[D0I:10.13374/j.issn1001053x.1986.s1.011 北京钢铁学院学报 1986年6月 Journal of Beijing University Special issue 专辑1 of Iron ani Steel Technology 地上，1986,6 不同温度时效对GH220合金渗A1层的影响 叶锐曾葛占英孙金贵 于文秀杨莲隐 宋泊 (高温合金教研室) 李莉 (420厂) 摘 要 研究了时效温度及时间对渗A!层组织的影响.结果表明，时效渗A1层主要由外、内两层组成，外层包 括Al2O3膜区，B一NiA1区及贫化区：内层为富C区及针快相区，重点讨论了渗AI层蜕化机侧及针状相 形成原因。 关键词：B一NiA1、针状相、碳化物 Influence of different ageing temperatures on aluminide coating of GH220 Alloy Ye Ruizeng Ge Zhanying Sun Jingui Yu Wenxiu Van Lianying Song Bo LiLi Abstract Influence of ageing temperatures and times on aluminide coating structure is investigated in this paper.The results show that aged aluminide coating consist mainly of the outer and the inner layers.The outer layer includes Al2O,oxide zone,B-NiAI zone and denuded zone.The inner layer inclu- des rich C zone and needlelike phase zone.It has been concentrated on disc- ussion of exhaustion mechanizm and of reasons of needlelike phase forma- tion in aluminide coating. Key words:NiAl phase;needlelike phase;carbides. 85
年 月 北 京 钢 铁 学 院 学 报 。 了 岁 专 辑 。 生 沁 ， ， 碘皇， 不同温度时效对 她 合金渗 层的影响 叶锐 曾 葛 占英 孙金贵 一 于文秀 杨莲隐 宋泊 高温 合金 教研室 李 莉 ‘声释 广 摘 要 研 究 了时 效温 度 及时 间对渗 层 组织 的影 响 。 结 果表 明 ， 时 效渗 层 主要 由外 、 内两 层 组成 ， 外 层 包 括 ， 膜 区 ， 日一 区 及 贫 化区 内层 为富 区及针 状 相 区 重 点讨 论 了渗 层 蜕化机制 及 针 状相 形 成原因 。 关键词 日一 ‘ 、 针 状相 、 碳 化 物 洲烟 雌 磁 口 人 ” 伽口 “ 儿 城 双 尸 儿 “ 。 肠 ’ 初 。 ” 五 衡 翎哪哪 七任 切 七 奴 已 么 叮 玩 卜 玩 如 盯 ” 城 ” 记 ， 日一 比 。 皿念 如 知 忧 抓阶 琅 伙 加 嘟 叨 叨 廿时记 五 此 成抓 。 掩 。 厂 切 那 。 队 七 卿 山 七 城 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1986．s1．011
前 言 航空发动机和各种工业燃气轮机发展趋势是提高使用温度，延长寿命，采用低质燃料。 因此，制作涡轮叶片的Nⅰ基高温合金遇到了严重的氧化和腐蚀问题，不得不采取表面饬护 措施。在各种访护技术中，至今应用最广泛的仍然是扩散渗A1,尽管它是一种较老的工 艺，人们依然不断地进行更为深入的研究1一5)。 本文重点研究GH220合金渗A1层（包括外层、内层）在不同温度时效过程中组织变化 规律，渗A1层蜕化机制和针状相形成原因。 1试验用料及方法 试验采用GH220Ni基变形高温合金，化学成分(wt%)如表1所示。 表1.试验用台金的化学成分 Table 1 Chemical Compositicn of the experimental alloys Cr W Mo Al V Co Fe B Mg Ni 0.048 10.406.165.824.202.5015.010.12 ≤0.020.0023 Balance 摩B按计算量加入。 空冷 合金经1220℃×4h→1070℃×2.5h/空+950℃×2h/空后，车成10,115mm圆柱试 样，然后进行真空（≥5×10-5托）渗A1并在氬气下扩散退火(930℃2h)。这时获得的渗 A1试样称原始试样，其渗层组织称原始组织。按表2方案进行时效处理，时效处理后试样统 称时效试样，其渗层组织称时效组织。 袭2。原始渗铝试样的时效方案 Table 2 Regime for ageing of Aluminided specimens Temperature C Time,h 850 50 100 300 900 0 % 100 300 950 50 100 300 1000 50 100 300 金相侵蚀剂为硝酸：盐酸：甘油=1：5：6。用光学显微镜、扫描电镜、电子探针，X 射线衍射仪进行渗A】层形态、成分及结构分祈。 “马胺山钢铁学院尹挂全老师和陈寅同学参加丁部分工作。 86
年 月 北 京 钢 铁 学 院 学 报 。 了 岁 专 辑 。 生 沁 ， ， 碘皇， 不同温度时效对 她 合金渗 层的影响 叶锐 曾 葛 占英 孙金贵 一 于文秀 杨莲隐 宋泊 高温 合金 教研室 李 莉 ‘声释 广 摘 要 研 究 了时 效温 度 及时 间对渗 层 组织 的影 响 。 结 果表 明 ， 时 效渗 层 主要 由外 、 内两 层 组成 ， 外 层 包 括 ， 膜 区 ， 日一 区 及 贫 化区 内层 为富 区及针 状 相 区 重 点讨 论 了渗 层 蜕化机制 及 针 状相 形 成原因 。 关键词 日一 ‘ 、 针 状相 、 碳 化 物 洲烟 雌 磁 口 人 ” 伽口 “ 儿 城 双 尸 儿 “ 。 肠 ’ 初 。 ” 五 衡 翎哪哪 七任 切 七 奴 已 么 叮 玩 卜 玩 如 盯 ” 城 ” 记 ， 日一 比 。 皿念 如 知 忧 抓阶 琅 伙 加 嘟 叨 叨 廿时记 五 此 成抓 。 掩 。 厂 切 那 。 队 七 卿 山 七 城
2试验结果及讨论 作为研究出发点，先简述一下原始组织，然后讨论时效组织。 2.1原始组织 图1为真空渗A】试样典型的原始渗层组织，分内外两层，外层包括二个亚层，即外层 一1和外层一2；外层一2实为贫Cr、W、Mo的B一NiA1层。图2为该组织示意图。 a-C carbides D B-1A1 Ja3no , B-胜A1(Poor Cr,w,o) T 0.0 0 图1真空渗A1层原始渗层组织 自。Carbidos Fig.I Microstucture of vacuum initially aluminide coating Matrix Intermetallic compounde 图2原始海A1层示意图 Fig.2 Schematic diagram of vacuum initially aluminide coating (1)外层一1为富A1的B一NiA1,溶解有 一定量的Co、Cr、W、Mo、Ti,图3为外层 一1的能谱。外层一1中分布着一些白色颗粒，可 能为碳化物及一Cr。此层晶粒细小，渗层平 整。外层一2为B一NiA1层，含A1量比外层一1 低，常含有Y'一NiaA1。外层-2特征是Cr、 图3外层一1能谐 W、Mo等碳化物形成元素含量较低，这是内层 Fig.3 EDAX of outer layer-1 形成的结果。 (2)内层除基体外，主要由碳化物及金属化合物组成，此处C、W、Mo、C富集，逐 层化学相分析8〕证明，该层中含有MC,M2.C8,M。C碳化物。内层生成过程中需要消耗 大量的Cr、W、Mo等碳化物形成元素，于是在外层一2一侧出现C、W、Mo贫化。图4上 一组电子探针照片清晰地展示出贫化区的存在。 2.2时效组织 时效对原始渗层组织带来的变化取决于温度和时间，温度越高，时间越长，渗层变化就 87
试 验 结 果 及 讨 论 作 为研究 出发点 ， 原始组织 先简述一下原始组织 ， 然后讨论时效组织 。 戛井于变气攫刃段樱贺留豁召考耀鬼咒馨貌纂氰 即外层 一 一曰户厂 。口谓土﹄匀。卜匆 一写卜盛川 车飞，土工卜幸卜土上工 华雄愕 公 曲日 飞 仑 方 。 。 。 日一 双 一 ’ 小 肛 一 口一 肚 舰 伽 。 二 吃叭如 九卜分战髯 一 工 七。 七 。 ‘ 。 砚 日 图 原始修夫 层示意图 红 严合件 哗土住 吧 产 洲呼 贝 工 七 性 图 外层 一 能谱 一 外层一 为富 人 的 日一 认， 溶 解 有 量 的 叭 、 、 叭 ， 图。 为外层 班伪能谱 。 外层一 中分布着 一些白色颗粒 ， 可 能为碳化物及 以 一 ， 此 层晶 粒细小 ， 渗 层 平 甄 外层一 为 日一 全 层 ， 含 量比外层 一 低二 常含有 衬一 几 。 外层一 特征是 、 奋 等碳化物形成元素含量较低 ， 这是 内层 形成的结果 。 绮 一 淤 时效对原始渗层组 织 带来的变化取决于 温度和时 间 ， 温 度越高 ， 时 间越长 ， 渗层变化就
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越大，它的防护性能蜕化就越严重。现从渗层厚度，表面氧化、B一iA衰退、内层变化及 针状相等方面来分别讨论渗层的变化。 (1)厚度变化 渗A1层总厚度及内层厚度随时效温度及时间的变化示于图5一7。图5为不同时效温度及 时间后渗层形貌图，图6一7为各层厚度测定的结果。由图6a观之，在850一950℃温度区间， 850'C50h 850°C100'C 15 5 G220-BA-11 850·C300h 900°C50h 30 22 900°C100h 900'C300h 83.523 (a) 89
越大 ， 它 的防护性能 蜕化就越严重 。 现从渗层厚度 ， 针状相 等方面来分别 讨论 渗层 的变化 。 厚度变化 表面氧化 、 日一 王衰退 、 内层 变化及 渗 人 层总厚度及 内层厚度随时效温度及时 间的变化示于图 一 。 图 为不同时效温度及 时 间后渗层形貌 图 ， 图 一 为各层厚度测定的结果 。 由图 观之 ， 在舫 。一 ℃ 温 度区 间 ， 五 ， 五 口五 奎罐彝缭黔麟撇 仓 劝住 “ 勺 铸