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FGH96镍基高温合金(化学成分)高温氧化行为研究
FGH96是一种高合金化的γ′相沉淀强化型粉末镍基高温合金,γ′质量分数约占33%左右[1,2,3]。作为第二代粉末高温合金的代表,该合金具有组织均匀、无宏观偏析、合金化程度高、屈服强度和疲劳性能好等优点,是制备先进航空发动机涡轮盘和挡环等热端部件的重要材料[4,5,6]。与第一代的FGH95合金相比,FGH96合金的抗裂纹扩展能力比提高1倍多、使用温度由650℃提高到700℃,适合制造推重比10以上的发动机涡轮盘[7]。
迄今,对FGH96合金的研究主要集中两个方面[8]:具有理想显微组织及综合性能、满足苛刻服役条件的粉末高温合金的制备技术;非金属夹杂物对粉末高温合金涡轮盘服役寿命的影响等。FGH96合金性能优异,应用潜力巨大,但在服役过程中不可避免的与环境发生作用,而有关FGH96合金高温氧化行为及高温氧化机理的研究鲜有报道。因此,研究该合金的高温氧化行为具有重要工程意义。
本文通过静态增重实验、X 射线物相分析、扫描电镜形貌观察及微区成分分析等手段,系统研究FGH96合金在不同温度下的高温氧化行为及高温氧化动力学规律,探讨该合金的高温氧化机理,为该合金的进一步应用提供实验基础与理论依据。
1 、 实验材料和方法
实验所用FGH96合金的制备工艺为:真空感应冶炼母合金电极,采用等离子旋转电极雾化制粉(粉末粒度范围为50~150 µm),所得粉末经筛分、静电分离除去非金属夹杂,再经热等静压 + 热处理,成形后线切割成15 × 10 × 10 mm高温氧化实验样品。其化学成分见表1。
表 1 FGH96高温合金的化学成分%
合金元素 |
Cr |
Al |
Co |
Ti |
W |
Mo |
Nb |
C |
Zr |
B |
Ni |
含量 |
16.00 |
2.10 |
13.00 |
3.70 |
4.00 |
4.00 |
0.70 |
0.08 |
0.033 |
0.011 |
Bal. |
根据HB5258-2000,采用增重法测试该合金的高温抗氧化性能。实验温度为:600、700、800、900、1000、1100℃。实验最长时间100 h。在选定的温度下每隔一定时间将试样取出,观察并记录氧化后试样的颜色及氧化皮的脱落情况,冷却至室温后在精度为 0.1 mg 的电子天平上称重,取三次实验的平均单位面积氧化增重量值做出氧化动力学曲线。利用Cambrige-S360扫描电子显微镜观察试样氧化后的表面氧化层形貌,用X射线衍射仪进一步分析试样表层氧化物的相结构。