● 摘要
IC32合金是新一代Ni3Al基单晶合金，具有低成本、低密度、1200℃的承温能力和优异的高温蠕变性能，是未来航空发动机和燃气轮机叶片最有潜力的候选材料之一，但随着服役温度的提高，需要进一步地提高其高温蠕变性能。本项目通过添加强化γ′相的Ta元素来解决这一问题，成分变化将影响了合金的组织和持久性能。本文研究了Ta含量对单晶合金IC32组织和持久性能的影响规律，并确定最优Ta含量。
采用真空熔炼和籽晶法制备了4种Ta含量分别为0wt.%、3wt.%、4.5wt.%和6wt.%的单晶合金IC32和2种Ta含量分别为3.8wt.%和4.2wt.%的多晶合金，研究了Ta含量对铸态组织、热处理组织和持久性能的影响，分析其对IC32合金枝晶析出物、相转变温度、γ/γ′两相组织和850℃/500MPa下持久性能的影响，并优化IC32合金的Ta含量。
研究结果表明，随着Ta含量在0~6wt.%范围内增加，单晶合金IC32的枝晶元素偏析越来越严重，枝晶间析出相种类和数量增多，Re、Mo、Al和Ta元素偏析于枝晶不同区域，枝晶间析出相为共晶γ′相和NiMo-Re金属间化合物相。随着Ta含量的增加，合金的固液相线温度随着降低，共晶γ′相的溶解温度和一次析出γ′相的溶解温度随之升高。
单晶合金IC32的初熔温度和热处理温度范围随着Ta含量的增加而随之降低。通过组织研究确定了32-0Ta合金的固溶制度和32-4.5Ta合金的热处理制度，32-6Ta合金的固溶热处理温度范围闭合，无法完全热处理。在尽可能添加Ta元素的同时，根据合金的固溶热处理温度范围判定来确定了IC32合金中最优Ta含量为4.2wt.%。
Ta的添加提高单晶合金IC32的持久性能。在合金高错配度的情况下，Ta的添加降低γ/γ′相的错配度，减少界面位错堆积形成蠕变空洞，且Ta具有γ/γ′相的固溶强化作用。