Hf和Zr在高温材料中作用机理研究

郑运荣 蔡玉林 阮中慈 马书伟

郑运荣, 蔡玉林, 阮中慈, 马书伟. Hf和Zr在高温材料中作用机理研究[J]. 航空材料学报, 2006, 26(3): 25-34.
引用本文: 郑运荣, 蔡玉林, 阮中慈, 马书伟. Hf和Zr在高温材料中作用机理研究[J]. 航空材料学报, 2006, 26(3): 25-34.
ZHENG Yun-rong, CAI Yu-lin, RUAN Zhong-ci, MA Shu-wei. Investigation of Effect Mechanism of Hafnium and Zirconium in High Temperature Materials[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2006, 26(3): 25-34.
Citation: ZHENG Yun-rong, CAI Yu-lin, RUAN Zhong-ci, MA Shu-wei. Investigation of Effect Mechanism of Hafnium and Zirconium in High Temperature Materials[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2006, 26(3): 25-34.

Hf和Zr在高温材料中作用机理研究

详细信息
    作者简介:

    郑运荣(1941- ),男,研究员,(E-mail)yunrong.zheng@biam.ac.cn.

  • 中图分类号: TG113;TG111.4;TG132.3+3

Investigation of Effect Mechanism of Hafnium and Zirconium in High Temperature Materials

  • 摘要: 在高温合金中,元素Hf和Zr可以促进γ+γ′共晶、MC(2)碳化物、M2SC碳硫化物和Ni5M相的形成,改变草书状MC和M3B2成为块状并且通过净化晶界或枝晶间自由态的S来提高这些薄弱部位的结合强度,从而延迟裂纹的形成和扩展。Hf和Zr可提高铸造高温合金室温拉伸和中温持久的强度和塑性。Hf,Zr抑制次生碳化物M23C6和M6C的生成,从而提高了合金在高温长时热暴露时的显微组织稳定性。Hf,Zr降低合金的初熔温度,Ni5Hf和Ni5Zr相的初熔被认为是Hf,Zr影响初熔的主要原因。通过1150℃/8h的预处理,Ni5Hf以Ni5Hf+γ(C)→MC(2)+γ反应或者固溶两种方式被消除。元素Hf可以缩小枝晶间失去毛细管补缩能力和固相线之间的温度范围,还能降低枝晶间液池沟通所需的液体量。在凝固后期枝晶间的富Hf熔体具有很好的流动性、浸润性和趋肤效应,这些都是降低合金热裂倾向、提高合金可铸性和焊接性能的有利因素。具有高的化学活性的富Hf液膜容易在铸件表面形成Hf2O薄层。Hf和Zr是钎焊用中间层合金的降熔点元素。根据凝固过程中富Hf,Zr熔体的成分最终发展出Ni-18.6Co-4.5Cr-4.7W-25.6Hf和Ni-10Co-8Cr-4W-13Zr两种中间层合金,使单晶高温合金的无Si、B连接成为现实。还发展出了定向凝固片状Ni3Al/Ni7Hf2共晶合金,成分为Ni-5.8Al-32Hf和Ni-4Al-26Hf-8Cr-4W。Ni-5.8Al-32Hf合金的最佳凝固条件为温度梯度G=250℃·cm-1和凝固生长速率R=5μm.s-1;Ni-4Al-26Hf-8Cr-4W,凝固条件为G=350℃·cm-1和R=1μm·s-1。

     

  • [1] 蔡玉林,郑运荣.铸造镍基高温合金枝晶间强化机理的研究[J].航空学报,1978,(3):97-110.
    [2] 郑运荣,蔡玉林.含Hf铸造镍基高温合金中Ni5Hf的转变和次生MC(2)的形成[J].金属学报,1980,16(2):151-158.
    [3] 蔡玉林,郑运荣.K002和K19H合金组织稳定性的研究[J].航空学报,1980,1(2):89-97.
    [4] ZHENG Yun-rong,CAI Yu-lin.Phase transformation in hafnium-bearing cast nickel-base superalloys[A].Tien J K,et al.Superalloys 1980[C].Ohio:ASM,1980.465-472.
    [5] 马淑琴,郑运荣,蔡玉林.铸造镍基高温合金中Ni5Zr的溶解与转变[J].金属学报,1981,17(5):151-158.
    [6] 蔡玉林,郑运荣.高温合金的金相研究[M].北京:国防工业出版社,1986.119-142.
    [7] 郑运荣,张德堂.高温合金与钢的彩色金相研究[M].北京:国防工业出版社,1999.141-203.
    [8] 郑运荣,蔡玉林.影响铸造镍基高温合金中温持久性能的某些因素[D].北京:中国航空科技文献HJB830117,1983.
    [9] ZHENG Yun-rong,WANG Yu-ping,XIE Jiz-hou,et al.Effect of chemistry modifications and heat treatments on the mechanical properties of DS Mar-M200 superalloy[A].Reichman S,et al.Superalloys 1988[C].Pennsylvania:TMS,1988.335-344.
    [10] 郑运荣,蔡玉林,阮中慈.铸造镍基合金中以Zr代Hf的研究[J].金属学报,1987,23(5):A430-433.
    [11] 郑运荣,蔡玉林,王罗宝.影响含Hf定向凝固合金初熔的某些因素[J].金属学报,1983,19(3):A190-196.
    [12] 郑运荣.DZ22定向高温合金的初熔及其控制[J].航空学报,1986,7(5):482-489.
    [13] ZHENG Yun-rong,WANG Luo-bao,LI Cheng-gong.Influence of carbon content and solidification condition on incipient melting of DS superalloy Mar-M200[J].Chin.J Met Sci Technol,1989 (2):90-95.
    [14] 郑运荣,蔡玉林,高平.微量合金化对K5合金凝固过程的影响[J].航空材料,1983,3(1):23-29.
    [15] 郑运荣,陈红.DZ3及其改型定向凝固合金的凝固特性[J].航空材料,1985,(1):10-16.
    [16] 郑运荣.Hf在铸造高温合金凝固过程中的作用[J].金属学报(A),1986,22(2):119-124.
    [17] 郑运荣.微量锆对DZ3高温合金凝固行为的影响[J].金属科学与工艺,1988,7(3):40-46.
    [18] 郑运荣.铪对铸造镍基高温合金焊接裂纹的影响[J].焊接学报,1988,9(3):161-170.
    [19] ZHENG Yun-rong,LI Cheng-gong.Skin effect of Hf-rich melts and some aspects in its usage for Hf-containing cast nickel-base superalloys[A].Reichman S,et al.Super-Alloys 1988[C].Pennsylvania:TMS,1988.475-484.
    [20] 郑运荣,马书伟.富Hf熔体与Al2O3陶瓷的界面反应[J].理学X射线衍射仪用户协会论文选集,1997,(2):65-69.
    [21] ZHENG Yun-rong,RUAN Zhong-ci.Microstructure and performance of Ni-Hf brazing filler alloy[J].Acta Metallurgica Sinica (English edition) (B),1990,3 (5):335-340.
    [22] ZHENG Y,ZHAO L,TANGRI K.Microstructure of Ni-10Co-8Cr-4W-13Zr alloy and its bonding behavior for single crystal nickel-base superalloy[J].Journal of Materials Science,1993,28:823-829.
    [23] ZHENG Yun-rong,RUAN Zhong-ci.Ni-Hf alloys:A new bonding material for single crystal sueralloys[A].Kim S W,Park S J.Fabrication and Characterization of dvanced Materials[C].Seoul:Materials Research Society of Korea,1995.361-366.
    [24] RUAN Zhong-ci,WANG Shun-cai,ZHENG Yun-rong.Microstructure and bonding behavior of a new Hf-bearing interlayer alloy for single crystal nickel-base superalloy[J].Scripta Materialia,1996,34 (1):163-168.
    [25] MA Shu-wei,ZHENG Yun-rong.Diffusion behavior of hafnium in Ni and Ni3Al[J].Journal of Materials Science Letters,1997,16:1761-1763.
    [26] 马书伟,郑运荣,于熙泓,等.Ni7Hf2/Ni3Al共晶的微观组织特征[J].中国有色金属学报,1996,6(4):158-162.
    [27] 马书伟,郑运荣,于熙泓.Al量对Ni-Al-Hf-Cr-W系合金显微组织结构的影响[J].航空学报,1997,18(4):439-443.
    [28] MA S W,ZHENG Y R,RUAN Z C.Investigation on Ni3Al-Ni7Hf2 unidirectionally solidified eutectic composites[J].Journal of Materials Science,1999,34:5351-5356.
    [29] 郑运荣,马书伟,张军,等.Ni3Al+Ni7Hf2定向共晶合金的凝固行为[J].材料工程,2001,(7):3-6.
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出版历程
  • 收稿日期:  2006-01-20
  • 修回日期:  2006-03-20
  • 刊出日期:  2006-06-01

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