2 H f 合金N i，H f 量和初熔的影响T a

26、 b l e5E f 玷c to fc 田b o nc o n t e n to na m o u n to fN i 5H fa n di n c i p i e n tm e l t i n gN i，H f 的初熔温度远低于17 固溶温度成了限制高温合金固溶处理的重要因素，因而消除N i，H f 相成了主要目标。利用N i。H f 相在高温下不稳定并可转变成M C 碳化物这一特性，可有效消除该相，从而达到提高合金初熔温度的目的。通过实验获得了含H f 合金N i，H f 转变的温度与时间关系曲线，如图9 所示。根据图9 选择1 1 5 0 8 h 热处理从而成功地消除了合金中的N i，H

27、 f 相。图9K 1 9 H 合金N i，H f 相转变温度与时间关系曲线F i g 9T e m p e m t u r e t i m ec u r v eo fN bH fp h a s ei na l l o yK 1 9 H经过1 1 5 0 8 h 预处理后，合金可以经受1 2 6 0 4 h 的固溶处理，实现了含H f 合金的完全固溶处理，使合金1 0 4 0 1 4 0M P a 条件下的持久寿命提高了3 0。4H f，z r 对凝固过程的影响l 5 和硒H 合金的凝固特性如图1 0 所示。可以看出，含H f 合金在相同的凝固温度下保持更多的液体量。另一特点是含H f 合金保持

28、枝晶间液体成连通状态所需的液体量最少。在1 2 5 0 等温凝固时，含H f 合金保持7 v o l 的液体，这时枝晶间的熔体仍保持连通状态(图1 1)，而不含H f 的硒合金在1 3 1 0 凝固时虽然保留了约1 0 的溶液，但液体大多呈孤立的不连通状态。熔体的上述性质与含H f 合金凝固过程残余液体中H f 含量不断升高有关。在低于1 2 9 0 时枝晶间区液体含H f 量增加很快，到1 2 5 0 时熔体中H f 浓度达到约1 3，此后，由于M c f 2)和1+1 共晶的析出，使熔池H f 浓度稍有降低。最后凝固的熔体中H f 的浓度达2 0 以上。含H f 合金的低热裂倾向与存在富H

29、 f 熔体有关。凝固后期富H f 熔体有很好的流动性，可以沿着枝晶的毛细管道渗出，在铸件表面形成液膜，这种液膜会对热裂纹起自愈合作用，但同时也会加重对陶瓷壳模及型芯材料的侵蚀。图1 0K 5 和K 5 H 合金的液体量与咒-r 的关系F i g 1 0R e l a t i o n 8 h i pb e t w e e nv o l u m ep e r c e n to fl i q u i da n d(咒一r)f o r 飚a n dK 5 Ha l l o y s：咒一l i q u i d u st e m p e m t u r e；n i s o t h e 珊a l8 0 l

30、i d i f i c a-t i o nt e m p e r a t u r e图1 1K 5 H 合金1 2 5 0 等温凝固时液池的形貌F i g 11M o r p h o l o g yo fm o l t e np o o l sf o 珈e dd u r i n gi s o-t h e 珈a ls o l i d i f i c a t i o na t1 2 5 0 f o rA l l o yK 5 H即使是0 1 z r 也会明显促进1+y7 共晶的形成并使凝固后期富z r 液膜保持到1 1 8 0，使枝晶间失去毛细补缩能力的温度与最终凝固温度间隔明显扩大，增加了热裂倾

31、向，因此许多铸造高温合金的z r 含量控制在 0 0 3 水平。5H f，Z r 对合金可焊性的影响H f 明显减少铸造高温合金焊接开裂的倾向。5 m m 厚K 5 和K 5 H 合金用不填丝的钨极氩弧焊在相同焊接条件下熔出焊缝，凝固后比较焊缝区和热影响区(H A z)单位面积上的裂纹长度和裂纹条数，结果如表6 所示。p喜鳘gQ 万方数据第3 期H f 和z r 在高温材料中作用机理研究3 1H f 降低开裂倾向的作用与上一节提到的凝固过程枝晶间富H f 熔体作用是相同的。含H f 合金焊缝完全熔化区凝固过程与铸锭凝固过程是一致的，只不过凝固冷却速率大得多，H A z 区组织类似于含H f 合

32、金的初熔组织。一个重要的现象是焊缝凝固时富H f 熔体的趋肤效应，在焊道和热影响区附近有一层薄的富H f层，此处的H f 含量比合金平均H f 量高3 倍以上。图1 2 示出了K 5 H 合金焊缝及热影响区表面富H f液膜的形貌及H f 分布。液膜区是典型的N i H f 共晶组织。液膜的存在使已经形成的裂纹得到焊合，起到良好的自钎焊愈合作用。微量的z r(0 1 一0 2)就会对焊接性能产生了不利的影响，K 4 0 3 合金含0 1 z r，氩弧焊时产生大量裂纹(图1 3 a)，当去掉0 1 z r 后，开裂倾向大大降低(图1 3 b)，可见影响凝固过程元素的微量调整都会对焊接开裂敏感性产生

33、明显影响。图1 2 富H f 熔体趋肤流动的痕迹F i g 1 2T r a c eo fH f-r i c hm e l t sn o w i n gt os k i n(a)f u um o l t e nz o n e；(b)H A z；(c)，(d)H fp m f i l e图1 3z r 对K 4 0 3 合金焊接开裂的影响F i g 1 3E f k c to fZ ro nw e l dc m c k i n go fa l l o yK 4 0 3(a)w i t h0 1w t z r；(b)w i t h o u tz r6富H f 熔体与A l：O，陶瓷的界面反应当H

34、f 含量高于1 8 时，高温合金壳模铸造零件在脱壳后铸件表面常常残留氧化皮，x 射线衍射试验证明其为具有单斜结构的H f 0：。用电子探针测得其含H f 量高达7 7，同时富O。K 5 H 合金壳模铸件表面氧化皮的形貌及H f 的分布如图1 4 所示，证实氧化皮是H f O：。在1 6 5 0 下，H f o，和A l：O，的生成自由能分别为一7 5 6 7 k J 和一7 1 3 6 k J，表明H f O：比A l：O，更稳定，可发生如下反应：3 H 体+2 A 1 2 0 3 壳模=4 A l 熔体+3 H f O：氧化层。在壳模铸造条件下，当铸件冷到1 2 7 0 1 2 9 0 温度

35、区间时，枝晶间含H f 量高于1 0 的富H f 液体会趋肤至铸件表面与A l：O，壳模接触发生反应，形成H f o，薄层阻碍反应的继续进行。由于s i 0：比A l，O，更不稳定，因而富H f 熔体与之反应更加容易，这也就是s i 质型芯比A l：O，壳模材料更易被富H f 熔体侵蚀的原因。，又由于H f o：层是在凝固 万方数据3 2航空材料学报第2 6 卷图1 4K 5 H(1 8 H f)壳模铸件表面H f 0。氧化皮F i g 1 40 x i d es c a l eo fH f 0 2o ns u r f a c eo fi n v e s t m e n tc a s t i

36、n g sf o ra l l o yK 5 H(1 8 H f)(a)M o r p h o l o g)r；(b)H fp r 0 6 1 e后期铸件成形后形成，因此H f o：层不会因为钢液冲刷破坏而被反卷进钢液中，但在返回料回收熔炼前，应把废料表层的H f o：粘结层清除干净。为了减轻壳模反应，许多合金的含H f 量已降至1 3 1 5 的水平，对于含量在上述范围的单晶合金空心叶片，其陶瓷型芯也最好采用Y：0，保护涂层。7富H f，Z r 的中间层合金在钎焊铸造高温合金时，最常用的中间层合金是N i C r S i B 合金。但元素S i 对高温合金力学性能是不利的，尤其是对单晶合金，

37、应该设法替代。含H f，z r 合金凝固试验证明，凝固后期的富H f，z r 熔体可作钎焊料。图1 5 a 是K 1 9 H 合金在1 2 5 0 1 5 m i n 的等温凝固组织，可以看成先凝固的枝晶干被枝晶间的富H f 熔体连接成一整体，事实上箭头所指区域就是一条钎焊缝。在高真空下，收集枝晶间的富H f 熔体成小铸锭，其组织是典型的多元共晶组织(图1 5 b)。分析小锭成分并进行优化，最终确定合适的钎焊中间层合金成分为N i 一1 8 6 C o _ 4 5 C r 4 7 w 2 5 6 H f。差热分析测出该合金的熔化温度范围为1 2 1 4 1 2 3 4。用熔体纺带法制备出了厚度

38、为5 0 斗m 的薄带(图1 8 c)。图1 5 富H f 中间层合金的研发过程F i g 1 5D e v e l o p i n gs t e p so fH f-r i c hi n t e r l a y e ra 1 1 0 y(a)M i c r o s t m c t u r eo fa l l o yK 1 9 Ha f t e r1 2 5 0 1 5 m i ni s o t h e 珊a ls o l i d m c a t i o n；(b)s o l i d 墒e dm i c m s t m c t u r eo fm e l t si ni n t e r d e

39、 n d r i t i cr e g i o n s；(c)r i b b o no fi n t e r l a y e ra l l o y用富H f 中间层合金薄带对D D 3 单晶进行钎焊和暂存液相(T L P)连接试验，结果如图1 6 所示。做筛选试验后最终选定1 2 7 0 为焊接温度。在此温度下保温1 5 m i n 获得典型的钎焊组织(图1 6 a)；8 h 后，熔体中的富H f 金属间化合物部分被7+|y 共晶代替(图1 6 b)；2 4 h 后，液相基本消失，焊缝区产生大量枝晶状_ y7(图1 6 e)；4 8 h 后，获得了焊缝区和基体完全相同的显微组织(图1 6 d)

40、。用N i 1 0 4 c o 一8 5 c r-4 4 W 1 3 4 z r 合金最中间层合金也成功地钎焊和T L P 连接了D D 3 单晶合金。富z r 中间层合金的特性与钎接行为类似于上述富H f 中间层合金。万方数据第3 期H f 和z r 在高温材料中作用机理研究3 3图1 6 用富H f 中间层合金在1 2 7 0 下连接D D 3 单晶高温合金的显微组织F i g 1 6M i c m s t m c t u r eo fD D 3s i n g l ec r y s t a la l l o yb o n d e db yH f-r i c h e di n t e d a

41、 y e ra l l o ya t1 2 7 0 Cf o rd i f f r e n tt i m e(a)1 5 m i n；(b)8 h；(c)2 4 h；(d)4 8 h8N i A l H f 共晶复合材料选择了N i 一5 8 A l 一3 2 H f 和N i 4 A l 一2 6 H f-8 C r 一4 w两种合金成分，通过定向凝固技术得到了N i，A l+N i，H f 2 片状定向共晶组织，实际上是以1 一N i，A l 为基，以片状N i，H f 2 为增强体的自生复合材料。在温度梯度G=2 5 0 c m 4 条件下，N i 5 8 A l 一3 2 H f 合金

42、当R=5 斗m s。时，得到了完整的片层组织，确定了该共晶复合材料的临界G 尺值为5 1 0 5 s c m _。N i 4 A l-2 6 H f _ 8 C r 4 w 的临界C R 值为7 1 0 6 s c m-参考文献：1 蔡玉林，郑运荣铸造镍基高温合金枝晶间强化机理的研究 J 航空学报，1 9 7 8，(3)：9 7 一1 1 0 2 郑运荣，蔡玉林含H f 铸造镍基高温合金中N i，H f 的转变和次生M c f 2)的形成 J 金属学报，1 9 8 0，1 6(2)：1 5 1一1 5 8 3 蔡玉林，郑运荣K 0 0 2 和K 1 9 H 合金组织稳定性的研究 J 航空学报，

43、1 9 8 0，l(2)：8 9 9 7 4 Z H E N GY u n r o n g，c A IY u-I i n P h a s et r a n s f o m a t i o ni nh a f h i u m b e 8 r i n gc a s tn i c k e l-b a 8 es u p e r a l l o y s A T i e nJK，e t 口z s u p e r 8 l l o y s1 9 8 0 c 0 h i o：A s M，1 9 8 0 4 6 54 7 2 5 马淑琴，郑运荣，蔡玉林铸造镍基高温合金中N i，z r 的溶解与转变 J 金属学报，

44、1 9 8 1，1 7(5)：1 5 1 一1 5 8 6 蔡玉林，郑运荣高温合金的金相研究 M 北京：国防工业出版社，1 9 8 6 1 1 9 1 4 2 7 郑运荣，张德堂高温合金与钢的彩色金相研究 M 北京：国防工业出版社，1 9 9 9 1 4 1 2 0 3 8 郑运荣，蔡玉林影响铸造镍基高温合金中温持久性能的某些因紊 D 。北京：中国航空科技文献H J B 8 3 0 1 1 7，1 9 8 3 9 z H E N GY u n r o n g，w A N GY u-p i n g，x I EJ i z h o u，e Z E f f e c to fc h e m i s t

45、r ym o d i f i c a t i o n sa n dh e a tt r e a t m e n t so nt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fD sM a r M 2 0 0s u p e r a I l o y A R e i c h m a nS，e 口Z S u p e m l l o y s1 9 8 8 c P e n n s y l v a n i a：T M S 1 9 8 8 3 3 5 3 4 4 1 0 郑运荣，蔡玉林，阮中慈铸造镍基合金中以z r 代H f的研究 J 金属学报，1 9 8 7，2 3

46、(5)：A 4 3 0 4 3 3 1 1 郑运荣，蔡玉林，王罗宝影响含H f 定向凝固合金初熔的某些因素 J 金属学报，1 9 8 3，1 9(3)：A 1 9 0 1 9 6 1 2 郑运荣D z 2 2 定向高温合金的初熔及其控制 J 航空学报，1 9 8 6，7(5)：4 8 2 4 8 9 1 3 z H E N GY u n r o n g，w A N GL u o b 8 0，L Ic h e n g g o n g I n n u e n c eo fc a r b o nc o n t e n ta n ds o l i d i f i c a t i o nc o n d

47、i t i o no ni n c i p i e n tm e l t i n go fD ss u p e r a u o yM a r M 2 0 0 J C h i n JM e tS c iT e c h n o l，1 9 8 9(2)：9 0 9 5 1 4 郑运荣，蔡玉林，高平微量合金化对K 5 合金凝固过程的影响 J 航空材料，1 9 8 3，3(1)：2 3 2 9 1 5 郑运荣，陈红D z 3 及其改型定向凝固合金的凝固特性 J 航空材料，1 9 8 5，(1)：1 0 1 6 1 6 郑运荣H f 在铸造高温合金凝固过程中的作用 J 金属学报(A)，1 9 8 6，2

48、 2(2)：1 1 9 1 2 4，1 7 郑运荣微量锆对D z 3 高温合金凝固行为的影响 J 金属科学与工艺，1 9 8 8，7(3)：4 0 4 6 1 8 郑运荣铪对铸造镍基高温合金焊接裂纹的影响 J 焊接学报，1 9 8 8，9(3)：1 6 l 一1 7 0 1 9 z H E N GY u n r o n g，L IC h e n g g o n g S k i ne f&c to fH f-r i c hm e l t sa n ds o m ea s p e c t si ni t su s a g ef o rH f-c o n t a i n i n gc a 8 t 万

49、方数据3 4航空材料学报第2 6 卷n i c k e l b a s es u p e r a l l o y s A R e i c h m a ns，e t Z s u p e r-A l l o y 81 9 8 8 c P e n n s y l v a n i a：T M s，1 9 8 8 4 7 5 4 8 4 2 0 郑运荣，马书伟富H f 熔体与A l：O，陶瓷的界面反应 J 理学x 射线衍射仪用户协会论文选集，1 9 9 7，(2)：6 5 6 9 2 1 z H E N GY u n r o n g，R U A Nz h o n g-c i M i c r o s t

50、r u c t u r ea n dp e r f o 瑚a n c eo fN i-H fb m z i n gf i u e ra l l o y J A c t aM e t a l-l u r g i c 8s i n i c a(E n g l i s he d i t i o n)(B)，1 9 9 0，3(5)：3 3 53 4 0 2 2 z H E N GY，z H A 0L，T A N G R IK M i c r o s t r u c t u r eo fN i 一1 0 C o 一8 C r 4 W 一1 3 Z ra l l o ya n di t sb o n d