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镍基单晶高温合金克服了晶界缺陷,有效地提高了合金的力学性能,成为目前先进航空发动机和燃气轮机涡轮叶片的首选材料。现有研究表明,镍基单晶高温合金的微观组织对其力学性能的提高有很大的影响,而微量元素B对镍基单晶高温合金组织的影响也是非常显著的。因此,本文以第三代镍基单晶高温合金DD90为母合金,调整B含量采用定向凝固技术制备了四种不同B含量的单晶高温合金,并对制备好的单晶试样进行不同工艺的热处理。研究了 B对铸态枝晶组织、γ/γ’共晶组织、γ’相、显微缩松、碳化物相、硼化物相以及元素偏析的影响。并结合相变温度对合金进行不同制度的热处理,研究了 B对热处理后γ’相、碳化物和硼化物的影响。同时对热处理前后析出的碳化物和硼化物相进行了成分分析。得出以下主要结论:(1)研究了 B的添加对铸态枝晶组织、γ/γ’共晶组织、显微缩松和γ’相的影响。B的添加对一次枝晶间距没有明显的影响。随B含量的增加合金中γ/γ’共晶组织的数量明显增加。铸态下的共晶形貌有两种,分别为放射状和花瓣状。B的添加使得合金中显微缩松的数量明显降低。铸态下枝晶干上的γ’相尺寸明显小于枝晶间γ’相尺寸,并且随B含量的增加γ’相的尺寸和体积分数均增大了。(2)研究了微量元素B的含量变化对镍基单晶高温合金凝固特征温度的影响。B的添加明显降低了合金的固相线温度和液相温度,并且随B含量的增加固相线温度和液相线温度降低幅度越大。B的添加对γ’相溶解温度的影响不明显。此外,合金的结晶温度间隔也随B含量的增加而增大。(3)研究了热处理后B对枝晶组织、γ/γ’共晶组织和γ’相的影响。三种热处理制度下,B对枝晶组织与Y/Y’共晶的影响规律基本一致。随B含量的增加残余枝晶和共晶的数量明显变少。三种制度下B对γ’相尺寸和体积分数的影响规律是一致的。随B含量的增加γ’相的尺寸和体积分数呈现上升趋势,但随B含量的变化γ’相尺寸增加不明显。γ基体通道随B含量的增加而变窄。与铸态相比,热处理后γ’相的尺寸明显小于铸态枝晶间的γ’相,且体积分数较铸态大得多。并对比了两步固溶处理和一步固溶处理后的γ’相,明显两步固溶处理析出的γ’相分布均匀,尺寸较大、立方度更高且体积分数更大。(4)研究了热处理前后B对碳化物和硼化物的影响。铸态下,在不同B含量的四种合金中均析出了骨架状和块状碳化物。并且铸态下析出的骨架状碳化物和块状碳化物都是富Ta的MC型碳化物。热处理后,四种合金中均析出了块状碳化物相,未发现骨架状碳化物,热处理后碳化物的类型与铸态一致,均为富Ta的MC型碳化物。B含量的变化对碳化物析出形貌和析出类型没有明显影响。B的添加会使合金中析出硼化物相,硼化物在碳化物周围析出且形貌较小,铸态下硼化物呈短棒状,短棒状硼化物的主要成分为Cr、Mo、W、Re,并且是富Cr的硼化物相。经过热处理后硼化物的形貌有杆状和颗粒状,均含Cr、Mo、W、Re,成分与铸态时差别不大,是富Cr-W的硼化物相。并且热处理后硼化物以杆状居多。(5)研究了 B对元素凝固偏析行为的作用规律。随B含量的增加合金中W、Re、Al、Ta的偏析程度均增大,而对Co、Mo、Cr元素偏析程度的影响不显著。其中随B含量的增高对元素Re和Ta偏析程度的影响较W和Al显著。