异金属夹杂

粉末高温合金中夹杂物以脆性的陶瓷夹杂为主,热等静压状态的粉末高温合金材料经锻造变形成为盘形件后,材料中的夹杂物也随之发生形变,材料变形量愈大,夹杂形变、破碎得愈厉害,有些变成长条状、片状、弥散分布砂粒状,或本身开裂变形等。高Al类型氧化物夹杂较脆且硬度较小,常被破碎成弥散的颗粒,镶嵌在基体韧窝中,集中分布在一片层区域内。轴向试样的砂粒状夹杂物区域尺寸最大,与基体材料有明显界面;径向及弦向试样断口中破碎的尖杂物分布在一条长裂纹两侧,长度较长,宽度较小。图2为高Al氧化物夹杂在轴向及径向试样中典型的形貌,在其匹配断口上发现各有一部分夹杂,表明夹杂整体从中间断开引发裂纹源,增加了疲劳断裂的几率,成为材料失效的隐患。高Si类型氧化物表面形状较规则,虽然较脆但硬度很高,夹杂多直接嵌入基体中,夹杂与基体之间是一种弱界面结合,一般材料在变形过程中不易使它形变或完全破碎,与基体脱离或本身开裂,如图3。图3(b)为一块大夹杂破碎成几小块,它们拼凑后能很好吻合,破碎后的夹杂比原来的整体夹杂存在更多尖角和更多弱界面或初始裂纹,增加了裂纹源生成的几率。异金属高熔点夹杂物在材料中形状多不规则、尺寸较小,与基体结合较好,常随基体的变形而变形,对材料的破坏影响不显著。

外来非金属夹杂物多为脆性的陶瓷夹杂,主要成分为Al、Si、Ca、Mg、O等,它们来源于母合金熔炼及制粉过程。尽管在母合金制备过程中采取多种措施,如挡渣过滤和采用耐冲刷坩埚等,改进了真空感应熔炼(VIM)条件,使母合金纯净度大为提高,但少量夹杂物仍然存在;金属粉末在制备和处理过程中,也会从坩埚、浇道或雾化喷嘴等设备系统中引入夹杂物。另一类塑性较好的异金属夹杂物中的Nb、Mo、W等含量较高,它们来源于制粉过程粉末快速凝固时遗留下来的母合金中高熔点偏析物。图1为低周疲劳断口中图1 疲劳断口中几种典型的夹杂物形貌a-高Al氧化物;b-高Si氧化物;c-高Nb几种典型的夹杂物形貌。