DZ125L镍基沉淀硬化型定向凝固柱晶高温合金分析与研究
DZ125定向凝固高温合金的超声疲劳行为研究
失效 分析与预防
Ａ ｒ 。０ １ ｐｉ ２ １ ｌ
Ｖ １ ６。 ． ｏ ． Ｎｏ ２
Ｄ １５定 向凝 固高 温 合 金 的超 声 疲 劳 行 为研 究 Ｚ２
顾玉丽 ，陶春 虎 ，何 玉怀 ，胡春燕
（ 北京航 空材料研 究 院， 航 空工业集 团公 司失效分析 中心 ， 中国 试金石检测科技 有限公 司 ， 京 １ ０５ 北 ０ ９） ０
（ ＶＣＦ ｉ ｒ Ａ ａｙｉＣ ｎｅ， ｅ ｇＩｓ ｔ ｅ ｆ ｅ ｎ ｕｉ ｌ ｔ ｉｌ， Ａ Ｉ ａｌ ｅ ｎ ｌ ｓ ｅｔ Ｂ ｎ ｎｔｕ Ａ ｒａ ｔ ａ ｅ ａｓ ｕ ｓ ｒ ｉｔｏ ｏ ｃ Ｍａ ｒ Ｔｕｈｔｎ ｅｉｇＩｎｖｔ ｎＣ ｏｅ ｔ ｎ Ｂ ｎ ０ ０ ５ Ｃ ｉ ） ｏｃｓ ｅＴｓｎ ｏａｉ ｏｐｒ ｉ ， ｅ ｇ １０ ９ ， ｈｎ ｏ ｔ ｎ ｏ ａｏ ａ
Ｕｌ ａ ｏ ｉ ａ ｉｕ ｈ ｖ ｏ ｆＤｉｅ ｔ ｎ ｌ ｏ ｉ ｉ ｅ ｕ ｅ ｌ ｙ ＤＺ１ ５ ｔ ｓ ｎ ｃ Ｆ ｔｇ ｅ Ｂｅ ａ ｉ ｒ ｏ ｒ ｃ ｉ ａ ｌ Ｓ ｌ ｆ ｄ Ｓ ｐ ｒｌ ｒ ｏ ｙ ｄｉ ｏ ２
ＧＵ Ｙｕ １ ，Ｔ ｕ ． ｕ，ＨＥ Ｙｕ ｈ ａ ，ＨＵ Ｃ ｕ ＇ ａ ． ｉ ＡＯ Ｃｈ ｎ ｈ ．ｕ ｉ ｈ ｎｙｎ
疲劳断 口的起源区 由多个斜面组成 ， 存在明显 的滑移 台阶形貌特征 ， 从合金 的超声疲 劳裂 纹扩展 形态来 看 ， 随着应 力幅的减 小， 裂纹第一阶段的扩展更加明显 ， 扩展距离更长 ； 表面粗糙度 的测量结果 表明 ， 合金超 声疲劳后 的裂纹起 源处的表 面粗糙
度在应力幅为 ４ ０Ｍ ａ时的试样表 面发生了明显的变化。 ０ Ｐ
定向凝固和单晶高温合金的再结晶研究
第 1期
张
兵, 姜
涛 , 陶春虎 : 定向 凝固和单晶高温合金的再结晶研究
57
陷。然而, 如果叶片在生产过程中受到冷变形 , 如 磕碰、 吹砂、 机械加工等, 又在高于再结晶温度下 停留 , 叶片就会发生再结晶。定向凝固和单晶高温 合金的再结晶与变形金属的再结晶有着本质区别。 1. 1 再结晶温度定义的局限性 对于变形合金而言, 再结晶温度是指经过大 量变形 ( 变形度 > 70 % ) 的合金在约 1h 的保温时 间内, 能够完成再结晶 ( 再结晶体积分数 > 95 % ) 的最低加热温度。定向凝固和单晶高温合金在制 造过程中一般不经历冷变形过程, 因此, 这一定义 不适用于定向凝固和单晶高温合金。 1. 2 再结晶对材料的影响 变形金属的再 结晶在工程上 得到广泛 的应 用 , 如利用再结晶使晶粒得到细化从而提高金属 的强度、 塑性和疲劳强度。同时 , 变形金属再结晶 后的组织与冷加工前的组织是相同的 , 再结晶后 合金的性能与冷加工前的性能也大致相同。例如 一种合金经冷拉加工时, 因为加工硬化而塑性降 低 , 继续冷拉成形很困难。若将此半成品给予再 结晶退火 , 合金的塑性得以恢复, 因而容易变形, 可以继续冷拉加工。 与变形金属的再结晶不同 , 定向凝固和单晶 高温合金再结晶前后的组织形貌完全不同, 再结 晶形成的等轴晶粒与基体 的柱状晶存在 本质差 别。再结晶组织在定向凝固和单晶高温合金中引 入了横向晶界, 降低了合金的性能, 尤其是高温持 久、 疲劳等性能。 1. 3 定向凝固和单晶高温合金的再结晶特点 1. 3. 1 再结晶基本局限于表面 定向凝固和单晶高温合金一般不经历冷变形 过程, 因此, 从理论上讲, 定向凝固和单晶高温合 金在正常情况下不会出现再结晶 , 除非在叶片生 产过程中受到偶然的冷变形 , 如磕碰、 吹砂、 机械 加工等 , 而这些工艺过程导致的冷变形基本局限 于表层 , 在高于再结晶的温度下形成表面再结晶 层 , 这与变形合金有着本质的区别。 1. 3. 2 再结晶温度较高 对于大多数变形合金而言 , 其发生完全再结 晶的温度约为 0 . 4~ 0 . 6 T m ( Tm 为合金的熔点, 单 位为 K ); 但对镍基定向凝 固和单晶高温 合金而 言 , 其熔点大约在 1 600K, 按 0 . 4~ 0 . 6 T m 估算, 其再结晶温度仅处于 640~ 960K 之间, 远低于目 前所测定的大多数镍基定向凝固和单晶高温合金 开始发生再结晶的温度。采用金相分析的方法,
DZ125定向凝固合金的再结晶行为研究
2009年8月第4卷 第3期失效分析与预防A ugust ,2009V o.l 4,N o .3[收稿日期]2009年2月20日[修订日期]2009年6月3日[作者简介]刘昌奎(1976年-),男,博士研究生,工程师,主要从事材料与结构的损伤、失效分析等方面的研究。
DZ125定向凝固合金的再结晶行为研究刘昌奎,张 兵,陶春虎,胡春燕(北京航空材料研究院,中国航空工业集团公司失效分析中心,北京100095)[摘 要]研究了DZ125定向凝固合金发生再结晶的温度条件以及吹砂条件对其再结晶行为的影响。
结果表明:铸态和热处理态DZ125定向凝固合金开始发生再结晶的温度基本相同,均在1000~1050e 范围内;该合金的再结晶深度随热处理温度的升高而增大,当热处理温度低于1150e 时,增大的幅度较小,当温度超过1150e 后,再结晶深度迅速增大,C c 相的溶解是DZ125合金再结晶的控制因素;随着吹砂压力或吹砂时间的增加,DZ125合金表面变形量增大,再结晶深度也随之增大。
[关键词]定向凝固;DZ125合金;再结晶;热处理;吹砂[中图分类号]O783 [文献标志码]A [文章编号]1673-6214(2009)03-0129-04R ecrystallizati on Behavior of D irecti onall y Soli d ified DZ125Superall oyL I U Chang -ku,i Z HANG B ing ,TAO Chun -hu ,HU Chun -yan(B eij i ng Institute of A eronau ticalM ater i als ,AV IC Fail ure A nal y sis Cen ter,B eijing 100095,Chi na)Abstrac t :The recry sta llizati on temperature o f directi onall y so lified D Z125superall oy w as i nvesti ga ted ,and t he e ffects o f sand -b l asti ng para m e ters on the recrysta llizati on behav i o r o fD Z125superall oy we re a l so stud i ed .The results show t hat the critical te m-perature for recrysta lli zati on of DZ125supe ra lloy is be t w een 1000eand 1050e .It is a l so f ound t hat the recrystalliza ti on depthincreases w ith the rise o f the hea t treat m ent te m pe ra t ure .Be l ow 1150e ,t he recrysta lli zati on depth increases slow ly w it h thete m pera t ure r i s i ng ,wh ile above 1150e ,the recrystalliza ti on dep t h i ncreases qu ick l y w ith the te mperature cli m b i ng .The so l u -ti on of C c prec i p itates i s the cr iti ca l factor of t he recrysta llizati on behav i o r o f DZ125supera lloy .W ith t he i ncrease o f the deforma -ti on degree caused by i ncreasi ng sandb lasti ng pressure o r sandb l asti ng ti m e ,the recrystalliza tion depth i ncreases .K ey word s :d i recti ona ll y so lidifi ed ;D Z125supera lloy ;recrystalliza tion ;heat treat m ent ;sandblasti ng0 引言定向凝固合金具有很多优点,如在受力方向消除了与应力轴垂直的晶界,具有很高的热疲劳强度、持久蠕变强度、塑性以及良好的振动阻尼效果,是航空发动机涡轮叶片的主要用材[1]。
不同保载时间作用下的定向凝固合金DZ125的高温低循环疲劳试验研究
第30卷 第5期2010年10月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o l 130,N o 15 O ctobe r 2010不同保载时间作用下的定向凝固合金DZ125的高温低循环疲劳试验研究刘金龙, 杨晓光, 石多奇, 王井科(北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京100191)摘要:研究了定向凝固合金D Z125850e 时不同保载时间作用下的低循环疲劳行为。
进行了拉伸保载时间分别为1s ,60s ,120s 和240s 的试验,并进行了循环应力-应变分析、应变响应分析、疲劳寿命分析以及微观断口分析,结果表明,保载时间对低循环疲劳力学行为有明显影响,随着保载时间的增加疲劳寿命逐渐减小,但保载时间超过一定范围之后疲劳寿命趋于稳定,而且随保载时间的增加蠕变损伤逐渐起主导作用。
关键词:DZ125;保载时间;疲劳;蠕变DO I :1013969/j 1i ssn 11005-505312010151018中图分类号:TG132.3 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2010)05-0088-05收稿日期:2010-03-01;修订日期:2010-04-27作者简介:刘金龙(1982)),男,博士研究生,从事航空发动机热端部件材料强度研究,(E -ma il )lj@l sjp .buaa .edu .cn 。
DZ125合金是我国目前性能水平最高的定向凝固镍基高温合金之一[1],具有良好的高温综合性能及优异的热疲劳性能,是目前制造先进航空发动机涡轮叶片的关键材料。
从已有的文献来看[1~4],目前对定向凝固镍基高温合金的力学行为,如单向拉压疲劳和蠕变等[5~8],进行了一些研究,但对于航空发动机涡轮叶片,疲劳-蠕变的交互作用更能揭示涡轮叶片的破坏机理[9,10],因而研究合金在疲劳-蠕变载荷交互作用下的力学行为与微观破坏机理显得十分必要。
DZ125定向凝固高温合金在不同状态下的超高周疲劳行为研究
ＤＺ１２５定向凝固高温合金在不同状态下的超高周疲劳行为研究＊顾玉丽，陶春虎，佘 力，何玉怀，曲士昱（中航工业北京航空材料研究院航空材料检测与评价北京市重点实验室，北京１０００９５）摘要 研究了常规热处理和长期时效状态的ＤＺ１２５定向凝固高温合金在室温和７００℃下的超高周疲劳特征及其差异。
利用超声疲劳试验机测试了合金的超高周疲劳性能，采用扫描电镜研究了合金的疲劳断口特征，借助电子探针和纳米压痕测量仪分别测试了合金枝晶间和枝晶干的成分和弹性模量。
结果表明：两种热处理制度下ＤＺ１２５合金的枝晶间和枝晶干的弹性模量以及合金元素分配和偏析比差异不大；ＤＺ１２５合金在７００℃下的超高周疲劳性能低于室温，合金在室温下存在明显的频率效应，但在７００℃下不存在频率效应；室温和７００℃下，合金经过长期时效后的疲劳性能均有所降低，特别在７００℃下合金性能降低得更多。
室温下，ＤＺ１２５合金的两种热处理制度的超高周疲劳裂纹均起源于试样的表面；７００℃下，两种热处理制度的超高周疲劳裂纹均起源于试样的亚表面。
关键词 定向凝固高温合金 超高周疲劳 疲劳特征 元素分布 弹性模量中图分类号：Ｖ２５０．３ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１１８９６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－０２３Ｘ．２０１５．１０．０２６Ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ Ｃｙｃｌｅ Ｆａｔｉｇｕｅ Ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ ＤＺ１２５Ｕｎｄｅｒ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓＧＵ Ｙｕｌｉ，ＴＡＯ Ｃｈｕｎｈｕ，ＳＨＥ Ｌｉ，ＨＥ Ｙｕｈｕａｉ，ＱＵ Ｓｈｉｙｕ（Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，ＡＶＩＣ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９５）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｃｙｃｌｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ７００℃，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｏｆ ｔｈｅ ｄｉ－ｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ ＤＺ１２５ｗｉｔｈ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ａｎｄ ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ ａｇｉｎｇ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｃｙｃｌｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ＤＺ１２５ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｕｓｉｎｇ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｆａｔｉｇｕｅ ｔｅｓｔ ｍａｃｈｉｎｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆａ－ｔｉｇｕｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ｓｃａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ）．Ｔｈｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｎｄｒｉｔｉｃ ａｒｍ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｄｅｎｄｒｉｔｉｃ ｒｅｇｉｏｎ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｕｓｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｐｒｏｂｅ ｍｉｃｒｏ－ａｎａｌｙ－ｓｉｓ（ＥＰＭＡ）ａｎｄ ｎａｎｏ－ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｓｔｅｒ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｌａｓ－ｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｔｒｅａｔｅｄ ａｎｄ ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ ａｇｅｄ ＤＺ１２５ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｎｄｒｉｔｉｃ ａｒｍ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｄｅｎｄｒｉｔｉｃ ｒｅｇｉｏｎｗｅｒｅ ｓｌｉｇｈｔ．Ｔｈｅ ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｃｙｃｌｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｌｌｏｙｓ ｗｅｒｅ ｌｏｗｅｒ ａｔ ７００℃ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｅｆｆｅｃｔ ｉｓ ｍｏｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ａｔ ７００℃．Ｔｈｅ ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｃｙｃｌｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆＤＺ１２５ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ａｆｔｅｒ ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ ａｇｉｎｇ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｖｅｒ ｍｏｒｅ ａｔ ７００℃．Ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｃｒａｃｋｓ ｏｆ ｔｈｅａｌｌｏｙｓ ｗｉｔｈ ｔｗｏ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｂｏｔｈ ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｈｉｌｅ ｆｒｏｍｔｈｅ ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ａｔ ７００℃．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙ，ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｃｙｃｌｅ ｆａｔｉｇｕｅ，ｆａｔｉｇｕｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｄｉｓｔｒｉ－ｂｕｔｉｏｎ，ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ ＊国家自然科学基金（１１３０２２１２） 顾玉丽：女，１９７９年生，高级工程师，博士，主要从事材料的结构损伤分析研究 Ｔｅｌ：０１０－６２４９６６６７ Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｌｕｅｂｅｅ４６４６＠１６３．ｃｏｍ０ 引言以前，研究人员主要针对ＤＺ１２５合金开展了室温下的超高周疲劳行为研究，研究了不同热处理制度对其室温性能的影响，以及将合金的超高周疲劳性能与常规高周疲劳性能相比得到了频率效应［１－３］。
定向凝固DZ125合金的溶质分配系数及偏析行为的研究
* 国家 自然 科学基金项 目 50 8 27 10 2 , 国家重点基础研究发展计划项 目 2 0 10 C B 63 12 0 2 和凝固技术国家重点实验室 自主课题项 目 2 8一 P 一 09 资助 T 20 收到初稿 日期 : 2 0 0一 一 , 收到修改稿 日期 : 2 0 0一 8一 3 1 6 0 28 1 0 0 作者简介 : 闺志先, 男, 198 4 年 生, 博士 生
!! 二h 尸 g 二m o C io a 卿 " 1 oCB :o f h .20 别20习 ao d 才o R "!" h a二h 凡 " o s 才能K " a乙 df a 夕L " d 2 0 10 一 6 S 8l in ra 九""尸 2 0 !0 一0 8 一 3 " T 一 二勿阳 o o i 诉c is ed f rm f 一2 d 二二 1s n 卿 .:8一 :00刁 ig P re e e iv e , ev o
闭志先 沈 军 冯周荣 王灵水 刘 林 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 采用定向凝固技术结合液淬法对 D 2 25 合金平界面和枝晶生长条件下溶质的偏析行为进行了研究, 通过 E P M A 定量 1
测定 甲 基体中各元 素的溶质含量和淬火平界面两侧固相和液相 中的溶质含量 , 分别获得 了溶质再分配后固相中的溶质分布状态及 溶质分配系数. 结果表 明, 平界面生长条件下, 液相中的熔体流动使溶质再分布始终处于非稳态. A l, T i, T a f 和 C "元素的溶质分配系数大于 1 , 溶质分布状态满足 5 ch e l 模型. 枝 晶与平界 面生长的溶质偏析 ; i 行为基本一致 , 然而 , 固相 反扩散显著降低 了枝晶生长过程 中的溶质偏析 .
一种定向凝固镍基高温合金的高温低周疲劳行为
维普资讯
Ｏ ８年 第２ Ｏ 第 １ ３卷 ２月期
失效分析与预防 ． Ｎ ． １３． ｏ １
一
种 定 向凝 固镍 基 洎 △ 的 Ｉ 低 疲 劳 行 为 吉 Ｉ金 高洎 ’ 周 同皿 ＝ ｉ 同 ｎ ｎＩ
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DZ125优异的热疲劳性能DZ125
DZ125优异的热疲劳性能DZ125DZ125概述DZ125合金是我国目前性能水平最高的定向凝固镍基铸造高温合金之一，具有良好的中，高温综合性能及优异的热疲劳性能。
合金中Ti的含量较低，含有1.5%铪，使合金具有良好的铸造性能，可铸成壁厚小至0.6mm的带有复杂内腔的无余量定向凝固叶片。
由于合金中含有铪、钽等贵重元素，致使合金成本较高。
适合于制作在1000℃以下工作的燃气涡轮转子叶片和1050℃以下工作的导向叶片以及其他高温零件。
DZ125技术标准Q/6S 1321—1997《DZ125合金锭》DZ125化学成分DZ125热处理制度1180℃，2h+1230℃，3h，空冷+1100℃，4h，空冷+870℃，20h，空冷。
DZ125品种规格与供应状态直径70-90mm的母合金锭。
铸态供应。
DZ125熔炼与铸造工艺真空感应炉熔炼母合金，真空定向凝固炉重熔浇注熔模精铸定向凝固铸件和试样。
DZ125应用概况与特殊要求已用该合金批量生产某发动机的高压涡轮叶片，并已进行台架试车和试飞考核。
与该合金相当的DS Rene'125合金在国外已经用于先进航空发动机。
DZ125工艺性能与要求（1）成形性能铸造性能良好，可铸成壁厚小至0.5mm并带有复杂内腔的定向凝固叶片和其他零件。
（2）焊接性能可真空钎焊。
（3）零件热处理工艺表面不加工的零件（例如叶片应在氩气保护或真空下进行热处理，其规范是：1180℃，2h+1230℃，3h，通氩气快冷+1180℃，4h，通氩气冷却+870℃，20h，通氩气冷却。
（4）表面处理工艺零件可进行渗铝或渗MCrAlY涂层处理。
（5）切削加工与磨削性能无特殊要求。
抽拉速度对高温合金DZ125定向凝固中缩松的影响
··镍基高温合金DZ125具有良好的高温力学性能[1]和工艺性能，在航空、航天等领域有广泛应用，多用于制造航空发动机涡轮叶片。
但该合金在凝固过程中容易出现各种缺陷，如偏析、热裂、黑斑、缩松等[2-7]。
其中，缩松作为一种重要的凝固缺陷容易在叶片内部产生应力集中，降低叶片的力学性能，成为影响发动机寿命的关键因素。
因此，如何通过改变合金凝固过程中的工艺参数（如凝固过程中的抽拉速度[8]、固/液前沿的温度梯度、合金的冷却速率等）以降低组织中的缩松水平就成为当前提高航空发动机涡轮叶片性能的主要任务之一。
J.Lecomte Beckers [7]，K.C.Antony 和Q.Z.Chen [14]等人研究了合金中的某些元素对缩松水平的影响规律，认为不同元素对缩松形成有不同的作用。
H.S.Whitesell [5]研究了凝固参数变化对定向凝固过程中缩松水平的影响规律，但主要研究的是不同加热温度亦即不同温度梯度与缩松水平之间的关系，而对于抽拉速度与缩松水平之间关系的研究还不够深入，有必要对其进行更进一步探索。
笔者利用定向凝固技术，研究了抽拉速度大小与镍基高温合金DZ125中缩松水平之间的关系，分析了枝晶组织在缩松形成和发展中的作用，为该合金在实际生产中的应用提供试验参考。
1试验方法试验采用宽调速定向凝固设备（图1）。
该设备上部利用电磁感应器加热石墨体，再通过高温石墨体的辐射来加热和熔化合金，下部利用多元低熔点的液态合金进行冷却，凝固前沿的温度梯度可由冷却液界面至隔热板底部的距离h 调节。
试验中为减少电磁场对定向凝固过程的影响，采用厚度为10mm 的高纯石墨体，以产生足够的屏蔽。
试验选用内径为12mm ，长为120mm 的Al 2O 3陶瓷管坩埚和直径为11.8mm ，长为110mm 的DZ125母料，在保持加热温度、真空度等主要工艺参数不变的情况下，新材料·新工艺冯广召，沈军，邹敏佳，刘林（西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安710072）摘要：研究了不同抽拉速度下镍基高温合金DZ125定向凝固试样中显微缩松的分布、变化规律。
镍基高温合金定向凝固过程枝晶组织相场模拟研究
+
∂∆Gγl ∂T eq
T − T eq
（5）
换单位体积自由能 gα=fαVm，其中 Vm 式中，cγi/,leq 是在温度 T eq 下 γ/l 相中
是摩尔体积。
第 i 个元素的平衡溶质成分。
相变过程由相场动力学方程控
在相场模拟中，一个普遍存在的
制，它由自由能泛函对相场变量的变 问题是计算量大，计算速度慢。为
铸态单晶高温合金的组织有枝 晶组织、共晶组织、MC 碳化物等。其
中枝晶组织由 γ 相组成，共晶组织由 γ相和γ'相组成。作为一种铸造零件， 单晶高温合金中存在多种铸造缺陷， 包含杂晶 [3]、雀斑 [4]、小角度晶界 [5]、 条带晶、杂乱共晶等。单晶高温合金 中的多种缺陷产生与其凝固组织尤其 是枝晶组织相关，为了研究缺陷形成的 原因，需要对凝固组织的形成机理进行 深入研究。目前，针对高温合金凝固组 织的研究方法主要有试验方法与模拟 方法两种。早期的研究多采用试验方 法进行。Quested 等 [6] 设计了一系列定 向凝固试验，对不同凝固工艺下单晶高 温合金的枝晶形貌、一次枝晶臂间距进 行了分析，并使用幂指数函数进行了拟 合。Pollock 等 [7] 研究了高温合金铸件 中雀斑缺陷的形成原因，结果显示雀斑
* 基金项目：国家科技重大专项（2017–Ⅶ–0008–0101、2017–Ⅵ–0003–0073、2017ZX04014001）；国家重点研发计划（2017YFB0701503）； 国家自然科学基金（51374137）。
14 航空制造技术·2019年第62卷第19期
专稿
FEATURE
缺陷是由糊状区的热溶质对流熔断枝 式中，f 是自由能密度函数。在凝固 变驱动力。对于高温合金这种复杂 晶臂导致。Heckl 等 [8] 研究了高温合 过程的相场模型中，自由能密度函数 的多元合金，相变驱动力的计算与相
不同保载时间作用下的定向凝固合金DZ125的高温低循环疲劳试验研究
验， 同时 又要精 确测量 应变 ， 因此 选用 大量程 的高温
引伸计 Ｅ ｌ ３ ４ ， 量应 变范 围可达 ４ ０ 。 ｐｏ ４ ８ 测 ｎ － ％ ５
１ ３ 微 观 观 察 ．１ ５， ５ ～７． Ｍ ｏ １ ５ ～２． Ａｌ４． — ５． Ｔｉ ０． Ｗ ６． ５， ． ５， ８ ４，
刘金 龙 ， 杨 晓 光 ， 石 多奇 ， 王 井 科
（ 京 航 空 航 天 大 学 能 源 与 动力 工 程 学 院 ， 京 １０ ９ ） 北 北 ０ １ １
摘 要 ： 究 了定 向凝 固合 金 Ｄ １ ５８ ０ ： 研 Ｚ ２ ５ ￣ 时不 同保 载 时 间作 用 下 的 低 循 环疲 劳行 为 。进 行 了 拉 伸 保 载 时 间 分 别 为
关键 词 ：Ｄ １ ５ 保 载 时 问 ； 劳 ； 变 Ｚ２ ； 疲 蠕
ＤＯＩ １ ． ９ ９ ｊ ｉｓ． ０ ５ ５ ５ ． ０ ０ ５ Ｏ ８ ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １ ０ —０ ３ ２ １ ． ． ｌ
中 图分 类 号 ： Ｇ ３ ． Ｔ １２ ３
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１ ０ —０ ３ ２ １ ） ５ ｏ ８ － ０ ５ ５ ５ （ ０ ０ ０ －Ｏ ８０ ５
第３ Ｏ卷 第 ５期 ２１ ０ ０年 １ ０月
航
空
材
料
学
报
Ｖｏ ． ０，Ｎｏ ５ １３ ．
Ｊ ＯＵＲＮ ＥＲ ＡＬ ＯＦ Ａ ＯＮＡＵ Ｉ ＡＬ ＭＡＴ ＲＩ Ｓ ＴＣ Ｅ ＡＬ
Ｏｃｏ ｅ ２ ０ ｔｂ ｒ Ｏ１
不 同保 载 时 间作 用 下 的定 向凝 固合 金 Ｄ １５的 Ｚ２ 高 温低 循环 疲 劳试 验研 究
式 ， 择名 义 应 力 范 围 在 ０～５ ０ Ｐ 选 ６ Ｍ ａ范 围 内 ， 验 试
激光定向生长修复DZ125L柱状晶叶片力学性能研究_齐宝路
第42卷第6期2015年6月Vol.42,No.6June,2015中国激光CHINESE JOURNAL OF LASERS 激光定向生长修复DZ125L 柱状晶叶片力学性能研究齐宝路张安峰张文龙师博飞李涤尘西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,陕西西安710049摘要在DZ125L 定向基材上进行激光直接成形同种材料的定向生长修复，对修复后的DZ125L 熔覆组织进行了微观分析和常温力学性能测试，并对熔覆组织与定向基材的结合面强度进行了测试。
结果表明：激光直接成形DZ125L 的组织为外延生长的柱状晶组织，其一次枝晶间距为8~12μm ，二次枝晶退化，热处理后柱状晶尺寸增大为30~90μm ，柱状晶基体上析出大量均匀分布的γ′强化相；沉积态柱状晶组织的纵向抗拉强度为1312MPa ，延伸率为5.27%，热处理后柱状晶组织的纵向抗拉强度降低为1201MPa ，延伸率达到6.69%，均满足国家标准；熔覆层柱状晶组织与定向基材的结合面力学性能良好，定向生长满足使用要求。
关键词激光光学;激光直接成形;定向生长修复;DZ125L;力学性能中图分类号TG249;TG113.25文献标识码A doi:10.3788/CJL201542.0603002Research on Mechanical Properties of DZ125L Columnar CrystalBlade Directionally Repaired by Laser Direct FormingQi Baolu Zhang Anfeng Zhang Wenlong Shi Bofei Li DichenState Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering,Xi′an Jiaotong University,Xi′an,Shaanxi 710049,ChinaAbstract Directional repair of the same material by laser direct forming is performed on the columnar crystalsubstrate of DZ125L.Microstructure and normal mechanical properties of cladding layers are analyzed and tested.Besides,the mechanical properties of the interface between cladding layers and directional substrate are tested.The results show that the microstructure of laser direct forming DZ125L is columnar crystal with the primarydendrite arm spacing of 8~12m m and the deterioration of secondary dendrite arm.The size of columnar crystal afterheat treatment rises to 30~90m m and γ′strengthening phases separate out on the matrixes of columnar crystalsin quantity and uniformly;The longitudinal tensile strength of as-deposited columnar crystal is 1312MPa,whilethe elongation is 5.27%.After heat treatment,the longitudinal tensile strength and elongation are 1201MPa and6.69%,respectively,which both meet the national standards.The interface between cladding layers and directionalsubstrate shows good mechanical property,which can meet the operation requirements.Key words laser optics;laser direct forming;directional repair;DZ125L;mechanical propertyOCIS codes 140.3390;350.3390;350.3850收稿日期:2015-01-26;收到修改稿日期:2015-02-24基金项目:国家自然科学基金(51275392)作者简介:齐宝路(1989—)，男，硕士研究生，主要从事激光金属直接成形方面的研究。
高温合金定向凝固技术研究进展
第29卷 第7期2010年7月中国材料进展MATER I A LS CH I NAV ol 29 N o 7Ju l 2010收稿日期:2009-12-09基金项目:国家自然科学基金资助项目(50771081,50827102,50931004);科技部973计划项目(2006CB605202,2010CB631202);科技部863计划项目(2007AA03Z552)通信作者:刘 林,男,1956年生,教授,博士生导师高温合金定向凝固技术研究进展刘 林,张 军,沈 军,黄太文,傅恒志(西北工业大学,陕西西安710072)摘 要:首先回顾了定向凝固的发展历史,重点分析了液态金属冷却定向凝固的技术特点。
总结了高温度梯度下制备的定向凝固法单晶高温合金在组织和性能方面的研究现状,结合作者在本领域的研究,着重分析了定向凝固温度梯度、凝固速率、晶体取向、熔体超温处理、熔体对流控制对组织和性能的作用规律和机制,认为高温度梯度定向凝固是细化组织、减少缺陷、提高合金性能的重要途径。
最后展望了高温合金定向凝固的发展趋势。
关键词:定向凝固;高温合金;凝固组织;持久性能中图分类号:TG 111 4 文献标识码:A 文章编号:1674-3962(2010)07-0001-09Advances in D irectional SolidificationTechniques of SuperalloysL IU L in ,Z HANG Jun ,SHEN Jun ,HUANG T ai w en ,F U H engzh i(N orth w estern Po lytechn ical U n i versity ,X i an 710072,Ch i na)Abstrac:t Th i s paper first rev i ew s t he history o f the deve l op m ent o f directi onal so li dificati on ,focus i ng on ana l ys i s o f liq -u i d m eta l coo led d irectiona l so li dificati on charac teristi cs .W e su mm ar ize so li d ifi cation m icrostruc t ure and m echanica l prope r -ti es o f se lected d irectiona lly soli d ifi ed and si ng l e cry sta l supera ll oy prepared under h i gh the r m al d irec tiona l soli d ifi cation w ithautho r s research fea t ures i n t h is fie l d .The effects o f ther m a l g radien t ,so lidifica ti on rate ,cry sta l or i entati on ,m e lt -supe r -heati ng and m elt convec tion on t he m i c rostructure and m echanical prope rti es o f supe ra lloys were ana l yzed .W e concl ude t hat t he high ther m a l gradient d irectiona l soli d ifi cation i s an i m portant way t o re fi ne t he m icro struct u re ,reduce defects ,and i m -prove perfor m ance o f superall oys .F ina lly ,the future trends directi onal so li d ificati on of supera ll oys w as pro spected .Key w ords :directiona l so li dificati on ;superall oy s;so li d ifi ca ti on m icro structure ;stress rupture properti es 1 前 言定向凝固是一种强制性凝固过程。
杂质元素含量对定向凝固镍基高温合金DZ125L微观组织及铸造性能的影响
杂质元素含量对定向凝固镍基高温合金DZ125L微观组织及铸造性能的影响朱石刚;谭政;刘恩泽;李琳;常涛歧;刘晓飞;陈杰;董茵;王斌;赵剑恒;张昊昱【期刊名称】《有色矿冶》【年(卷),期】2017(033)006【摘要】采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、初熔实验等方法对不同杂质元素含量的定向凝固镍基高温合金DZ125L微观组织和铸造性能进行了详细的分析.研究结果表明,杂质元素含量较高的合金中显微疏松、夹杂数量增多,且会导致合金中大量生成以氮化物或氧化物为核心的碳化物;杂质元素含量的升高会导致DZ125L合金初熔温度的降低,并会导致合金的铸造工艺性能变差,热裂倾向性明显增加.【总页数】4页(P31-34)【作者】朱石刚;谭政;刘恩泽;李琳;常涛歧;刘晓飞;陈杰;董茵;王斌;赵剑恒;张昊昱【作者单位】西安430军事代表室 ,陕西西安710021;中国科学院金属研究所 ,辽宁沈阳 110016;中国科学院金属研究所 ,辽宁沈阳 110016;西安中航动力精密铸造有限公司 ,陕西西安 710021;西安中航动力精密铸造有限公司 ,陕西西安710021;西安中航动力精密铸造有限公司 ,陕西西安 710021;西安中航动力精密铸造有限公司 ,陕西西安 710021;西安中航动力精密铸造有限公司 ,陕西西安710021;西安中航动力精密铸造有限公司 ,陕西西安 710021;西安中航动力精密铸造有限公司 ,陕西西安 710021;西北工业大学附属中学 ,陕西西安 710072【正文语种】中文【中图分类】TG146.1【相关文献】1.碳和硼对高铼含量的定向凝固镍基高温合金元素偏析行为的影响 [J], 胡勤;刘林;赵新宝;高斯峰;张军;傅恒志2.抽拉速率对定向凝固高温合金DZ445微观组织和力学性能的影响 [J], 徐超;周兰章;郭建亭;杨功显3.碳和硼对高铼含量的定向凝固镍基高温合金元素偏析行为的影响 [J], 胡勤;刘林;赵新宝;高斯峰;张军;傅恒志;4.喷砂处理对定向凝固镍基高温合金DZ406组织及持久性能的影响 [J], 刘峰;谭政;张重远;王景丽;蔡静;周斌5.微量元素对定向凝固高温合金DZ125微观组织和力学性能的影响 [J], 吴笑非;宋尽霞;康永旺;马秀萍;王钦佳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
定向凝固铸造高温合金DZ125热处理工艺分析费孝顺
定向凝固铸造高温合金DZ125热处理工艺分析费孝顺发布时间：2023-05-31T05:19:50.109Z 来源：《中国电业与能源》2023年6期作者：费孝顺[导读] 航空定向薄壁空心叶片在运行过程中有时会出现保温能力不足，冷却速度偏低等问题，直接影响到航空发动机的稳定性。
而通过对定向凝固铸造高温合金DZ125热处理工艺的应用后，可使叶片表面温度得到有效控制。
基于此结合具体的实验方式，对定向凝固铸造高温合金DZ125热处理工艺进行分析研究。
根据具体的试验结果，从合金组织、合金性能以及合金元素三个方面展开讨论。
上海万泽精密铸造有限公司 201401摘要：航空定向薄壁空心叶片在运行过程中有时会出现保温能力不足，冷却速度偏低等问题，直接影响到航空发动机的稳定性。
而通过对定向凝固铸造高温合金DZ125热处理工艺的应用后，可使叶片表面温度得到有效控制。
基于此结合具体的实验方式，对定向凝固铸造高温合金DZ125热处理工艺进行分析研究。
根据具体的试验结果，从合金组织、合金性能以及合金元素三个方面展开讨论。
研究结果表明，通过对定向凝固铸造高温合金DZ125热处理工艺的应用，可快速实现对合金叶片的修复热处理，对航空发动机产生较好的影响。
关键词：定向凝固；铸造高温合金；DZ125合金引言：随着我国航空航天事业的发展，定向凝固铸造高温合金得到了广泛的应用，成为航空发动机涡轮叶片与导向叶片的主要制作材料。
现如今随着航空发动机性能的不断提高，对于叶片散热性要求程度进一步加强，导致叶片内部结构更加复杂，周围壁厚越来越薄。
如果缺乏对表面温度的处理，会导致叶片出现晶界开裂的现象。
目前对于叶片的热处理，人们将目光放置在定向凝固铸造高温合金DZ125中，通过对该合金材料的应用，不仅保证了良好的力学性能，同时在铸造工艺性能以及薄壁性能方面有着绝对保障。
1.定向凝固铸造高温合金DZ125热处理工艺应用意义分析叶片作为航空发动机的关键组成部分，主要作用是控制好航空发动机的表面温度，使发动机能够在复杂环境下能够顺利运行。
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钼。 (2)铬含量较低，大部分都在 10%以下。 (3)晶界强化元素硼含量都在 O．01%以上。 (4)碳含量大都超过 o．1%，钴基铸造高温合金的碳含量有些高达 1%。 (5)有些铸造高温合金中加入 1%～2%铪，改善中温塑性，并提高抗蠕 变强度。显徽组织特征铸造高温合金显微组织(见高温合金材料显微 组织)中，除 γ’相外，还有 γ-γ’共晶相，一次碳化物相也比较 多，沿着树枝晶间分布，有些合金还有 M3B2 硼化物析出。铸造高温 合金热处理工艺比较简单，有些甚至不需要进行热处理就可以使用。 零件生产铸造高温合金一般在大型真空感应炉中冶炼母合金，用失蜡 精密造型法制造壳型，然后在小型真空感应炉中重熔浇注成零件。 缺陷及消除铸造件中不可避免会产生一些显微疏松，可采用热等静压 处理使之减轻或消除，增加零件的可靠性。铸造高温合金零件的晶粒 度比较大，对疲劳性能不利。通常采用表面晶粒细化法来获得零件表 层的细晶。发展方向运用定向凝固技术可生产无横向晶界的柱状晶叶 片或完全消 除晶界的单晶叶片，使高温疲劳寿命和持久强度都有成倍提高，这是 当前铸造高温合金的发展方向。
量
4.00 0.015 0.050 0.150
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分
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As
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午虎特种合金供应以下材质铸造合金： K417、K403、K418、K405、K406、K213、K417L、K417G、K424、K435、 K441、K452、K465 等。 铸造合金主要规格有母合金棒材、精密合金棒材等，也可来图加工。 以铸造方法直接制备零部件的高温合金材料。根据合金基体成分，可 以分为铁基铸造高温合金、镍基铸造高温合金和钻基铸造高温合金 3 种类型。按结晶方式，又可以分为多晶铸造高温合金、定向凝固铸造 高温合金、定向共晶铸造高温合金和单晶铸造高温合金等 4 种类型。 造高温合金的大部分属于多晶铸造高温合金。 铸造高温合金具有如下特点： (1)合金化程度高。γ’强化相(见高温合金材料的金属问化合物相) 形成元素铝、钛、铌、钽等高达 16%，还加入一定量固溶强化元素钨、
5、化学成分
元C
Cr
Ni
Co
W
Mo
Al
Ti
素
质 0.06～ 8.20～ 余量 9.20～ 6.20～ 1.50 ～ 4.3 ～ 2.00～
量 0.14 9.80
10.80 7.80 2.50 5.30 2.80来自分数/﹪
元 Fe
Ta
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Si
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素
质 ≤0.20 3.30～ 0.005～ ≤
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如需更多关于铸造高温合金的信息，请与午虎特种合金技术部联 系，如需引用或者转载，请麻烦告知，谢谢您的配合！