D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2001.01.041 第23卷第1期 北京科技大学学报 VoL23 No.1 2001年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2001 DD402FGH95扩散偶中单晶合金y'相 筏形化与其形成元素的扩散 阎来成”孙家华)董德俊)赵京晨)燕平2) 1)安泰科技股份有限公司，北京1000812钢铁研究总院高温材料研究所，北京100081 摘要通过研究不同温度时热等静压(HIP)多元扩散偶DD4O2/FGH95中的AL,Ta和Ti元素 的扩散规律，发现DD402单晶中存在A1和Ta元素的上坡扩散.因此单晶中在近结合界面处形 成了Al,Ta和Ti元素的富集区以及Y相的筏形化.对Al和Ta元素的扩散流量及扩散深度进行 计算.计算结果与试验结果相吻合. 关键词扩散：单晶合金；粉末合金；筏形化 分类号TG113.12 选用单晶叶片和粉末祸轮盘进行HP扩散 晶合金在热等静压前需进行固溶处理(1315℃3 连接制造的双合金涡轮转子，可以实现这2种 h,AC). 材料最佳性能的组合，但是近界面处单晶合金 热等静压工艺：温度为1120,1166,1210℃， 中的Y相会发生筏形化，这将对结合界面区的 压力为103MPa,时间为3h.采用S250MK3型 蠕变强度产生较大的影响.Y相筏形化的根本 和TSM-6400型扫描电镜进行了结合界面处元 原因是由于其形成元素发生了定向扩散，而目 素分布的测定和高倍组织观察 前对该扩散偶中元素扩散的定量研究还很少四， 并且也未能与合金的组织变化联系起来.因此， 2试验结果 我们首次选用了目前国内性能最高的叶片材料 DD402单晶和涡轮盘材料FGH95粉末合金，采 图1为1166℃/103MPa/3h热等静压后结 用3种温度进行HP扩散连接后，研究了扩散 合界面处γ相的形成元素的分布，图中横坐标 偶中结合界面处Y相形成元素的互扩散规律， 中的0点是出现筏形y'相的位置，Matano平面 并对A1和Ta元素的扩散流量和扩散深度进行 的位置为x。=10m,左侧是DD402单晶，右侧为 了定量计算，讨论了单晶合金中y相形成元素 FGH95合金.从图中可以看到，在结合界面处元 与筏形化的关系. 素均发生了明显的互扩散，并且形成了一个元 6 A 1试验方法及过程 5 -Ta ----Ti DD402单晶合金化学成分为：NiCr7.39 0… Co4.76-W7.76-Mo0.64-A15.33-Ta5.87-Ti1.06 (质量分数，%)；FGH95粉末合金的化学成分为： DD402 (il95 Ni-Cr12.96Co8.17-W3.38-Mo3.34A13.5-Ti 2.26-Nb3.32C0.06(质量分数，%).FGH95粉末 合金是采用等离子旋转电极法制得，粒度为 -120-90-60-300306090120 -100~+50m.DD402单晶合金采用螺旋选晶 d/um 法定向凝固精铸而成，单晶取向为[001].所有单 图11166℃热等静压后扩散偶中A1,Ta和Ti元素分布 Fig.1 Profiles of Al,Ta and Ti content for DD402/FGH95 收稿日期：2000-07-15阁来成男，34岁，工程师，博士 couple after1166℃HP第 2 3 卷 第 1 期 20 0 1 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n vi e sr yit o f s e el n e e a n d 介 c h n o l o yg B e ij i n g 、 b】 . 23 N 0 . 1 F e b 。 200 1 D D 4 02 扭G H 9 5 扩散偶 中单 晶合金夕 ` 相 筏形化与其形成元素的扩散 阎来成 ` , 孙 家华 2 , 董德俊 ” 赵京晨 ” 燕 平 ” 1决泰科技股份有 限公司 , 北京 1 0 0 0 81 2 )钢铁研究总 院高温材料研究所 , 北京 10 0 0 81 摘 要 通 过研究 不同温度 时 热等静压( IH )P 多元扩 散偶 D D 4 02 下G H 9 5 中的 lA , aT 和 iT 元素 的扩散规律 , 发 现 D 4D 02 单 晶 中存在 iA 和 aT 元素的上坡扩散 . 因此单晶 中在近结合界面处形 成 了 lA , aT 和 iT 元素 的富集区 以及丫相 的筏形 化 . 对 lA 和 aT 元素的扩散流 量及 扩散深度进行 计算 . 计算结果与试验结果 相 吻合 . 关键 词 扩散 ; 单晶合金 ; 粉末合金 ; 筏形 化 分类 号 T G 1 1 3 . 1 2 选用单 晶叶片 和粉末涡 轮盘进行 H IP 扩散 连接制造 的双合金 涡轮转 子 , 可 以实现 这 2 种 材料最佳性 能 的组 合 , 但 是近界 面处单 晶合金 中的犷相会发生筏形化 l[] , 这将对结 合界面 区 的 蠕变强度 产生 较大 的影 响 . 丫相 筏形 化 的根本 原 因是 由于其形成元 素发生 了 定 向扩散 , 而 目 前对该扩 散偶 中元 素扩散的定量研究还很少 l2] , 并且 也未 能与合金的组织变化联系起来 . 因此 , 我们 首次选用 了 目前 国内性能最高 的叶片材料 D D 4 0 2 单 晶和涡 轮 盘材料 F G H 95 粉末合 金 , 采 用 3 种温度进 行 H IP 扩散连接 后 , 研究 了 扩散 偶 中结合 界面处丫 相形成 元素 的互 扩散规 律 , 并 对 lA 和 aT 元素 的扩散 流量和扩 散深度进 行 了 定量计算 , 讨论 了单 晶合金 中丫 相形成元 素 与筏 形化 的关 系 . 晶合金 在热等静压前需进行 固溶处理 ( 1 3 15 ℃ 3/ h , A C ) . 热等静压 工艺: 温度为 1 120 , 1 16 , 1 2 10 ℃ , 压 力为 10 3 M P a , 时间为 3 h . 采 用 5 2 5 0M K 3 型 和 T SM 一 6 4 0 0 型扫描 电镜 进行了结合 界面处元 素分布 的测定 和 高倍组织 观察 . 2 试验结果 图 1 为 1 1 6 6℃ / 103 M P留3 h 热等静压后结 合 界面处丫相 的形成元 素 的分布 , 图 中横坐标 中的 0 点是 出现筏形丫相 的位置 , M a st 叮 o 平面 的位 置为 x0 = 10 林n l , 左侧 是 D D 4 02 单 晶 , 右侧 为 F G H 9 5 合金 . 从图 中可 以看到 , 在结合界面处元 素 均发生 了 明显 的互 扩散 , 并且形成 了 一个元 7 广一一 一 一一 一 一一一 一 一一 - 一~ - 1 4 冲炭, 1曰 1 试验方法及过程 D 4D 0 2 单 晶合金化 学成分 为 : N i一 C r .7 3弘 C o 4 . 7 6 一 W 7 . 7卜 M o 0 . 6 4 , A I 5 . 3 3一丁妞 5 . 8 7一 Ti 1 . 0 6 (质量分数 , % ) ; F G H 95 粉末合金 的化 学成分为 : N l曰 C r 12 . 9 6 - C O 8 . 1 7一W 3 . 3 8一 M o 3 . 3 4一 A I 3 . 5一肠 .2 2卜-N b 3 . 3 2一 .0 0 6( 质 量分数 , % ) . F G H 95 粉末 合 金是 采 用等 离 子旋 转 电极 法 制 得 , 粒 度 为 一 10 0 一 +5 o 娜 . D D 40 2 单 晶合 金采用 螺旋选 晶 法定 向凝 固精铸而成 , 单晶取 向为 [ 0 01 ] . 所有单 收稿 日期 : Z o o es o 私15 阎来成 男 , 34 岁 , 工程 师 , 博士 一一一一一一一洲/ ` . \ · · · · · … … 夕 … … ” ’ ` 一 ’ 、 — aT .1 一 一 一 一 T i 二 , 一 . . . . … … 2 } 厂- - - - 门 \ / 产二 1 二吕 卜住竺』一 ` \ 巴兰』 一 1 ! , : 一 12 0 一 9 0 一 60 一 3 0 d 0 30 6 0 9() 120 恤 m 图 1 1 1 6 6℃ 热 等静压后 扩散 偶 中 lA , 介 和 iT 元索分 布 F ig · 1 P er m es o f IA , aT a n d n e o n et n t fo r D D 4 02 IF G H姑 e o u P le a ft6 r 1 16 6℃ E J P DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2001. 01. 041