TLP连接对一种镍基单晶高温合金组织和性能的影响

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TLP(Transient Liquid-phase)连接是解决高温合金连接问题的一种新工艺。本文采用Ni-Cr-B非晶中间层,用TLP方法连接了DD98镍基单晶高温合金,研究了接头的组织、拉伸和持久性能,并对DD98单晶和K465多晶的异种材料的连接做了初步研究。实验结果表明:   经1200℃/6h连接后的接头中液相已经消失,等温凝固结束。接头可以分为连接区、扩散区和基体区三部分,连接区γ相呈细小圆形形貌,基体区γ相呈过时效状态,部分γ长大,部分γ溶解后重新析出,而扩散区有块状和板条状硼化物析出。当连接温度低于1230℃时,扩散区硼化物是M382型,M主要是Cr、W和Co等元素,这些硼化物可以在随后的热处理过程中消除;当连接温度等于或高于1230℃时,扩散区母材原始的γ-γ共晶发生液化,冷却到室温后有硼化物析出,经过测定该硼化物也是M3B2型,属于四方晶系。液化面积随连接温度的升高和时间的延长而增加,液化现象的产生是因为高温连接时硼原子易于向γ-γ共晶处偏聚,导致局部熔点降低而液化。完全热处理后接头样品的连接区γ相的大小、形状和体积分数与基体区枝晶干处γ相相似。   热处理后的接头在950℃和1050℃长期时效500h后,组织发生了明显的粗化,形成筏形γ相,温度越高,粗化现象越严重。接头不同部位的γ粗化趋势基本相同;相同温度时效1000h后,接头中没有出现TCP相,这表明接头高温长期时效的组织稳定性较好。   不同温度TLP接头的拉伸强度和母材相当,塑性与母材样品接近。接头与母材的拉伸强度随温度的变化趋势相同,在700℃,抗拉强度和屈服强度都存在一个峰值,而此时二者的塑性最低。接头与母材的应力-应变曲线形式相同,表明连接过程对合金的拉伸塑性变形无明显影响。在不同温度时,接头连接区的位错特征与基体区相同,低温时以位错剪切γ相为主,高温时位错进行攀移和交滑移,而中温时具有低温向高温变形机制转变的特征。   TLP接头在982℃/248MPa和1010℃/248MPa条件下的持久寿命与母材相当,但塑性低于母材许多,接头的断裂产生在连接区。接头的蠕变变形曲线形状和趋势与母材相同,但第三阶段的蠕变速率却明显低于母材。接头各个部位的微观变形机制基本相同,蠕变初期主要是位错的弓出和交滑移,而后通过位错反应在γ/γ相界面上形成位错网。断裂后接头断口附近筏形γ相粗化不严重,而母材断口附近γ筏形明显粗化。在接头的断口表面分布着大量的中心有圆孔的正方形小平面,断口平坦。接头蠕变变形中γ相形筏,位错的攀移运动产生大量的空位,空位聚集在连接区亚晶界附近,形成微孔洞,随变形的继续,微孔洞数量增多且尺寸变大,在某些孔洞的边缘有微裂纹萌生,微裂纹的扩展和相互连接导致接头的断裂。   经1190℃/4h的连接后,DD98单晶和K465多晶接头中液相已经消失,等温凝固过程结束,连接区由细小圆形γ相和γ相组成。由于存在取向差,在连接区形成了明显的连接界面,有大块γ相分布在连接界面上。经1210℃/4h固溶处理后,K465多晶基体区完全固溶。在800℃/350MPa条件下,接头的持久寿命大于140h,断裂产生在K465基体区,断口呈明显的穿晶断裂。这表明DD98单晶和K465多晶的接头强度高于K465合金,用TLP方法可以很好地实现多晶和单晶异质材料的连接。
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