一种单晶高温合金的泊松比的各向异性

以一种第3代单晶高温合金为实验材料,通过籽晶法制备了<001><100>(2个指数分别为一次和二次取向)和<011><110>2种取向的单晶料板,采用敲击共振法测试了从室温到1100℃范围内第1种试样的Young’s模量和剪切模量及第2种试样的剪切模量,根据测试结果,计算出单晶高温合金的3个弹性常数C₁₁、C₁₂和C₄₄,从而得到单晶高温合金各个取向的泊松比。绘制了泊松比的最大值及最小值的三维取向分布图,分析了泊松比随晶体取向的变化规律。当一次取向沿着<001>和<111>时,泊松比在面内具有各向同性。当一次取向沿着<011>时,泊松比随着二次取向的变化而显著改变,二次取向在以<110>为中心的约60°的范围内泊松比为负值,在其他角度范围内为正值,且在<100>时具有最大值。     

一种镍基单晶高温合金的蠕变各向异性

分别制备了[001]和[011]取向的Ni-Co-Cr-Mo-w-Al-Ti-Ta镍基单晶高温合金试样.在750℃/750 MPa条件下,[001]取向合金的平均蠕变寿命叫显高于[011]取向合金,[011]取向合金延伸率稍高.在982℃/248 MPa条件下,[001]取向合金的平均蠕变寿命和延伸率均高于[011]取向合金,各向异性上要表现在加速蠕变阶段,但各向异性程度比低温高应力时显著降低.存高温低应力条件下,2种取向合金中γ'相均已形筏,[001]取向合金的筏化方向垂直于应力轴,而[011]取向合金的筏化方向与应力轴的夹角约为45°.γ'相形筏后,阻碍了位错运动,导致加工硬化,因此,γ'相筏化是各向异性程度降低的主要原因.在[011]取向合金的蠕变后期观察到挛品组织同时穿越γ和γ'相,导致试样塑性人幅度降低,迅速断裂.     

温度对镍基单晶高温合金SRR99持久各向异性行为的影响

为了揭示单晶高温合金SRR99在650-1040°C温度范围内及典型应力条件下的持久各向异性行为,采用扫描电镜和透射电镜对持久实验后试样的断口形貌和微观组织演化进行研究。从Larson-Miller曲线看出,在中低温条件下,[001]取向单晶具有最好的持久性能,而[011]和[111]取向的持久性能相差不大;随着温度的升高,3个主取向的持久性能的差异逐渐缩小,到1040°C时几乎相同。通过断口形貌和组织观察,分析[001]取向单晶持久性能较佳的原因,同时探讨取向偏离度对[001]取向单晶持久性能的影响。     

晶体取向对镍基单晶合金蠕变行为的影响

通过蠕变曲线测定及组织形貌观察,研究[001]、[011]取向镍基单晶合金在蠕变期间的组织演化及变形特征。结果表明:经完全热处理后,[001]和[011]取向合金中立方γ′相均以共格方式镶嵌在γ基体相中,并沿〈100〉取向规则排列。蠕变期间,[001]取向合金中γ′相沿垂直于应力轴方向形成N-型筏状组织,而[011]取向合金中γ′相沿[001]取向形成纤维状筏形组织,且在(100)晶面的筏状γ′相与施加应力轴方向呈45°角排列,其中,立方γ′相不同晶面中扩张晶格的法线方向是筏状γ′相的生长方向。在试验温度和应力范围内,与[011]取向合金相比,[001]取向合金具有较好的蠕变抗力。在高温蠕变后期,两取向合金中的筏状γ′相均发生粗化和扭折,其中,[001]取向合金在蠕变后期的变形机制是位错剪切γ′相,而[011]取向合金的变形特征主要是形变位错在基体通道中滑移。     

<111>取向小角偏离对一种镍基单晶高温合金蠕变性能的影响

采用籽晶法制备偏离111取向不同角度的镍基单晶高温合金试样。研究了合金在760℃、650 MPa下小角偏离对蠕变性能的影响。结果表明,111取向附近合金的蠕变性能具有显著的小角偏离敏感性。偏离角度较小的111取向合金试样的蠕变寿命最长,蠕变过程中位错主要分布在γ通道内,随着取向偏离度增加,合金的蠕变寿命显著下降。且沿着[-111]-[011]边界偏离时蠕变寿命相对于沿着[-111]-[001]边界偏离下降更快。近111取向合金都表现出了较弱的加工硬化,但沿着[-111]-[001]边界偏离的样品,其初期蠕变速率相对较低,对应着较长的蠕变孕育期。进一步分析表明,[-111]-[011]边界对应着{111}110滑移系的共面双滑移取向,在蠕变初期就产生较高的蠕变速率,随着取向偏离度增加{111}112滑移系的Schmid因子迅速增加,蠕变寿命显著下降。而沿着[-111]-[001]边界偏离试样蠕变孕育期的产生则是由于占主导地位的滑移系数量下降且具有相对较低的{111}110滑移系Schmid因子,导致位错无法在γ通道内迅速增殖并分解产生112位错,延缓了初期蠕变阶段的产生。     

DD9单晶高温合金拉伸性能各向异性

采用OM,SEM和TEM研究了[001],[011]和[111]取向第三代单晶高温合金DD9组织,在拉伸试验机上测试了3种取向760和1100℃下的拉伸性能.结果表明,在垂直于晶体生长方向的截面上,[001],[011]和[111]取向DD9合金铸态枝晶形貌、热处理态γ'相形状不同;随着温度的升高,合金的抗拉强度与屈服强度降低,各向异性减弱;除1100℃下[001]取向屈服强度略低于[011]取向,[001]取向DD9合金抗拉强度与屈服强度分别高于[011]和[111]取向合金;[001],[011]和[111]取向DD9合金760℃下拉伸断口呈类解理特征,1100℃下断口为韧窝断裂特征;760℃下DD9拉伸试样在基体通道内含有浓密的位错,[001]取向在γ'相内出现了层错,1100℃下[001]与[111]取向在基体通道内和γ'相内累积了大量浓密的位错网,[011]取向出现了大量的形变孪晶带.     

一种镍基单晶高温合金持久各向异性行为

研究了一种镍基单晶高温合金DD499的[001],[011]和[111]3个晶体取向在典型应力条件下的持久性能。结果表明,持久寿命的取向依赖性与温度和应力有关。760℃,790MPa时,[001]取向的持久寿命明显高于[011]和[111]取向;1040℃,165MPa时,持久寿命由大到小顺序为[111]>[001]>[011],但不同取向的各向异性减弱。利用SEM观察持久断裂后的断口和组织结构表明,760℃,790MPa时,[001]取向试样的断裂特征为解理和准解理混合型断裂,[011]取向为单系滑移引起的剪切断裂,而[111]取向为多系滑移引起的剪切断裂;1040℃,165MPa时,3种取向都为微孔聚集型断裂。     

《001》和《011》取向DD407单晶高温合金枝晶间距和微观偏析

采用液态金属冷却(LMC)高温度梯度定向凝固炉制备<001>和<011>取向的DD407单晶高温合金,研究了晶体取向对枝晶间距和微观偏析的影响.结果表明,晶体取向对单晶高温合金的枝晶间距和微观偏析有明显的影响.枝晶间距随着<001>取向偏差角的增加而增加,但随<011>取向偏差角的增加而减小,且<011>取向的枝晶间距...     

不同取向镍基单晶高温合金的蠕变参数及其与蠕变行为的关系研究

通过蠕变性能的测试和内摩擦应力的测定,研究了[001]、[011]和[111]取向镍基单晶高温合金分别沿[001]、[011]和[111]取向在高温/低应力条件下拉伸蠕变至稳态阶段的有效蠕变参数及其与蠕变性能和变形机制之间的关系。结果表明,随着温度的升高和外加应力的降低,3种取向合金的内摩擦应力降低。在相同条件下,3种取向合金的内摩擦应力顺序为σ_(i[001])σ_(i[111])σ_(i[011])。蠕变前后[011]和[111]取向合金内相对于应力轴倾斜连贯的"屋脊"型基体通道是2种合金具有较低内摩擦应力和较差蠕变抗力的重要原因。[001]取向合金在1040℃/137 MPa条件下的有效蠕变激活能为Q_(e[001])=281.32 kJ/mol,表明其稳态阶段的变形机制为元素扩散控制的位错攀移。[011]取向合金的有效蠕变激活能为Q_(e[011])=146.87 kJ/mol,其较低的数值与其内部开放的基体通道对位错滑移较小的阻碍作用有关;[111]取向合金较[011]取向合金较高的有效蠕变激活能Q_(e[111])=182.61 kJ/mol与其内部片层状的γ′相和位错的交滑移有关。     

一种镍基单晶高温合金高温持久性能的各向异性

测定了一种镍基单晶高温合金[001],[011]和[111]三个取向的高温持久性能。结果表明,[001]方向塑性最好,[111]方向寿命最长,而[011]方向各性能指标都较低,组织分析显示,[111]取向启动多个滑移系,形成界面位错网,且分切应力低,因而寿命长;[001]取向等价滑移系最多,可有效钝化微裂纹,因而塑性最好;而[011]取向切应力高,滑移系少,形变孪晶易促进裂纹萌生,所以寿命短且塑性也低,三种试样在持久过程中都形成一种沿枝晶方向的藤状γ′,是由各枝晶间的微小取向差引起的,这些滕状γ′可以成为一种重要的裂纹源。     

DD98合金重凝行为的研究

研究了第二代单晶高温合金DD98在标准固溶处理温度"0℃内,合金组织对热处理制度的响应.结果表明,合金的显微组织除与热处理温度和冷却速率密切相关外,还与晶体取向有关,<001>取向的单晶合金初熔温度比＜011>和<111>高约5℃C.当热处理温度较高时,单晶枝晶间区域发生初熔,重熔后在重凝区域中丫相以离异共晶方式规则析出,分布规律与母相一致.     

DD15单晶高温合金的蠕变各向异性

在定向凝固炉中制备了［001］、［011］和［111］3种不同取向的DD15单晶高温合金，研究了980 ℃/300 MPa条件下不同取向的蠕变性能。为对比分析不同蠕变时间后的微观组织，蠕变50和100 h后停止试验。采用扫描电镜和透射电镜分析不同取向的合金组织。结果表明，不同取向合金在垂直于生长方向的截面上具有不同的组织特征，［001］取向γ′相为规则的正方形，［011］取向γ′相为矩形，［111］取向γ′相为多边形。合金在 980 ℃/300 MPa条件下的蠕变性能呈现明显的各向异性，蠕变寿命按［111］、［001］、［011］取向的顺序减小，应变量按［001］、［011］、［111］取向的顺序降低。3种取向合金蠕变曲线的共同特征为具有非常短的蠕变第1阶段，与［001］和［111］ 取向相比，［011］取向合金具有较短的蠕变第3阶段。不同取向合金蠕变后的γ′相具有明显不同的筏排化程度。［001］取向合金的γ′相筏排化速率大于［011］和［111］取向合金。蠕变断裂后，［001］或［111］取向合金的位错密度大于［011］取向合金。     

Fe81Ga19合金<001>取向单晶生长及磁致伸缩性能

采用悬浮区熔法,加入籽晶控制生长取向,以4 mm/h的生长速度,制备了轴向〈001〉择优取向的Fe81Ga19单晶.极图测试结果发现,采用偏离轴向〈001〉方向约5°的籽晶生长得到的单晶,生长始端和生长末端轴向取向分别偏离〈001〉取向5°和4°,上下取向差仅为1°.另一单晶采用轴向〈001〉取向籽晶生长得到,当施加6...     

多晶Cu中Young’s模量和硬度与晶体取向的关系

采用纳米压入(nanoindentation)和电子背散射衍射(EBSD)技术对多晶Cu样品多个晶粒进行了微观力学性能表征和晶体取向分析.结果表明,Young's模量随晶粒表面法向方向(hkl)与(111)和(001)最小夹角的变化有明显的规律:(hkl)越接近(111),其Young's模量越大;(hkl)越接近(001),其Young's模量越小;而Young's模量随(hkl)与(110)最小夹角的变化无明显规律.硬度随(hkl)与(111),(110)和(001)最小夹角的变化均无明显规律.通过理论计算讨论了上述规律性.     

Structure Evolution and Creep Behavior for a Nickel-Base Single Crystal Alloy along [011] and [001] Orientations

研究980 ℃,200 MPa拉伸蠕变期间[001]和[011]取向镍基单晶合金中γ′相的形貌演化及蠕变特征,在相同拉伸条件下晶体取向的变化对合金的应变和应变速率产生明显影响。结果表明：沉淀相的定向粗化方向取决于合金的晶体取向,沿[001]取向拉伸,γ′相从最初的立方形态转化为与拉伸应力轴垂直的筏形;当拉伸轴平行于[011]取向时,γ′ 相沿[010] 和[100] 方向扩散生长,演化成与拉伸轴倾斜45o角的筏形。[011]取向合金的蠕变强度随其基体通道宽度的增大而快速下降,蠕变前期[001]与[011]取向的应变速率相近,蠕变后期合金表现出明显的蠕变各向异性     

不同制备方法对单晶高温合金取向特征的影响

在高温度梯度定向凝固炉中分别采用选晶法和籽晶法制备单晶高温合金,并采用XRD测定单晶的取向特征。结果表明,采用选晶法制备单晶高温合金时,在激冷板上随机形核的晶粒经过起晶段的竞争生长和螺旋段的选晶作用后,最终获得具有择优取向<001>的单晶。采用籽晶法制备单晶高温合金时,通过重熔籽晶的外延生长,所获得的单晶取向与籽晶取向保持一致。     

不同疲劳热环境下GH4169高温合金形变行为研究

以镍基高温合金GH4169为对象,研究了600℃时不同取向的3种镍基单晶合金在不同低周疲劳下的循环变形行为,采用计算机软件对试验数据进行拟合分析。结果表明,3种取向[001]、[011]和[111]的镍基单晶合金,在不同总应变幅下的硬化曲线均在高总应变幅时表现为循环硬化,在低总应变幅时为循环稳定的特征;[001]取向的合金在0.6%总应变幅下的应力-应变为线性关系,显示出弹性变形的特点;在0.85%总应变幅下发生塑性变形;当总应变幅增加到1%时,可以观察到合金中位错缠结,且位错密度明显增大。     

晶体取向对镍基单晶高温合金纳米压痕行为的影响

为了研究晶体取向对镍基单晶高温合金纳米压痕行为的影响，采用带原子力显微镜的Berkovich压头对[001], [011]和[111]取向的镍基单晶高温合金开展了纳米压痕试验。试验结果显示晶体取向对压痕载荷-深度曲线、硬度和弹性模量有显著影响。晶体取向会影响γ^"强化相形状和体积分数，进而会影响其力学性能。采用晶体塑性理论对三种典型晶体取向下的纳米压痕响应和分解切应力分布开展有限元模拟，模拟结果与试验结果符合得较好。     

RELATIONSHIP BETWEEN NANOMECHENICAL PROPERTY AND CRYSTALLOGRAPHIC ORIENTATION OF GRAINS IN FACE-CENTERED CUBIC METALS

采用纳米压入(nanoindentation)和电子背散射衍射(EBSD)技术对多晶Cu样品多个晶粒进行 了微观力学性能表征和晶体取向分析. 结果表明, Young's模量随晶粒表面法向方向 < hkl>与<111>和<001>最小夹角的变化 有明显的规律:越接近<111>, 其Young's模量越大; 越接近<001>, 其Young's模量越小; 而Young's模量 随与<110>最小夹角的变化无明显规律. 硬度随 与<111>, <110>和<001>最小夹角的变化均无明显规律. 通过理论计算讨论了上述规律性.     

晶体取向对镍基单晶高温合金纳米压痕行为的影响（英文）

为了研究晶体取向对镍基单晶高温合金纳米压痕行为的影响,采用带原子力显微镜的Berkovich压头对[001],[011]和[111]取向的镍基单晶高温合金开展了纳米压痕试验。试验结果显示:晶体取向对压痕载荷-深度曲线、硬度和弹性模量有显著影响。晶体取向会影响γ′强化相的形状和体积分数,进而会影响其力学性能。采用晶体塑性理论对3种典型晶体取向下的纳米压痕响应和分解切应力分布开展有限元模拟,模拟结果与试验结果符合得较好。