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本文开展了含铪铸造镍基高温合金K444返回料的应用研究,包括返回比例,多次返回,添加稀土Y、Ce及采用过滤净化四方面对返回料合金组织和力学性能的影响。
研究表明,随着返回料添加比例增加,返回料合金中N含量升高,疏松增多,枝晶变粗,共晶聚集成团,碳化物块化。
随着返回料添加比例增加,返回料合金的室温瞬时拉伸强度没有变化、塑性下降,900℃瞬时拉伸强度升高、塑性不变,断裂方式为沿枝晶间断裂;900℃/274MPa持久性能稍有下降,持久裂纹主要在晶界上萌生和扩展;热疲劳裂纹萌生速率和扩展速率增大,裂纹长度与循环次数遵循L=bNa规律,裂纹均萌生于试样V型缺口尖端附近,沿枝晶间、晶界和开裂的碳化物扩展,主裂纹扩展以裂纹尖端连续开裂的形式进行,夹杂物和块状碳化物加速热疲劳裂纹的萌生与扩展。
50%返回料合金的蠕变寿命和新料合金相当,蠕变塑性降低一倍。室温和800℃旋弯疲劳性能和新料合金相当。900℃低周疲劳性能和新料合金相当,变形机制与新料相似,为位错切割γ相形成层错,宏观表现为循环软化。疲劳裂纹主要萌生于试样表面或近表面缺陷处,以穿晶方式扩展;返回料合金基体中块状碳化物对裂纹扩展起阻滞作用。
返回料合金中加入稀土Y、Ce后,具有细化枝晶、减少共晶和大块碳化物的作用,从而明显提高返回料合金的室温和900℃瞬时拉伸性能、900℃/274MPa持久和蠕变性能,尤其塑性提高显著。
过滤工艺明显降低返回料合金中O、N含量,有效去除合金中的Ti(N,C)、HfO2和Al2O3等大块非金属夹杂物。室温、900℃拉伸塑性,900℃/274MPa持久寿命和热疲劳性能大幅度提高。
随着返回次数增加,返回料合金中O、N含量呈增加趋势,但仍保持较低水平;共晶增加较少,在枝晶间发现TiC、TiN和富铪碳化物。室温、900℃瞬时拉伸性能,900℃/274MPa持久性能和900℃低周疲劳性能随着返回次数增加变化不大,与新料合金相当。拉伸、持久断口为沿枝晶间断裂,900℃低周疲劳变形机制和新料合金相似。五次返回后,室温和900℃瞬时拉伸性能、900℃/274MPa持久性能和高温低周疲劳性能稍有下降。这是因为合金在熔炼过程中,添加稀土Y、Ce并且采用过滤工艺所致。