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镍基高温合金K4169在650℃以下具有优异的力学性能和耐腐蚀性能,广泛应用在航空航天发动机、核反应堆以及石油化工领域。但是K4169合金在冶炼和使用的过程中存在一些问题,在冶炼过程中不可避免的会混入各种夹杂物,降低了合金的力学性能。此外K4169合金在恶劣的腐蚀环境中长时间工作,遭受热腐蚀,加速材料的失效,也会影响合金的持久力学性能。本文以真空熔炼的K4169合金为研究对象,通过电解萃取结合原位分析的实验方法研究了K4169合金中夹杂物的特征及形成机理。并研究了K4169合金在650℃下模拟烟气环境(wt%:75%Na2SO4+25%NaCl)中的热腐蚀行为,分析了热腐蚀机理以及固溶时效处理对合金耐热腐蚀性能的影响。 主要的研究结果总结如下。电解萃取出的K4169中的夹杂物按照成分分为三类:以硅铝氧化物为主的夹杂物、氮碳化物夹杂和以镍、铁、铌等复合金属氧化物为主的夹杂。K4169中单相夹杂物主要有TiN、Al2O3、SiO2、TiO2、SiC、Al2O3?MgO等,复合夹杂物主要有Al2O3-SiO2、Al2O3-SiO2-CaO、TiC-TiN、TiC-TiO2-TiN和Mo-Ni-Fe-O,Ni-Nb-O的复合金属氧化物夹杂等。 硅铝氧化物为主的夹杂物主要是通过冶炼原材料不纯引入。单相夹杂物之间碰撞长大,形成形状不规则的大尺寸复合夹杂物;碳氮化物为主的复合夹杂有两类,一类为自发形核的TiC-TiN和TiC-TiO2-TiN,另一类为以尖晶石MgO?Al2O3为核心的Ti N夹杂,此类夹杂物呈尺寸数微米的多面体块状;镍、铌、钛等复合金属氧化物夹杂一般呈球状或具有圆润的边角,是在凝固后期的偏析液中氧化析出,最后凝固在缩孔边缘枝晶间。 夹杂物在原始铸造棒材上的分布:Ti N宏观上分布无规律,在试样多处可见,多数聚集成簇状,分布在晶枝间的析出相周围;SiC主要分布在棒材的边缘区域;其余的各类氧化物多见于棒材心部,尤其集中在缩孔内部边缘及周围。 镍基合金K4169在模拟烟气介质(wt:75%Na2SO4+25%NaCl)中,铸态和固溶时效态合金的腐蚀动力学曲线均遵从抛物线规律,固溶——时效态试样的腐蚀速率及腐蚀层厚度均低于铸态试样,固溶时效处理后K4169合金的耐热腐蚀性能较铸态有较大提高。 铸态和固溶——时效态K4169合金的腐蚀结构均分为两层,内腐蚀层致密,腐蚀较轻,主要腐蚀产物为Ni3S2。外腐蚀层形貌疏松,其中铸态合金的外腐蚀层产物分三部分:最外侧为Ni3S2薄层;中间为Fe3O4,NiO,NiFe2O4等氧化产物;内侧以Cr-O为主,有少量的铌、铝、钛的氧化物;固溶——时效态合金外腐蚀层腐蚀产物为外侧以Fe3O4为主、内侧以Cr-O为主的两部分。K4169合金在75%Na2SO4+25%NaCl介质中的热腐蚀规律遵循碱性腐蚀机制。