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一种镍基单晶高温合金的高温度梯度定向凝固组织及枝晶偏析

来源期刊:金属学报2010年第1期

论文作者:刘刚 刘林 赵新宝 张卫国 金涛 张军 傅恒志

文章页码:77 - 83

关键词:镍基单晶高温合金; 高温度梯度; 枝晶偏析; 微观组织

Key words:Ni-based single crystal superalloy; high thermal gradient; microsegregation; microstructure

摘    要:采用双区加热和液态金属冷却法(LMC)相结合,对一种含4%Re(质量分数)的镍基单晶高温合金进行了高温度梯度定向凝固。结果表明:与传统的"高速凝固法(HRS)"(温度梯度G=20-40 K/cm,抽拉速率V=50-100μm/s,一次枝晶间距λ1=200-400μm)相比,该技术可以显著提高凝固界面前沿的温度梯度(G=238 K/cm)和抽拉速率(V=500μm/s)。随着抽拉速率的提高,凝固界面形态呈现出平面、胞状、粗大枝晶和细枝晶形态,一次枝晶间距不断减小,通过固态相变析出的γ′强化相也被显著细化,当G=238 K/cm,V=500μm/s时,λ1和枝晶干γ′相平均尺寸分别减小到61.3和0.04μm。电子探针测定表明,随着抽拉速率的提高,枝晶偏析呈现先增大后减小的趋势。这是高温度梯度条件下,固相反扩散作用强烈影响元素在枝晶中分布的结果。

Abstract: In order to understand the effect of high thermal gradient on the microsegregation of refractory elements in Ni-based superalloys,a Ni-based single crystal superalloy containing 4% Re(mass fraction) was prepared by dual heating zone melting and liquid-metal cooling(LMC) directional solidification technique.Comparing with the traditional high rate solidification(HRS) method with thermal gradient G=20-40 K/cm,withdrawal rate V=50-100μm/s and primary dendritic arm spacing λ1=200-400μm,this technique can significantly increase the thermal gradient(up to 238 K/cm) and withdrawal rates(up to 500μm/s).Planar-like and cellular-like solid-liquid interfaces,coarse dendrite and fine dendrite were sequentially obtained with increasing withdrawal rates.Under the condition of G=238 K/cm and V=500μm/s,the primary dendritic arm spacingλ1 and the mean size of γ’ precipitates(in dendrite core) obviously decreased to 61.3 and 0.04μm,respectively.In addition,the microsegregation increased initially and then decreased with increasing withdrawal rate,especially for the microsegregations of W and Re.EPMA line scan indicated that solid-back diffusion has an obvious influence on the microsegregation for the fine dendrite structure under high thermal gradient directional solidification.

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一种镍基单晶高温合金的高温度梯度定向凝固组织及枝晶偏析

刘刚1,刘林1,赵新宝1,张卫国1,金涛2,张军1,傅恒志2

(1.陕西省西安市西北工业大学凝固技术国家重点实验室
2.中国科学院 金属研究所,沈阳 110016)

摘 要:采用双区加热和液态金属冷却法(LMC)相结合,对一种含4%Re(质量分数)的镍基单晶高温合金进行了高温度梯度定向凝固。结果表明:与传统的"高速凝固法(HRS)"(温度梯度G=20-40 K/cm,抽拉速率V=50-100μm/s,一次枝晶间距λ1=200-400μm)相比,该技术可以显著提高凝固界面前沿的温度梯度(G=238 K/cm)和抽拉速率(V=500μm/s)。随着抽拉速率的提高,凝固界面形态呈现出平面、胞状、粗大枝晶和细枝晶形态,一次枝晶间距不断减小,通过固态相变析出的γ′强化相也被显著细化,当G=238 K/cm,V=500μm/s时,λ1和枝晶干γ′相平均尺寸分别减小到61.3和0.04μm。电子探针测定表明,随着抽拉速率的提高,枝晶偏析呈现先增大后减小的趋势。这是高温度梯度条件下,固相反扩散作用强烈影响元素在枝晶中分布的结果。

关键词:镍基单晶高温合金; 高温度梯度; 枝晶偏析; 微观组织

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