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2023

08-12 13:50

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稀土元素在高溫合金中的應用

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對未添加和添加稀土元素 Y、Ce的K444合金返回料的研究表明，與未加稀土的返合金回料相比，加入 Y、Ce的合金枝晶組織明顯細化，如圖 4所示。這是因為 Y、Ce 是活性元素，能與O、P、S、N形成高熔點化合物，這些化合物可作為合金凝固結晶的核心，提高合金凝固時的形核率，從而細化合金組織。而且未添加稀土元素的合金晶界碳化物較多且呈不規則大塊狀，而添加 Y、Ce的合金晶界碳化物多呈條狀、小塊狀或鏈狀，這些碳化物也起強化晶界的作用。

對M951合金的研究發現，富稀土元素的第二相顆粒能阻止晶粒長大、細化枝晶和晶粒，改變碳化物的尺寸和分布，改善合金組織，合金的初生MC碳化物形貌也發生明顯變化，即從針狀或片狀變為以不連續的塊狀為主，共晶體含量隨Y含量的增加而增加。

趙志龍等依據熔點、密度相近和晶格匹配等原則，利用自制的高溫合金細化劑選取系統，分別甄選出 YNi2Si2和CeCo4B兩種三元稀土細化劑。對1470℃澆注的 K4169合金鑄件的試驗表明，含上述混合三元稀土細化劑的合金的平均晶粒尺寸從3.57mm減小到了0.92mm，如圖5所示。

含稀土元素(Ce+Y) 的K465合金的研究表明，熱處理后合金中γ相均發生了不同程度的粗化、聚集和溶解。稀土元素含量較少時，合金枝晶間γ相的粗化不明顯; 含0.06%稀土元素的合金枝晶間γ相發生了明顯的粗化和聚集，數量減少，而大塊初生γ相數量增加，從而減少了起強化作用的二次γ相數量，如圖6所示。此外，含0.06%稀土的合金枝晶間大塊γ相的邊緣出現富(Ce+Y) 的區域，而且添加適量稀土對碳化物變質處理后，K465合金中的碳化物從漢字形變為球形或塊狀。

對添加 Y 和 La 元素的第二代單晶高溫合金CMSX-4的研究表明，稀土元素能減少氧化物的剝落、提高合金的抗氧化性能; 添加稀土元素Y 和 La 對主要合金元素的分配比沒有明顯影響，合金的初熔溫度降低; 加入總量為350*10-6 的 Y 和 La 合金的初始熔點降低了10℃。如圖8所示，在相同的固溶溫度下，隨著稀土含量的增加，合金中的初熔孔洞增多。研究還發現，稀土含量影響合金的高溫長期時效組織的穩定性，如圖9所示，加入稀土元素的合金 TCP相的析出傾向增大，含20*10-6 和 65*10-6 稀土元素的合金TCP 相含量增加，含350*10-6稀土的合金 TCP 相含量又減少。研究發現，添加 100*10-6 Y 對一種第四代單晶高溫合金的組織穩定性沒有影響。