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本文以Co-Ti-V基高温合金为研究对象,利用SEM、XRD、TEM、DSC和高温压缩实验等测试方法,研究不同含量的Hf、Re、Ru、Ta和Ni元素对Co-Ti-V高温合金γ′相形貌、γ/γ′两相晶格错配度、元素分配行为、γ′相溶解温度以及合金高温力学性能的影响。主要得出以下结论:
钴基合金中分别加入1%(原子百分数)以内的Hf和Re元素,合金中析出γ基体相和γ′强化相,没有明显杂相出现。随着Hf和Re含量的增加,合金中γ/γ′两相的晶格错配度均降低。Co、Hf和Re元素倾向于分配到γ相中,并在γ相富集。Ti和V元素倾向于分配到γ′相中,并在γ′相中富集。另外,Re元素对Ti和V元素向γ′强化相中分配具有一定的促进作用。与基体合金相比,0.5%Hf、1%Hf、0.5%Re和1%Re合金的室温维氏硬度均有不同程度的增加。在0Hf、0.5%Hf、1%Hf、0.5%Re和1%Re合金中,1%Re合金的室温维氏硬度最大。随着Hf含量的增加,合金的高温屈服强度和极限强度均呈现先减小后增大的趋势。在0Hf、0.5%Hf和1%Hf合金中,1%Hf合金的高温屈服强度和极限强度最高。随着Re含量的增加,合金的高温屈服强度和极限强度呈现线性增加的趋势。
在钴基合金中加入1%(原子百分数)以内的Ru元素,合金组织主要由γ基体相和γ′强化相组成。然而合金中加入2%以内的Ta元素,合金中析出了Co3V相。随着Ru和Ta含量的增加,合金中γ/γ′两相晶格错配度均增加。Ru和Ta元素倾向于分配到γ′相中,并在γ′相中富集。另外,Ru和Ta元素对Ti和V元素向γ′强化相中分配具有一定的促进作用。0Ru、0.5%Ru和1%Ru合金γ′相溶解温度分别为1103℃、1104℃和1101℃。当Ru含量从0增加到0.5%时,合金维氏硬度增加,当Ru含量增加到1%时,合金的维氏硬度略有减小。随着Ta含量的增加,合金的维氏硬度呈明显上升趋势。在0Ru、0.5%Ru、1%Ru、1%Ta和2%Ta合金中,2%Ta合金的室温维氏硬度最大。随着Ru含量的增加,合金的高温屈服强度和极限强度均呈现先增大后减小的趋势。在0Ru、0.5%Ru和1%Ru合金中,0.5%Ru合金的高温屈服强度和极限强度最高。当Ta含量从0增加到1%时,合金的高温屈服强度和极限强度明显增加。经高温压缩后,0.5%Ru合金和1%Ta合金γ′相内位错剪切较少,位错不能有效剪切γ′相,使得γ′相形态基本保持完整,所以能起到较好的强化作用。
钴基合金中加入10%(原子百分数)以内的Ni元素,合金组织主要由γ基体相和γ′强化相组成。随着Ni含量的增加,合金中γ/γ′两相晶格错配度减小。Ni元素倾向于分配到γ′相中,并在γ′强化相中富集。0Ni、5%Ni和10%Ni合金的γ′相溶解温度分别为1167℃、1114℃和1108℃。与基体合金相比,5%Ni和10%Ni合金的室温维氏硬度均有显著增加。在0Ni、5%Ni和10%Ni合金中,10%Ni合金的室温维氏硬度最大。随着Ni含量的增加,合金的高温屈服强度和极限强度均呈现了先减小后增大的趋势。在0Ni、5%Ni和10%Ni合金中,10%Ni合金的高温屈服强度和极限强度最高。经高温压缩后,基体合金和10%Ni合金中γ′相都能被位错剪切,但位错不能有效的剪切γ′相,所以γ′相能起到一定的强化效果。
钴基合金中分别加入1%(原子百分数)以内的Hf和Re元素,合金中析出γ基体相和γ′强化相,没有明显杂相出现。随着Hf和Re含量的增加,合金中γ/γ′两相的晶格错配度均降低。Co、Hf和Re元素倾向于分配到γ相中,并在γ相富集。Ti和V元素倾向于分配到γ′相中,并在γ′相中富集。另外,Re元素对Ti和V元素向γ′强化相中分配具有一定的促进作用。与基体合金相比,0.5%Hf、1%Hf、0.5%Re和1%Re合金的室温维氏硬度均有不同程度的增加。在0Hf、0.5%Hf、1%Hf、0.5%Re和1%Re合金中,1%Re合金的室温维氏硬度最大。随着Hf含量的增加,合金的高温屈服强度和极限强度均呈现先减小后增大的趋势。在0Hf、0.5%Hf和1%Hf合金中,1%Hf合金的高温屈服强度和极限强度最高。随着Re含量的增加,合金的高温屈服强度和极限强度呈现线性增加的趋势。
在钴基合金中加入1%(原子百分数)以内的Ru元素,合金组织主要由γ基体相和γ′强化相组成。然而合金中加入2%以内的Ta元素,合金中析出了Co3V相。随着Ru和Ta含量的增加,合金中γ/γ′两相晶格错配度均增加。Ru和Ta元素倾向于分配到γ′相中,并在γ′相中富集。另外,Ru和Ta元素对Ti和V元素向γ′强化相中分配具有一定的促进作用。0Ru、0.5%Ru和1%Ru合金γ′相溶解温度分别为1103℃、1104℃和1101℃。当Ru含量从0增加到0.5%时,合金维氏硬度增加,当Ru含量增加到1%时,合金的维氏硬度略有减小。随着Ta含量的增加,合金的维氏硬度呈明显上升趋势。在0Ru、0.5%Ru、1%Ru、1%Ta和2%Ta合金中,2%Ta合金的室温维氏硬度最大。随着Ru含量的增加,合金的高温屈服强度和极限强度均呈现先增大后减小的趋势。在0Ru、0.5%Ru和1%Ru合金中,0.5%Ru合金的高温屈服强度和极限强度最高。当Ta含量从0增加到1%时,合金的高温屈服强度和极限强度明显增加。经高温压缩后,0.5%Ru合金和1%Ta合金γ′相内位错剪切较少,位错不能有效剪切γ′相,使得γ′相形态基本保持完整,所以能起到较好的强化作用。
钴基合金中加入10%(原子百分数)以内的Ni元素,合金组织主要由γ基体相和γ′强化相组成。随着Ni含量的增加,合金中γ/γ′两相晶格错配度减小。Ni元素倾向于分配到γ′相中,并在γ′强化相中富集。0Ni、5%Ni和10%Ni合金的γ′相溶解温度分别为1167℃、1114℃和1108℃。与基体合金相比,5%Ni和10%Ni合金的室温维氏硬度均有显著增加。在0Ni、5%Ni和10%Ni合金中,10%Ni合金的室温维氏硬度最大。随着Ni含量的增加,合金的高温屈服强度和极限强度均呈现了先减小后增大的趋势。在0Ni、5%Ni和10%Ni合金中,10%Ni合金的高温屈服强度和极限强度最高。经高温压缩后,基体合金和10%Ni合金中γ′相都能被位错剪切,但位错不能有效的剪切γ′相,所以γ′相能起到一定的强化效果。