新型低膨胀thermospan高温合金的研究

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1、沈阳工业大学博士学位论文摘要本文针对低膨胀高温合金的性能缺点，以Thellno．Span合金为研究对象，通过适当降低Cr含量来降低热膨胀系数，提高趾含量来补偿降Cr引起的抗氧化性能下降，并提高y相的析出量和稳定性。通过加入微量元素磷和硼并配合热处理来强化晶界，改善抗缺口敏感性能，全面优化合金的性能。比较系统地研究了Al、Cr、P、B在合金加工处理过程中的行为及其对组织和性能的影响规律，发展了提高低膨胀高温合金综合使用性能的方法。研究了Cr和Al对Thermo-Span合金组织和性能的影响。Cr含量由5．5帆％降低到3．0wt％，Al含量由0．

2、45wL％提高到l-5wt％，11脚no．Span合金的0～800℃热膨胀系数显著降低。降Cr提灿增加丫7相析出量，合金的室温拉伸和650"C拉伸强度有所提高，拉伸塑性变化不大；显著提高650℃／60卟口a的光滑持久寿命，但合金表现出明显的缺口敏感性。650"C下的抗氧化性虽有所降低。但仍保持完全抗氧化级别。氧化层与基体界面处Cr的富集减少，但舢的富集明显增强，可以补偿降低Cr含量引起的抗氧化性能下降。研究了磷和硼对合金铸态组织的影响，证实磷、硼促进凝固偏析和Laves相析出。当磷含量为O．05wt．％时，合金中析出Ti．P相。当硼含量为0．

3、5wt％时，合金以(B-Nbphase竹)共晶反应结束凝固。磷对Thermo-Span合金的熔点温度影响不大。硼含量低于0．1wt．％时，对合金熔点温度无明显影响：当硼含量达到0．5wt％时，由于析出(B舳phaseht)共晶，合金的熔点湿度显著降低。研究了标准热处理条件下磷、硼对降Cf提朋的改型ThgTmo-Span合金组织和性能的影响。磷对合金的晶粒度大小和T楣析出没有明显影响。．r’相呈细小的圆粒状均匀分布于基体中，晶界析出Lavg$相。磷影响晶界析出相的形态和数量。磷含量为0．001wt％时，晶界析出呈块状；当磷含量增加到0．023w

4、t％时，晶界析出呈由圆粒组成的链状；磷含量增加到0．05wt％时，晶界析出数量减少，含磷相增多。含磷相大多分布于晶界，也有少量分布于晶内。磷对合金的室温拉伸和650℃拉伸性能影响不大，却显著降新型低膨胀Thermo-Span高温合金的研究低合金650"C／600MPa的持久性能。晶界磷化物析出导致持久性能恶化。硼含量低于O．1wt％时，晶界析出减少：当硼含量为O．5wt％时，晶界析出增多，呈小粒状密集分布。硼对合金的室温拉伸影响不大。硼含量为O．1wt％时，合金的持久性能只有38h；当硼含量增加到O．5wt．％时，合金的持久性能又显著增高。合

5、金的650"C／100h氧化动力学曲线遵循抛物线规律。当磷含量为0．023wt％时，氧化速率最低，合金表现出良好的抗氧化性。经650"C／550h氧化后，Thermo-Span合金形成的氧化层分两部分，即氧化表层和氧化过渡层。氧化表层富Fc、co和0元素，氧化过渡层则富～、Cr和bib等元素。表面形成的氧化物由针状的Fe、Co氧化物和块状Co氧化物组成，针状氧化物疏松，而Co的氧化物致密。磷含量为0．001wt．％时，氧化表面主要为针状Fe、Co的氧化物。磷含量为O．023wt．％时，合金表面氧化物主要为小块状co的氧化物及少量的Fe、Co的

6、氧化物组成。磷含量增加到0．05wt．％时，Co的氧化物及Fe、Co的氧化物含量介于两者之间。研究了固溶冷却方法对合金持久性能的影响。固溶温度由1093℃提高到1160℃，再进行标准时效处理，改型合金650。C／600MPa的持久性能显著降低。但此时随磷含量增加，合金的650"C／600MPa的持久性能明显提高。增大1093"(3固溶后的冷却速度，即由空冷变为水冷，再进行标准的时效处理，含O．5wt％硼的改型合金具有较好的光滑持久性能，同时缺口敏感性消失。通过对标准Thermo-Span合金降Cr提Al，并在合金中加入0．5wt．％硼，采用1

7、093℃固溶水冷，然后标准时效处理的热处理制度，获得了一种新型的Thermo-Span合金。与标准Thermo-Slma合金比较，该合金具有更低的热膨胀系数，良好的抗氧化性和优良的综合力学性能。关键词：Thermo-Spaa合金，Cf，AI，P，B，力学性能，缺口敏感，低膨胀高温合金．Ⅱ．沈阳工业大学博士学位论文Inthisdissertation,theTberme

8、-SpanalloywasmodifiedwithAt,Cr,PandBtoimproveitscombinedproperties．n抡goalofthisworkliesi

9、nfindingawaytodevelopanewlowthermalexpansionsuperalinywithlowerthermalexpansioncoe