镍基高温合金U720Li在750 ℃不同氧化阶段的恒温氧化行为

doi:10.20057/j.1003-8620.2023-00093

特殊钢 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (1): 12-17.DOI: 10.20057/j.1003-8620.2023-00093

所属专题：高温合金开发

镍基高温合金U720Li在750 ℃不同氧化阶段的恒温氧化行为

秦墨周，赵广迪，武金江，赵媛媛，王国安

辽宁科技大学材料与冶金学院，鞍山 114051

收稿日期:2023-05-26 出版日期:2024-01-30 发布日期:2024-02-01
通讯作者: 赵广迪
作者简介:秦墨周（2001—），男，本科
基金资助:
辽宁科技大学创新创业项目（项目号：x202210146025），国家自然科学基金项目（项目号：51904146）

Isothermal Oxidation Behavior of Nickel-based Superalloy U720Li in Different Oxidation Stages at 750 ℃

Qin　Mozhou， Zhao　Guangdi， Wu　Jinjiang， Zhao　Yuanyuan， Wang　Guoan

School of Materials and Metallurgy， University of Science and Technology Liaoning， Anshan 114051， China

Received:2023-05-26 Published:2024-01-30 Online:2024-02-01

摘要/Abstract

摘要： 航空发动机涡轮盘服役温度的不断升高，对材料的抗氧化性能提出了更严苛的要求。U720Li合金是一种具有较高承温能力的涡轮盘用镍基高温合金，其长期服役温度高达750 ℃。阐明该合金在服役温度下的氧化行为，对延长涡轮盘的服役寿命具有重要意义。本文采用静态增重法测定了锻态U720Li合金在750 ℃的氧化动力学曲线，用XRD、SEM-EDS等手段分析了不同氧化阶段的氧化膜形貌、结构及元素分布。结果表明，U720Li合金在其服役温度下具有优异的抗氧化性能，在750 ℃的恒温氧化动力学曲线大致遵循立方规律，达到了完全抗氧化级别。分析认为，U720Li合金在氧化初期生成了疏松的γ-Cr₂O₃，随着氧化的进行，γ-Cr₂O₃层不断剥落，氧化膜变得更加连续致密并形成复杂多层结构，且在氧化膜附近基体内形成γ´贫化层。在稳定氧化阶段，氧化膜更加连续致密并形成规整的双层结构，包括致密的α-Cr₂O₃外氧化层和α-Al₂O₃内氧化层。连续致密的α-Cr₂O₃和α-Al₂O₃层的形成能够有效阻止氧的内扩散及合金元素的外扩散，保障了U720Li合金的优异抗氧化性能。

关键词: U720Li合金, 氧化行为, 氧化膜, γ′贫化层, 服役温度

Abstract: The increasing service temperature of aero-engine turbine discs makes more stringent requirements for oxidation resistance of the materials. U720Li alloy is a high-strength nickel-based superalloy for turbine discs with a long-term service temperature up to 750 ℃. Clarifying the oxidation behavior at service temperatures of this alloy is of great significance for improving the service life of high-performance turbine discs. In this paper， the oxidation kinetics curve of forged U720Li alloy at 750 ℃ has been determined by the static weight gain method， and the oxide film morphology， structure and element distribution in different oxidation stages were analyzed by XRD and SEM-EDS. The results show that the U720Li alloy has excellent oxidation resistance at its service temperature， and its isothermal oxidation kinetic curve at 750 ℃ basically follows the cubic law， reaching the full anti-oxidant level. It has been analyzed that the loose γ-Cr₂O₃ is generated at the early oxidation stage of U720Li alloy. The γ-Cr₂O₃ layer spalls continuously as the oxidation proceeds， and the oxide film becomes more continuous and dense and forms a complex multilayer structure. Meanwhile， a γ´ depleted layer is gradually formed within the matrix nearby the oxide film. In the stable oxidation stage， the oxide film becomes more continuous and dense， forming a regular double-layer structure which includes the dense α-Cr₂O₃ outer layer and α-Al₂O₃ inner layer. The formation of continuous dense α-Cr₂O₃ and α-Al₂O₃ layers can effectively prevent the internal diffusion of oxygen and external diffusion of alloying elements， which guarantees the excellent oxidation resistance of U720Li alloy.

Key words: U720Li Alloy, Oxidation Behavior, Oxide Film, γ′ Depleted Layer, Service Temperature

中图分类号:

TG146.1-5

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