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DZ792合金是在IN792合金的基础上,通过微量调整合金成分、采用定向凝固技术而研发的一种定向凝固高温合金。该合金有望应用于燃气轮机涡轮叶片材料,与航空发动机相比,工业用重型燃气轮机工作环境更加苛刻,工作时间更长,并且由于合金经常在无涂层的条件下服役,高温腐蚀环境下合金的损耗问题严重。为确保DZ792合金的服役安全,本文重点研究了DZ792合金高温抗氧化性能和耐腐蚀性能,为更好的了解合金高温条件下的氧化和热腐蚀行为提供理论依据。同时针对DZ792合金需在长期高温下服役的特点,系统研究了合金在长期时效过程中的组织演变,探索时效对合金腐蚀产生影响的机制。 研究了DZ792合金750℃~950℃温度范围内高温抗氧化能力的影响规律。结果表明:合金在750~850℃氧化时属完全抗氧化级别、在900~950℃氧化为抗氧化级别。经拟合计算出合金氧化过程中的扩散激活能Q=244.86 kJ·mol-1,由此,可以推断出合金在该温度范围内,氧化过程主要受Cr3+在Cr2O3氧化膜中的扩散所控制。合金氧化产物主要由Cr2O3、TiO2、TiTaO4、NiCr2O4及内氧化产物Al2O3、TiN组成。氧化膜存在分层现象,由外至内依次为:TiO2、Cr2O3+TiTaO4+NiCr2O4及Al2O3和TiN。 研究了不同Cr、Ti、Ta含量的三种DZ792改型合金的恒温氧化行为。结果表明:Cr、Ti、Ta对合金的抗氧化性能在氧化的不同阶段作用各异。在氧化初期,由于Ti元素与O的亲和力很强,含Ti含量高的合金在氧化曲线上增重较为明显。随着氧化的进行,Cr元素的扩散主导合金的氧化过程。850℃氧化时Cr元素的氧化可在氧化后期形成稳定的氧化层,阻碍氧化的进程。但在950℃下,直至氧化500h尚未形成可阻碍进一步氧化的氧化物保护层。Cr含量高而Ti和Ta含量较低的合金增重较快,这是由于Cr的选择性氧化所致。Ti和Ta含量较低的合金,Ti和Ta又无法有效弥散分布于Cr2O3之中,难以形成连续的保护性氧化膜,从而未能有效地阻碍Cr3+向合金内部持续扩散,加剧合金氧化增重。Ti和Ta含量为4.02%和1.99%的合金,由于形成连续的Cr2O3氧化膜可延缓了Cr3+的持续向外扩散,对改善合金的抗氧化能力有积极作用。 DZ792定向凝固镍基高温合金在750℃和900℃热腐蚀行为研究表明:750℃下,合金在开始阶段腐蚀速率较大,随着腐蚀时间的延长以及合金腐蚀层厚度的增加,腐蚀速率降低。合金的热腐蚀过程中有氧化-硫化共存同时伴随着表面腐蚀物挥发,在此过程中腐蚀持续向合金内部推进,使得腐蚀层不断增厚。900℃下热腐蚀阶段氧化膜的碱性溶解对腐蚀起决定性作用,DZ792合会表面氧化膜发生溶解-再沉积。Cr2O3大量溶入熔盐中降低熔盐碱度,之后又在熔盐/气相界面重新析出。合金内部Cr元素则无法快速扩散至合金表面形成Cr2O3保护性的氧化膜,由此降低了合金的抗热腐蚀能力。 研究发现,DZ792合金随着时效温度的升高和时效时间的延长,合金的γ相析出渐趋均匀、γ相逐渐粗化,有部分筏形γ相产生,粗化遵循Ostwald熟化理论。γ/γ共晶部分溶入基体。在时效过程中,块状或短条状的枝晶间MC型一次碳化物,在850℃时效100h后其边缘部分开始溶解,而由其提供的碳元素与合金中的Cr元素结合,形成M23C6型碳化物,随着时效时间的延长M23C6型碳化物有长大趋势。 模拟实际服役条件,将DZ792合金在850℃时效1000h后,再对合金进行800℃下的热腐蚀试验。结果表明:时效中的主要变化为晶界M23C6型晶界碳化物的析出降低了合金晶内Cr元素的含量,热腐蚀中合金更多的Al和Ti元素被消耗,以至于在内腐蚀层难以形成连续的可以阻止腐蚀向基体进一步扩散的Al和Ti氧化层,亦降低了腐蚀膜与基体合金之间的粘着力。而晶界碳化物析出产生的缺陷又促使S,O更容易沿着晶界向基体扩散,加速合会的热腐蚀。