● 摘要
DZ40M 合金是一种定向凝固钴基高温合金，适用于工作温度在 1050℃以下的航空发动机导向叶片，已应用于某先进航空发动机导向叶片的生产。液态金属冷却法（ Liquid Metal Cooling）具有温度梯度大（200~300℃/cm）、冷却速率恒定等特点，用LMC法所制备的定向凝固合金组织均匀，合金元素偏析率低。本文用LMC法进一步改善DZ40M合金的组织，提高材料的力学性能，以满足推重比更高的航空发动机的要求。本文用液态金属冷却（LMC）法制备了DZ40M定向凝固钴基高温合金，并和快速凝固法（High Rapid Solidification）所制备的合金进行了微观组织和持久性能的比较。研究表明，LMC法制备的合金枝晶组织更为均匀细小；两种合金中的碳化物种类相同，但LMC法制备的合金中碳化物明显细化且分布均匀。研究表明拉晶速率对LMC法制备的合金组织有显著的影响。枝晶间距和碳化物的尺寸随着拉晶速率的增加而减小；合金中碳化物含量随着拉晶速率增大呈现先增加后减小的变化趋势，在拉晶速率为7mm/min时达到最大值。合金的等温凝固特性研究表明， DZ40M 合金开始凝固的温度范围为1405℃~1410℃，凝固结束的的温度范围为1325℃~1335℃。合金的热处理研究表明，HRS法制备的合金固溶温度比LMC法制备的合金低10℃。HRS法制备的合金经过1280℃4小时固溶和950℃12小时时效处理后有较多的M23C6析出，且析出相细小，呈均匀、弥散分布。LMC法显著提高DZ40M合金在980℃/83MPa的持久性能。LMC法制备的合金持久性能可达226.7h，约为HRS法合金持久性能（44.9h）的5倍。拉晶速率对合金的持久性能有较大影响，在拉晶速率为7mm/min时合金具有最佳持久性能。 合金持久实验后的组织研究表明，LMC法和HRS法制备的铸态合金在高温和拉应力的作用下，均出现少量TCP相，但是LMC法制备的合金析出的TCP相的数量相对较少，对合金性能影响不大。研究表明，HRS法制备的合金经过热处理，在持久实验过程中可以抑制TCP相的析出。
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