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第 27卷第 3期航空材料学报 Vol 27, No 3
2007年 6月 JOURNAL OF AERONAUTICAL MATER IALS June 2007 2
高温2度2 梯度定向2 2凝固下 Ni NbC合金的组织演化
宋艳2 平, 李2双明, 傅恒志
(西北工业大学凝固技术国家重点实验室, 西安 710072)
摘要: 在温度梯度 300K/cm和定向凝固速率 5~20μm / s下, N i 10. 6wt%NbC合金以平界面方式凝固,当凝固速率
达到 50μm / s时,合金凝固组织中出现共晶胞状组织。随定向凝固速率的增大,三叶状和点状形态的 NbC相向条
状 NbC相过渡。当定向凝固速率从 2μm / s跃迁变化到 10μm / s时, N i 10. 6wt%NbC合金凝固组织仍然以规则共晶
生长;而跃迁变化到 50和 100μm / s时,出现起伏较大的共晶胞状组织和初生相 N i枝晶的生长。另外采用速率跃
迁变化可以细化恒定定向凝固速率下的组织,组织的细化是通过 NbC相重新成核,使纤维间距减少进行的。
关键词: N i NbC合金; 定向凝固; 界面形态; 规则共晶
中图分类号: TG146 1 + 5 文献标识码: A 文章编号: 1005 5053 (2007) 03 0006 05
镍基高温合金是目前航空发动机和工业燃气轮固速率)下合金凝固组织的变化特征,为该合金的
机涡轮叶片的主要用材,在先进的飞机发动机中该制备和凝固组织控制提供技术指导。
合金的使用温度高达 1050℃,达到了合金熔点的
85% ,已到了合金使用温度的上限[ 1 ] 。随着推重比 1 实验过程
的增加,涡轮进口温度增高,要求材料的承载温度进
一步提高,从而对涡轮叶片材料提出了更苛刻的要实验采用 99. 9%的纯 N i和 NbC粉末按共晶成
求。N i NbC共晶高温合金,以 N i为基体, NbC纤维分 N i 11wt%NbC配料,在真空感应炉内熔炼配制成
起增强作用,作为复合强化的高温结构材料,使用温铸锭,取铸锭的中间部位用电感耦合等离子发射光
度可达其熔点的 90% ,与高温合金相比,其高温强谱( ICP)分析其成分为 N i 10. 6wt% NbC,接近共晶
度和屈服特性都很优越,有潜在的应用价值,因而引点成分。将铸锭线切割成定向凝固的试样,尺寸为
~
起了国内外学者的广泛关注[ 2 8 ] 。 2. 9mm × 100mm。
目前该类材料的制备及应用中主要存在以下两采用亚快速定向凝固装置进行实验研究,实验
大问题[ 9 ] : (1)材料的纵向力学性能较好,横向性能中原始试样先用砂纸打磨,再用丙酮清洗吹干后放
较差,特别是断裂韧性较低; (2)为保持合金凝固的入 3 × 150mm的高纯刚玉管中,在氩气保护气氛下
界面稳定性,凝固速率小,生产效率低,如 Gridnev 进行定向凝固。试样由石墨发热体加热至 1600℃,
等人在 N i 10wt%NbC亚共晶合金中研究结果表明, 保温 15m in后采用不同的凝固速率进