免费论文：Ni3Al基单晶合金IC6SX再结晶行为研究及控制

先进燃气涡轮发动机的工作叶片和导向叶片采用单晶高温合金制造是必然的发展趋势。但是定向凝固和单晶叶片的制造和使用过程中都有一个不容忽视的问题——表面再结晶。铸造叶片在制造过程中经受脱壳、吹砂、喷丸、机械抛光或碰撞损伤等表面塑性变形，如果叶片材料的再结晶温度低于热处理温度，在热处理或高温使用过程中塑性变形区将发生再结晶。单晶合金一般少有晶界强化元素，再结晶的存在会显著降低单晶合金的疲劳寿命和断裂强度。IC6SX是1050～1150℃范围使用的高性能Ni3Al基合金，已成功应用与航空发动机的导向叶片。在IC6SX合金单晶导向叶片的生产过程中出现的再结晶，有可能降低合金的力学性能。本文研究了Ni3Al基单晶高温合金IC6SX的表面再结晶行为及其对合金的力学性能的影响程度，探讨了改善和控制再结晶程度的方法。研究了铸件表面各种不同机械处理的IC6SX合金的再结晶的行为。结果表明，经过干吹砂、水吹砂、打坑、喷丸、抛光的试样的再结晶形核温度区间分别是： 900～950℃、1000～1100℃、1200～1220℃、1220～1240℃和1220～1240℃；初始再结晶完成温度分别是1200～1210℃、1100～1200℃、1220～1240℃、1240～1260℃和1240～1260℃。根据再结晶温度推断这几种处理方法的变形量按照：抛光/干吹砂＞打坑＞水吹砂/喷丸的顺序递减。研究了IC6SX合金在固溶处理制度（1260℃/10h）下再结晶的行为及回复退火对再结晶的抑制作用。在固溶处理制度下，不同机械处理方式的试样再结晶厚度按照砂轮粗抛、干吹砂、先砂轮粗抛再毡轮细抛、喷丸/水吹砂、毡轮细抛的顺序减小。铸态试样的再结晶层厚度要明显大于固溶态试样的再结晶厚度，对再结晶更为敏感。并且随着试样表面变形量（吹砂时间）的增加，再结晶晶粒尺寸逐渐增大，而再结晶层的平均厚度变化不大。900℃/2h的回复退火能够有效的改善固溶处理产生的再结晶，但是不能完全消除再结晶。1150℃/2h的回复退火基本上没有起到改善再结晶的作用。这是因为，IC6SX合金是低层错能合金，位错攀移或交滑移困难，位错塞积在γ/γ＇界面内而不易被回复退火消除。研究了IC6SX合金在钎焊制度（1150℃/30min+1230℃/40min）下的再结晶行为及回复退火对再结晶的抑制的作用。在钎焊制度下只有铸态和固溶态的干吹砂、抛光试样产生再结晶。不同的变形量（吹砂时间不同）对再结晶的组织没有显著的影响。通过回复退火改善钎焊处理产生的再结晶时，900℃/2h的回复退火基本上没有起到改善再结晶的作用。900℃/2h+炉冷的回复退火能够有效的改善再结晶，基本上可以完全消除再结晶。研究了IC6SX合金的表面再结晶微观结构演变。表面再结晶的长大与γ＇相溶解有关，在γ＇相溶解温度（～1250℃）以上再结晶热处理，使再结晶层厚度迅速增加; 在γ＇相溶解温度以下，粗大的γ＇相阻止或者推迟再结晶向基体推移。IC6SX合金发生表面再结晶时在枝晶干优先形核，但是向枝晶间长大的速度比枝晶干大。枝晶干中粗大的γ＇相阻碍再结晶长大，并在再结晶与基体的界面上形成一种胞状转变结构。与其他Ni基高温合金相比，IC6SX合金由于具有较高的γ＇相体积分数和较大的γ＇相相尺寸而具有较高的再结晶温度。研究了再结晶对IC6SX合金力学性能的影响。固溶处理后的再结晶试样1100℃/130MPa持久寿命平均降低6%；而钎焊热处理后的再结晶试样1100℃/130MPa持久寿命平均降低28%。两种热处理制度下的再结晶对室温瞬时拉伸性能和1100℃室温冷热疲劳性能均影响不大。

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