D0I:10.13374/1.issm100103.2008.12.0B 第30卷第12期 北京科技大学学报 Vol.30 No.12 2008年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2008 高Ru和高Cr对镍基高温合金组织稳定性的影响 石立鹏王万波冯强王艳丽陈国良 北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 摘要在多组元的镍基高温合金中分别和同时加入高Cr和高Ru,经固溶处理后，在800~1100℃下进行10~1300h时效 处理，观察组织并分析Ru,Cr以及二者交互作用对合金组织稳定性的影响·结果表明：在无Cr和Ru的合金中，经过10O0℃/ 1300h时效处理后无TCP相析出：加入高Cr的合金仅20h就在晶界发现了TCP相，50h后在枝晶干出现TCP相：在1000℃ 时效，TCP相比其他温度更易析出.在同时加Cr和Ru的合金中，经过10O0℃/10O0h时效后并未发现TCP相的析出，这说 明高含量的Cr促进了TCP相的形成，而高Ru的添加在高Cr合金中也能有效地抑制TCP相的析出，提高组织稳定性· 关键词镍基高温合金：钉：铬：组织稳定性 分类号TG146.1+5:TG132.3+2 Effects of high Ru and high Cr on the microstructural stability of Ni-base superal- loys SHI Lipeng,WANG Wanbo,FENG Qiang,WA NG Yanli,CHEN Guoliang State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China ABSTRACT Four experimental multi-component Ni-base superalloys were designed to investigate the influence of high Ru and high Cr on the microstructural stability at high temperature.These alloys were solution-treated and then aged at 800-1100C for 10- 1300h.The experimental results showed that no TCP phases were found in the Rufree or Crfree alloy after aging at 1000C for 1300h.For the alloy with high level of Cr addition,TCP phases were observed to precipitate along grain boundaries and in dendrite cores after 20h and 50h at 1000C.respectively:after aging at 1000C for 1000h.no TCP phases were observed in the alloy with high levels of Cr and Ru additions.It is indicated that the high level of Cr addition promotes the precipitation of TCP phases,while high level of Ru addition efficiently lowers the propensity for the formation of TCP phases in the high Cr-containing alloy,and thus improve the microstructural stability. KEY WORDS Ni-base superalloys:ruthenium:chromium:microstructural stability 镍基单晶高温合金由于具有良好的高温性能而 金的液相线温度[)，提高合金的高温蠕变性能和组 成为先进航空发动机热端部件的首选材料，镍基高 织稳定性闺，与第三代单晶高温合金相似，第四代 温合金主要由基体Y(Ni)相和强化相Y(Ni3AI)相 单晶高温合金中Cr的质量分数仍然较低，在2%~ 两相组成，另外还有碳化物和硼化物等二次相以及 4%左右[].目前，国内外对高Cr十Ru高温合金 服役过程中析出的、有害的拓扑密排相(TCP 的研究还非常有限，本文在多组元的镍基高温合金 相)山.为了保持合金的组织稳定性，第二、三代单 中分别和同时加入高Ru和高Cr,研究Ru、Cr以及 晶高温合金在提高难熔金属元素的同时不得不降低 二者共同作用对合金组织稳定性的影响， 元素Cr的含量，Cr含量的持续降低损害合金的抗 氧化，抗腐蚀性能).在第四代镍基单晶高温合金 1实验材料和方法 中，引入新的合金元素Rm,它能够提高镍基高温合 为了研究Ru和Cr对高温合金组织稳定性的 收稿日期：2008-05-24修回日期：2008-07-26 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.50671015):教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(Na,NCET0G0079) 作者简介：石立鹏(1982-)，男，硕士研究生；冯强(1969-)，男，教授，博士生导师，E-mail:qfeng(@skl.ustb-edu.en高 Ru 和高 Cr 对镍基高温合金组织稳定性的影响 石立鹏 王万波 冯 强 王艳丽 陈国良 北京科技大学新金属材料国家重点实验室‚北京100083 摘 要 在多组元的镍基高温合金中分别和同时加入高 Cr 和高 Ru‚经固溶处理后‚在800～1100℃下进行10～1300h 时效 处理‚观察组织并分析 Ru、Cr 以及二者交互作用对合金组织稳定性的影响．结果表明：在无 Cr 和 Ru 的合金中‚经过1000℃／ 1300h 时效处理后无 TCP 相析出；加入高 Cr 的合金仅20h 就在晶界发现了 TCP 相‚50h 后在枝晶干出现 TCP 相；在1000℃ 时效‚TCP 相比其他温度更易析出．在同时加 Cr 和 Ru 的合金中‚经过1000℃／1000h 时效后并未发现 TCP 相的析出．这说 明高含量的 Cr 促进了 TCP 相的形成‚而高 Ru 的添加在高 Cr 合金中也能有效地抑制 TCP 相的析出‚提高组织稳定性． 关键词 镍基高温合金；钌；铬；组织稳定性 分类号 TG146∙1＋5；TG132∙3＋2 Effects of high Ru and high Cr on the microstructural stability of N-i base superal￾loys SHI Lipeng‚W A NG W anbo‚FENG Qiang‚W A NG Y anli‚CHEN Guoliang State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT Four experimental mult-i component N-i base superalloys were designed to investigate the influence of high Ru and high Cr on the microstructural stability at high temperature．T hese alloys were solution-treated and then aged at 800－1100℃ for 10－ 1300h．T he experimental results showed that no TCP phases were found in the Ru-free or Cr-free alloy after aging at 1000℃ for 1300h．For the alloy with high level of Cr addition‚TCP phases were observed to precipitate along grain boundaries and in dendrite cores after20h and50h at1000℃‚respectively；after aging at1000℃ for1000h‚no TCP phases were observed in the alloy with high levels of Cr and Ru additions．It is indicated that the high level of Cr addition promotes the precipitation of TCP phases‚while high level of Ru addition efficiently lowers the propensity for the formation of TCP phases in the high Cr-containing alloy‚and thus improve the microstructural stability． KEY WORDS N-i base superalloys；ruthenium；chromium；microstructural stability 收稿日期：2008-05-24 修回日期：2008-07-26 基金项目：国家自然科学基金资助项目 （No．50671015）；教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目（No．NCET－06－0079） 作者简介：石立鹏（1982－）‚男‚硕士研究生；冯 强（1969－）‚男‚教授‚博士生导师‚E-mail：qfeng＠skl．ustb．edu．cn 镍基单晶高温合金由于具有良好的高温性能而 成为先进航空发动机热端部件的首选材料．镍基高 温合金主要由基体γ（Ni）相和强化相γ′（Ni3Al）相 两相组成‚另外还有碳化物和硼化物等二次相以及 服役 过 程 中 析 出 的、有 害 的 拓 扑 密 排 相 （TCP 相） ［1］．为了保持合金的组织稳定性‚第二、三代单 晶高温合金在提高难熔金属元素的同时不得不降低 元素 Cr 的含量‚Cr 含量的持续降低损害合金的抗 氧化、抗腐蚀性能［2］．在第四代镍基单晶高温合金 中‚引入新的合金元素 Ru‚它能够提高镍基高温合 金的液相线温度［3］‚提高合金的高温蠕变性能和组 织稳定性［4］．与第三代单晶高温合金相似‚第四代 单晶高温合金中 Cr 的质量分数仍然较低‚在2％～ 4％左右［4－6］．目前‚国内外对高 Cr＋Ru 高温合金 的研究还非常有限．本文在多组元的镍基高温合金 中分别和同时加入高 Ru 和高 Cr‚研究 Ru、Cr 以及 二者共同作用对合金组织稳定性的影响． 1 实验材料和方法 为了研究 Ru 和 Cr 对高温合金组织稳定性的 第30卷 第12期 2008年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．12 Dec．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．12．003