定向凝固DZ444合金高温氧化行为的研究(2)

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2.2.3 样品氧化层的表征 11

2.3 主要实验设备 11

2.3.1 马弗炉 11

2.3.2 X射线衍射仪 12

2.3.3 扫描电镜(scanning electron microscopy，SEM) 12

2.3.5 镶嵌机 13

2.3.5 其他器材 13

3 实验结果与讨论 14

3.1 DZ444合金氧化产物物相（XRD）分析 14

3.2 氧化物表面形貌与成分分析 14

3.3 氧化物截面形貌与成分分析 21

4 结论 25

致谢 26

参考文献 27

1 绪论

1.1概述

高温合金是以第VIII主族元素为基，承受相当严酷的机械应力并要求在高温使役环境下具有良好表面稳定性的一种合金。高温合金具有良好的高温强度和抗氧化腐蚀性能、优异的抗疲劳和抗蠕变性能、断裂性能和组织稳定性，是现代国防建设和国民经济发展不可代替的关键材料。因此，高温合金在航空、航天、航海、车辆运输、核反应堆、潜艇等重工业领域有着广泛的运用，并发挥着不可代替的作用。

1.2 合金的发展

随航空发动机及工业燃气轮机的发展，要求不断提高涡轮前的进口气体温度，以增大推力，提高效率，降低油耗，这就对高温合金及工艺提出更高要求。航空和工业燃气轮机的发展一直依赖于高温合金性能的提高，同时也推动着高温合金的发展[1]。据报道，在先进航空发动机中，高温合金用量占材料总用量的40%~60%[2]。定向凝固高温合金正是为满足上述要求而研发出的新型高温合金之一。

定向凝固高温合金是在定向凝固技术进步基础上发展出来的。所谓定向凝固，就是高温合金熔体在铸型中凝固时，通过一定控制，生成几乎相互平行的柱状晶。如果叶片经过定向凝固，其结晶方向与叶片所受应力平行，那么这时叶片受力或耐温的能力就大大提高。专为生产定向凝固叶片而设计的高温合金，或本身已具有单向结晶结构的合金，称为定向凝固合金。这是在镍基铸造高温合金基础上改型的结果，这种改型在于适合定向柱晶的结晶条件，对成分适当修改，以使性能达最佳状态。并非所有铸造高温合金都可用定向凝固办法来提高性能[3]。

在定向凝固高温合金发展初期，都沿用普通铸造合金成分，其中使用较多的定向凝固合金有MAR-M200、PWA 1422 、GTD-111、MGA 1400、CM247LC、TMD-5、Rene80、Rene125和IN-792Hf等，形成第一代定向凝固高温合金。起初，合金高温有助于在定向凝固过程中防止晶间开裂，同样的改良被用于许多其他传统铸造高温合金，使其能被定向凝固制成叶片。这一类合金中通常含有1.0%~2.0%Hf。

如高温合金Mar-M200是该时期开发的第一代定向凝固合金之一。它是在普通铸造高温合金Mar-M200合金中添加Hf。这类合金还有含Cr量高、具有良好抗热腐蚀性能的Rene80DS、 GTD-111DS和具有良好高温强度和抗氧化的Mar-M247DS（或CM247DS），一直被广泛应用到现在。20世纪80年代末，日本开发的TMD-5被用于发动机一级叶片上，是第一代定向凝固高温合金中性能最好的合金，其强度与第二代定向凝固高温合金相当。1987年，把在航空发动机领域已应用20年的定向凝固技术用于地面燃气轮机，将定向凝固高温合金DS GTD-111制成一级涡轮叶片安装在美国GE公司的MS7001F, MS9001F大型机组，机组燃气涡轮进口温度13150℃。日本三菱重工于1999年开发并投入使用大型汽轮机叶片定向凝固材料 MGA 1400和MGA2400，使用温度达1 500 0℃。定向凝固MGA 1400被用于第一级和第二级叶片，耐温能力相对于普通铸造高温合金IN738LC提高500C。定向凝固高温合金PWA 1422是在MAR-M200基础上发展起来的，不仅有良好的中、高温蠕变断裂强度和塑性，且有比原合金约高5倍的热疲劳性能，在现代的航空发动机及工业燃气轮机上获得广泛应用。