MC分解对镍基高温合金微观组织退化的影响及其机理研究

军用航空发动机的寿命为几百小时，民用航空发动机的寿命为几千至上万小时，而工业用燃气轮机的寿命则要求达到几万乃至几十万小时。因此，作为热端部件关键材料的高温合金在长期服役期间的微观组织稳定性就显得十分重要。本申请拟研究长期时效过程中初生MC分解对镍基高温合金微观组织退化的影响。具体内容包括：MC热稳定性随其元素含量比(W+Mo)/(Ti+Nb)和Nb/Ti改变的规律，分解形式随(W+Mo)/Cr改变的规律；合金其它组织退化过程(如γ′粗化、晶界粗化等)随MC热稳定性、分解形式及分解程度改变的规律；在兼顾力学性能的前提下，给出最佳合金及MC成分设计，使合金获得最优组织稳定性及最长使用寿命。该项目的完成将进一步加深人们对合金化学成分、微观组织稳定性与服役寿命三者之间相互关系的理解，并为高温合金的成分设计，尤其是含有较多难熔元素高温合金的成分设计提供科学依据。

微观组织和力学性能的长期热稳定性对高温合金的服役寿命具有关键影响，研究它们三者之间的相互关系具有重要科学意义。改变Nb/Ti、(Nb+Ti)/(W+Mo)或(W+Mo)/Cr比等化学成分参数，对比冶炼了11炉合金，研究了这些参数对初生MC碳化物热稳定性及其对合金微观组织和力学性能长期时效热稳定性的影响，优化出了最佳参数值，并获得了最优性能合金。. 结果表明，在保持(Ti+Nb)/(W+Mo)比不变的情况下，Nb/Ti比与初生MC的Nb/Ti和(Nb+Ti)/(W+Mo)比具有很好的线性关系，与γ'相的成分也有密切关系。初生MC的热稳定性和分解形式不仅取决于其自身的Nb/Ti和(Nb+Ti)/(W+Mo)比成分参数，还决定于合金成分的(W+Mo)/Cr比。初生MC的热稳定性可通过分解程度来定量表示，即Dt=(S0-St)/S0（S0和St分别为分解前后的面积分数）。分解程度越大，表示初生MC越不稳定，与基体之间的元素扩散交流越强烈，最后对合金的微观组织和力学性能稳定性影响越大，如晶界粗化速率加快、TCP相析出数量减少或消失等。相反，分解程度较小时，晶界粗化速率较低，析出TCP相的数量较多。因此，在设计新合金时，需要精确设计其成分，使MC热稳定（分解程度）性适中，具体表现为晶界粗化速率较低且TCP相析出较少，只有这样所得合金才能具有较好的微观组织稳定性、较高的力学性能及尽可能长的使用寿命。