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1 绪论1

1.1 粉末高温合金概述1

1.1.1 粉末高温合金的发展概况1

1.1.2 粉末高温合金盘件生产工艺2

1.1.3 原始粉末颗粒边界组织2

1.1.4 粉末高温合金的发展方向5

1.2 金属元素铪6

1.3 Hf在高温合金中作用研究的历史及现状7

1.3.1 Hf在铸造高温合金中的作用7

1.3.2 Hf在粉末高温合金中的作用8

1.4 γ′相粗化动力学10

1.4.1 Greenwood粗化理论11

1.4.2 LSW粗化理论11

1.4.3 MLSW粗化理论12

1.4.4 γ′相的筏形化13

1.5 γ′相形态不稳定性13

1.5.1 γ′相形态分裂13

1.5.2 γ′相形态分裂的弹性应变能理论14

1.5.3 γ′相形态分裂的微观弹性理论16

1.5.4 γ′相形态分裂的动力学及机制18

1.5.5 分叉理论（Bifurcation theory）19

参考文献20

2 实验材料和研究方法27

2.1 实验材料27

2.2 热力学计算方法27

2.3 热处理实验27

2.4 合金成分及相组成分析方法28

2.5 合金晶格错配度测算方法29

2.6 显微组织及断口分析方法30

2.7 力学性能测试方法31

3 不同Hf含量合金热力学平衡相的模拟计算33

3.1 FGH97合金热力学平衡相33

3.2 γ′相35

3.3 MC型碳化物36

3.4 M23C6型碳化物、M6C型碳化物以及M3B2型硼化物37

3.5 μ相38

3.6 Hf在γ′相和MC相间分配39

3.7 小结40

4 不同Hf含量合金的显微组织41

4.1 热等静压态合金的显微组织41

4.1.1 晶粒组织41

4.1.2 合金中相组成42

4.2 热处理态合金的显微组织42

4.2.1 合金中相组成42

4.2.2 晶粒组织43

4.2.3 晶界形态44

4.3 微量元素Hf对消除原始粉末颗粒边界组织的作用分析45

4.3.1 热等静压态合金中原始粉末颗粒边界上析出物45

4.3.2 快速凝固粉末颗粒内碳化物47

4.3.3 快速凝固粉末颗粒表面合金元素偏析50

4.3.4 讨论50

4.4 小结53

参考文献53

5 合金晶格错配度测算55

5.1 γ′相与基体γ相的相界面55

5.2 XRD谱线分峰及γ/γ′晶格错配度的测算55

5.3 Hf含量对γ′相晶格常数的影响57

5.4 讨论58

5.5 小结59

参考文献60

6 不同Hf含量合金中γ′相的析出行为61

6.1 热处理态合金中γ′相的形态61

6.1.1 γ′相形貌61

6.1.2 γ′相数量及组成63

6.1.3 γ′相尺寸及分布65

6.2 长时效后合金中二次γ′相的形态演变67

6.3 不同冷却速率下合金中二次γ′相的形态演变69

6.4 讨论72

6.4.1 γ′相的择优形态72

6.4.2 γ′相分裂的微观弹性理论分析72

6.4.3 γ′相的分裂形态分析75

6.4.4 立方状γ′相粗化75

6.5 小结76

参考文献76

7 不同Hf含量合金中MC型碳化物及其他相的析出行为78

7.1 热处理态合金中MC型碳化物的形态78

7.1.1 MC型碳化物的形貌和尺寸78

7.1.2 MC型碳化物的数量和组成79

7.2 长时效后合金中MC型碳化物的数量及形态83

7.3 长时效后合金中M23C6型碳化物、M6C型碳化物以及μ相90

7.4 不同冷却速率下合金中MC型碳化物形态94

7.5 讨论96

7.5.1 添加微量Hf对M23C6型碳化物、M6C型碳化物以及μ相析出的影响96

7.5.2 添加微量Hf对MC型碳化物稳定性的影响96

7.5.3 MC型碳化物的遗传特性96

7.6 小结98

8 Hf在合金中相间分配行为99

8.1 Hf在相中的定性分析99

8.2 合金相中Hf含量的定量分析103

8.3 讨论103

8.4 小结106

参考文献106

9 不同Hf含量合金的力学性能108

9.1 室温力学性能108

9.1.1 室温硬度108

9.1.2 室温冲击韧性108

9.1.3 室温拉伸性能110

9.2 高温力学性能111

9.2.1 750℃冲击韧性111

9.2.2 650℃拉伸性能112

9.2.3 750℃拉伸性能114

9.2.4 650℃持久性能115

9.2.5 750℃蠕变性能118

9.2.6 650℃疲劳裂纹扩展速率118

9.3 Hf最佳含量分析119

9.4 小结121

参考文献122

10 FGH97合金制件的显微组织和力学性能123

10.1 热处理态FGH97合金制件的显微组织和力学性能123

10.1.1 合金中相组成123

10.1.2 晶粒组织123

10.1.3 MC型碳化物124

10.1.4 γ′相124

10.1.5 合金制件的力学性能125

10.2 长时效后FGH97合金制件的显微组织126

10.2.1 合金中相组成126

10.2.2 γ′相数量及组成126

10.2.3 γ′相形态127

10.2.4 γ′相尺寸及分布131

10.2.5 MC型碳化物132

10.2.6 M23C6型碳化物和μ相135

10.3 长时效后FGH97合金制件断口形貌分析138

10.3.1 室温冲击断口形貌139

10.3.2 室温拉伸断口形貌140

10.3.3 高温拉伸断口形貌140

10.3.4 高温持久断口形貌143

10.4 长时效后FGH97合金制件的力学性能146

10.4.1 室温硬度146

10.4.2 室温冲击韧性146

10.4.3 室温拉伸性能147

10.4.4 高温拉伸性能147

10.4.5 高温持久性能147

10.5 小结149

附录150

附录A 粉末高温合金的化学成分及特性150

附录B 粉末高温合金的应用152

附录C 试样图及尺寸154

附录D γ/γ′晶格错配度及γ′相晶格常数数据157

附录E 热处理态五种Hf含量FGH97合金中各相的含量、组成及尺寸158

附录F 热处理态四种Hf含量FGH97合金中Hf在相间分配161

附录G 三种Hf含量FGH97合金长时效前后析出相含量162

附录H 热处理态五种Hf含量FGH97合金力学性能数据163

附录I FGH97合金制件长时效前后各相的含量、组成及尺寸165

附录J FGH97合金制件长时效前后力学性能数据166