● 摘要
采用具有液态金属冷却（LMC）的定向凝固装置制备了定向凝固钴基高温合金DZ40M，系统研究了LMC法下温度梯度与拉晶速率对DZ40M微观组织与室温拉伸性能、高温持久、蠕变性能的影响。采用LMC法并通过增大合金熔体的温度，提高了凝固过程中固-液界面前沿的温度梯度，随着温度梯度的增大，制备的定向凝固合金枝晶组织变得均匀细小，一次枝晶间距变小，初生碳化物明显细化且分布均匀。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；应用热物理模型较为准确地估算了不同温度梯度下保持固-液界面为平界面生长时的拉晶速率。LMC法制备的定向DZ40M合金的DSC测试结果表明：合金的初熔点为1406℃～1417℃，碳化物的溶解温度为1277℃～1284℃，合金的初熔点与碳化物的溶解温度没有随拉晶速率与温度梯度的改变而改变，与快速凝固法(HRS)法制备的合金基本相同。热处理研究表明，LMC法制备的合金固溶温度较HRS法制备的合金有所提高。LMC法制备的合金经过1280℃/4h固溶和950℃/12h时效处理后有大量细小、均匀的M23C6型碳化物析出，初生碳化物没有完全固溶，此热处理制度为不完全热处理。随着温度梯度的增大，LMC法制备的DZ40M在980℃/83MPa下的持久寿命增加，当温度梯度为102K/cm时合金持久性能可达208.2h，约为HRS法合金持久性能（44.9h）的5倍左右；拉晶速率对合金的持久性能有较大影响，当温度梯度为87K/cm时，拉晶速率由5mm/min增大到10mm/min时，其持久寿命由114.41h增大到138.09h。室温抗拉强度随温度梯度增大缓慢提高，屈服强度基本不变，热处理后能显著提高抗拉强度，但是延伸率却大幅减小，断口分析表明室温拉伸断口为穿晶韧窝聚集型断裂形式。LMC法制备的DZ40M热处理后，能显著提高蠕变第二阶段时间，较铸态组织提高约2倍左右。