赵展等：增压涡轮用K424高温合金组织特征及热裂倾向性 ·1435· 5.4 (a) 75 (b) 20 5.2 6 5.0 4.8 5 4.6 5. 4.4 4.5 4.0 0.2 0.4 .6 0.8 1.0 0 0.2 0.40.6 0.8 1.0 相分数 固相分数 5.0 6.20 45 6.15 4.0 6.10 35 6.05 6.00 25 5.95 2. 5.90 1.0 5.85 cet-riHl 0.5 十 5.80- 0 0.2 0.40.6 0.8 0 0 0.4 0.6 0.8 固相分数 固相分数 1.6 (e) 120) 13 10 1.4 6以 1.0 09 0.8 0 0.2 0.40.6 0.8 1.0 0.2 0.40.6 0.8 1.0 固相分数 固相分数 图8合金中溶质含量随固相分数的变化.(a)K424,A:(b)K424,Ti:(c)K424,Nb:(d)K418,A:(e)K418,Ti:(f0K418,Nb Fig.8 Mass fraction of elements in liquid in the solidification process:(a)K424.Al:(b)K424,Ti;(c)K424,Nb:(d)K418,Al:(e)K418, Ti;(f)K418,Nb 的热物性能及凝固特性发生改变，从而引起铸造应力 差，与基体的结合力弱，作为合金的薄弱环节，在浇注 的变化.K424合金中A1和Ti含量高，凝固末期过早 涡轮时热裂倾向较大：另一方面，叶片厚度小，局部冷 析出大尺寸的共晶组织，引起结晶温度范围变宽，凝固 却过快，抑制元素扩散，加剧残余液相的偏析，从而使 收缩率增大，铸件的热应力也随之增大：另一方面，大 得叶片处共晶的数目大幅增加：曲率变化大，易产生应 尺寸共晶组织的析出，可能导致合金中的相变应力增 力集中从而导致开裂. 大.铸造应力越大，合金在凝固末期出现热裂纹的倾 根据以上分析结果，要减少涡轮叶片的热裂，建议 向也就越大.模拟结果与实验结果吻合良好. 从以下几个方面入手：控制Al、Ti和Nb三种元素的含 K424合金增压涡轮叶片出现热裂纹是合金特性 量，以牺牲一部分的强度性能，获得较好的抗热裂性 与铸件特性共同作用的结果：一方面，K424合金A1和 能：在Al+Ti含量一定的情况下，提高Al/T比例，从 含量高(A1+Ti质量分数大约10%)，Y+Y析出温 而控制合金中共晶组织的数量和尺寸：由于凝固冷速 度高，易过早形成大尺寸的共晶组织，共晶组织塑性 对y+y共晶量有明显的影响，过快和过慢的冷速都赵 展等: 增压涡轮用 K424 高温合金组织特征及热裂倾向性 图 8 合金中溶质含量随固相分数的变化 . ( a) K424，Al; ( b) K424，Ti; ( c) K424，Nb; ( d) K418，Al; ( e) K418，Ti; ( f) K418，Nb Fig． 8 Mass fraction of elements in liquid in the solidification process: ( a) K424，Al; ( b) K424，Ti; ( c) K424，Nb; ( d) K418，Al; ( e) K418， Ti; ( f) K418，Nb 的热物性能及凝固特性发生改变，从而引起铸造应力 的变化． K424 合金中 Al 和 Ti 含量高，凝固末期过早 析出大尺寸的共晶组织，引起结晶温度范围变宽，凝固 收缩率增大，铸件的热应力也随之增大; 另一方面，大 尺寸共晶组织的析出，可能导致合金中的相变应力增 大． 铸造应力越大，合金在凝固末期出现热裂纹的倾 向也就越大． 模拟结果与实验结果吻合良好． K424 合金增压涡轮叶片出现热裂纹是合金特性 与铸件特性共同作用的结果: 一方面，K424 合金 Al 和 Ti 含量高( Al + Ti 质量分数大约 10% ) ，γ + γ'析出温 度高，易过早形成大尺寸的共晶组织，共晶组织塑性 差，与基体的结合力弱，作为合金的薄弱环节，在浇注 涡轮时热裂倾向较大; 另一方面，叶片厚度小，局部冷 却过快，抑制元素扩散，加剧残余液相的偏析，从而使 得叶片处共晶的数目大幅增加; 曲率变化大，易产生应 力集中从而导致开裂． 根据以上分析结果，要减少涡轮叶片的热裂，建议 从以下几个方面入手: 控制 Al、Ti 和 Nb 三种元素的含 量，以牺牲一部分的强度性能，获得较好的抗热裂性 能; 在 Al + Ti 含量一定的情况下，提高 Al / Ti 比例，从 而控制合金中共晶组织的数量和尺寸; 由于凝固冷速 对 γ + γ'共晶量有明显的影响，过快和过慢的冷速都 · 5341 ·