Re及温度对单晶镍基合金晶格常数及错配度的影响

通过对不同状态及不同Re含量单晶镍基合金进行高、低温X射线衍射谱线测定及组织形貌观察,研究Re含量及温度对单晶镍基合金中γ、γ′两相晶格常数及错配度的影响。结果表明:铸态合金中γ、γ′两相有较大的晶格常数及错配度;经完全热处理后,立方γ′相以共格方式嵌镶在γ基体中,合金中两相的晶格常数及错配度略有减小;长期时效使γ′相粗化后,两相之间出现界面位错,使合金中两相的晶格常数及错配度绝对值增加。随Re含量增加,合金中γ、γ′两相在室温的晶格常数增大,错配度的绝对值减小。与γ′相相比,γ基体相有较大的膨胀系数,因此,随温度提高,合金中两相晶格错配度的绝对值增大。     

Hf含量对FGH97合金γ/γ′晶格错配度的影响

采用X射线衍射(XRD)方法测算镍基粉末冶金高温合金FGH97中γ和γ′相的晶格常数,计算出γ/γ′晶格错配度。结果表明:γ′相的晶格常数比γ相的小,错配度为负值。Hf 主要存在于γ′相中,随着合金中 Hf 加入量的增加,进入γ′相中 Hf 的数量增加,使γ′相的晶格常数逐渐增大,错配度的绝对值逐渐减小。     

Hf含量对FGH97合金γ/γ'晶格错配度的影响

采用X射线衍射(XRD)方法测算镍基粉末冶金高温合金FGH97中γ和γ＇相的晶格常数,计算出γ/γ＇晶格错配度.结果表明:γ＇相的晶格常数比γ相的小,错配度为负值.Hf主要存在于γ＇相中,随着合金中Hf加入量的增加,进入γ＇相中Hf的数量增加,使γ＇相的晶格常数逐渐增大,错配度的绝对值逐渐减小.     

镍基高温合金中γ/γ’两相晶格错配度的研究进展

综述了表征镍基高温合金中γ/γ’两相晶格错配度的各种方法,也总结了合金元素、热处理制度、形变、厚度等各种因素对错配度影响的研究进展。     

应力时效对DZ125镍基合金组织演化及蠕变抗力的影响

通过蠕变性能测试,组织结构观察和晶格常数测定,研究应力时效对DZ125镍基合金组织演化与蠕变抗力的影响。结果表明:合金在980℃、90MPa近服役条件下的蠕变寿命是9714h;蠕变期间,样品中间区域的γ′相优先形成完整的筏状组织,在无应力的肩部区域,γ′相呈现串状形态;随应力时效时间延长至9714h,合金中筏状γ′相的厚度尺寸从0.4μm增加至1.8μm,合金中γ′、γ两相的晶格常数值增加,两相的错配度增大。其中,应力时效致使筏状γ′相粗化及错配度增大,可改善蠕变抗力,是合金在近服役条件具有较长蠕变寿命的原因之一。     

镍基单晶高温合金γ和γ′相合金元素分布特征

用测算的办法分析了镍基单晶高温合金中γ和γ′相元素的分布特征.枝晶干和枝晶间γ和γ′相的化学成分测算表明,Cr、Mo、Co主要分布在γ相中,Ta、Al主要分布在γ′相,Ta在γ和γ′相中的分配比最大,W的分配比最小,Cr、Mo、W元素的分布特征为01,为正分布.对枝晶干和枝晶间错配度的测算表明,枝晶干和枝晶间的错配度相差较大,枝晶间的γ-γ′错配度大于枝晶干的错配度,这与试样中这两个区域γ′的尺寸大小和形态特点相对应.     

Ru和Cr对镍基单晶高温合金γ/γ′热处理组织演变的影响

通过对6种不同Ru(0—5.1%,质量分数,下同)和Cr(0—5.7%)含量的镍基单晶高温合金1100℃的时效和热处理组织观察与γ/γ′两相的成分分析,研究了Ru和Cr的独立和交互作用对合金元素成分分配比及热处理组织演变的影响.经1100℃/8 h时效后,在枝晶干处,不含Ru和Cr的基础合金γ′相接近球形,Re在该合金γ/γ′两相中的成分分配比较低,错配度接近于0.在基础合金中加入高Ru后,γ′相立方度和Re的成分分配比略有增大,错配度变负;在不含Ru合金与含Ru合金中,随着Cr含量的增大,γ′相的立方度和Re的成分分配比均显著增大,错配度明显变负.1100℃非加载下的长期热处理研究表明:γ′相接近球形且错配度接近于0的合金γ′相形貌稳定,在2000 h内只出现了粗化,没有发生筏排化现象;γ′相呈中间态并且错配度较小的合金γ′相粗化趋势较为明显;γ′相接近立方体形且错配度中等的合金在热处理800 h后形成近似筏排组织;同时加入Ru和Cr,随着Re的成分分配比和错配度的增大,γ′相为立方体形或长方体形的合金筏排化时间提前;其中高Ru中Cr合金热处理200 h就出现筏排化趋势,而错配度最高的高Ru高Cr合金热处理...     

新型Ni-Co基高温合金中平衡析出相的热力学研究

利用热力学计算软件JMatPro和相应的镍基高温合金数据库,研究了U720Li合金以及在此基础上研发的新型Ni-Co基高温合金的化学成分对平衡相的析出行为、加工性能和γ/γ′晶格错配度的影响.结果表明:Ti/Al值(原子比)的增加提高了合金中γ/γ′相的晶格错配度,γ′析出相的含量随Ti+Al含量(原子分数)的增加而增加.因此,增加Ti/Al值和Ti+Al含量能提高合金的高温强度.Co含量的升高可以拓宽合金的加工窗口,改善合金的加工能力,并且还可以增加合金γ/γ′相的晶格错配度,提高合金错配强化的效果.同时,Ti/Al值的增加促进合金中η相析出,而Co含量的增加具有抑制η相的效果.因此,在Co含量较高的Ni-Co基高温合金中,适当提高Ti含量,增加Ti/Al值对提高合金高温强度有利.     

热力耦合对一种第四代镍基单晶高温合金1100℃蠕变组织演变的影响

以一种第四代镍基单晶高温合金为研究对象,采用变截面蠕变试样,在1100℃、43~96 MPa条件下进行200 h蠕变中断实验,利用SEM和TEM观察了微观组织演变规律,利用同步辐射高能XRD和EPMA分析了高温低应力条件下镍基单晶高温合金的蠕变组织演变。结果表明:随着应力的增大,镍基单晶高温合金的γ′相体积分数降低,筏化程度增大且筏排厚度下降,同时,γ相通道宽度逐渐增大,而γ/γ’两相界面位错网间距逐渐减小。固溶强化元素Re、Mo和Cr等在γ相中的富集导致γ/γ’两相错配度绝对值增大。蠕变过程中γ’相体积分数降低和γ’相筏排厚度减小显著降低了合金的强度。另外,位错在γ′相溶解所导致的弯曲相界处的塞积,使位错易于切入γ′相,也是镍基单晶高温合金室温硬度下降的重要原因。     

Ni基单晶高温合金CMSX—2树枝晶结构错配度变化的测算

用元素分配比计算了CMSX－2合金树枝状晶各典型区域（枝晶、枝晶臂及枝晶间）γ和γ′的相成分，用Wantanabe公式求得相应区域γ和γ′的点阵常数，由此算得各区域所对应的室温错配度，用Link关于温度与应力综合作用对错配度影响的公式计算了持久变形过程的错配度。解释了该合金在室温无外应力至高温＋外应力作用时错配度符号及大小的变化，枝晶各区域错配度的变化与各区域分的变化和各区、各相中Ta／W比以及显微硬度（HV）的变化有显著对应,支晶各区域成分变化引起的错配度及其速率的变化幅度直接影响试样的持久寿命。     

Hf含量对镍基粉末高温合金中γ′相形态的影响

研究了含Hf镍基粉末高温合金在长期时效处理过程中γ′相形态的演化过程.结果表明:合金在高温长期处理过程中立方状γ′相发生分裂、呈现出二重平行状和八重小立方体组态.八重小立方体组态作为择优形态不再发生分裂,处于低能稳定状态.不同Hf含量合金的错配度发生明显变化,γ′相的长大或粗化过程可以粗略地分为"界面控制"和"应变控制"2个阶段,γ′相间弹性相互作用能对合金中析出相的形态变化起着重要作用.     

FGH95粉末镍基合金组织结构对蠕变机制的影响

通过对热等静压态FGH95合金进行完全热处理、组织形貌观察、点阵常数测定和蠕变曲线测定,研究了FGH95镍基合金的组织结构和蠕变机制.结果表明:合金经热等静压成型后,粗大γ′相沿原始颗粒边界不连续分布,经高温固溶和时效处理后,晶粒尺寸无明显变化,粗大γ′相数量减少,且细小γ′相和MC碳化物在合金中弥散析出,可提高合金蠕变抗力,同时由于γ′相形成元素A1、Ti溶入基体,经XRD谱线测定,γ′相的平均点阵常数减小,而γ体相平均点阵常数增加,致使γ/γ′两相晶格错配度减小;在实验温度和应力范围内,测得合金的蠕变激活能为630.4 kJ/mol.在蠕变期间,FGH95合金的蠕变机制是位错在基体中运动或剪切γ′相,其中,蠕变位错以Orowan机制绕过γ′相,而＜110＞超位错切过y′相发生分解形成(1/3)＜112＞超肖可莱不全位错+层错的位错组态.     

激光冲击强化对镍基单晶高温合金SRR99组织及性能的影响

目的 解决镍基单晶高温合金航空发动机涡轮叶片在服役时发生表面损伤的问题,探究激光冲击强化对镍基单晶高温合金SRR99的强化变形机制。方法 采用高功率（8 J）短脉冲激光分别对试样进行1、2、3次表面强化,使用白光干涉仪、显微硬度仪、X射线分析仪对强化前后的镍基单晶高温合金试样表面形貌、粗糙度、显微硬度、残余应力进行测试,通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪分析激光冲击强化对镍基单晶高温合金微观组织和物相组成的影响。结果 经过1、2、3次激光冲击后,单晶高温合金试样表面发生了塑性变形,表面凹坑随着冲击次数的增加逐渐加深,表面粗糙度分别为1.566、1.868、2.265μm,显微硬度分别增加了15.3%、25.8%、32.1%,表面残余压应力分别提高为–790、–870、–917 MPa。经强化后,试样表层形成了畸变层,γ′相的面积和体积分数均增大,合金未发生相变,但两相发生了严重的晶格畸变,晶格常数和晶面间距的变化导致两相晶格发生失配,经强化后在试样表层γ′强化相、γ通道、γ/γ′界面观察到大量位错结构,此外还观察到贯穿γ′相、γ相的位错滑移带和致密的位错网络。结论 激光冲...     

一种含Ru镍基单晶高温合金的组织特征

对一种含3%Ru(质量分数,下同)的第四代镍基单晶高温合金的热处理态组织中的γ′相尺寸及分布情况、亚晶及嵌镶结构、γ/γ′两相点阵错配度、γ′相体积分数等进行了表征.X射线衍射实验结果表明,该合金不是一种完整的单晶合金,而是由许多相邻平均取向偏差为0.5°左右、最大取向偏差为3°左右的亚晶组成,亚晶存在亚晶界.每一个亚晶又是由大量的嵌镶结构组成,嵌镶结构之间的取向偏差为0.1°-0.2°.实验结果表明,这种合金的热处理态组织中存在明显的组织不均匀现象,呈枝晶状分布.该合金的平均γ′相尺寸为0.39μm,平均γ′相体积分数为69.5%,平均γ/γ′两相点阵错配度为-2.0×10~3.讨论了这种合金热处理态组织的演变规律.     

Ta含量对铸造高温合金DZ411长期热暴露过程中γ′相粗化的影响

借鉴材料基因工程中高通量实验的做法，采用快速凝固技术和定向凝固技术制备含Ta浓度梯度的定向合金，并在900℃进行长期热暴露实验，研究不同Ta浓度对铸造高温合金热暴露中γ′相生长速率的影响。通过对不同热暴露时间γ′相尺寸变化的统计，结合粒子粗化理论计算发现，随着Ta浓度增加，粗化速率常数一直在减小。通过合金中有效扩散系数计算发现，热暴露前期，高Ta浓度处的γ′相形成元素平均扩散系数较低，使得γ′相生长速率放缓。在长期热暴露后期，高Ta浓度处γ′相生长速率依旧缓慢，并且γ相基体间产生了大量位错，经测量，两相的相界面间的晶格错配度减小，阻碍了相形成元素向γ′相内迁移，导致γ′相生长速率减缓。     

激光冲击强化镍基单晶高温合金的电化学腐蚀行为

采用激光冲击强化技术处理了镍基单晶高温合金,随后分别热暴露于750和850 ℃下2 h,研究了其在3.5% NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明,激光冲击强化处理增加了镍基单晶合金的耐蚀性,这与其诱导的残余压应力和γ/γ′两相中的位错结构有关。γ/γ′两相中非均匀分布的位错增加了两相错配度。热暴露后激光冲击强化试样电化学腐蚀试验表明,残余压应力和两相错配度是影响单晶合金耐蚀性的2个主要因素。残余压应力可以提高单晶合金的耐蚀性,而两相错配度则降低了单晶合金的耐蚀性。此外,单晶合金耐蚀性的提高也与Ta₂O₅和WO₃氧化物的形成有关。     

Ta/W比对一种粉末高温合金相组成和形貌的影响

提高Ta、W元素的含量是新型镍基粉末高温合金设计和研究的趋势。为了研究Ta、W元素交互作用对粉末高温合金组织的影响，设计了一种高(W+Ta)的粉末高温合金，在保持(W+Ta)的总量(7.5%,质量分数)和其他元素含量相同的情况下，合金的Ta/W比从4.0/3.5逐步下降到3.0/4.5。结果表明：Ta/W比的变化对合金的晶粒组织基本没有影响，对碳化物、γ′相的分布和含量影响不大，但强烈影响二次γ′相的形貌和尺寸。随Ta/W比的下降，二次γ′相的尺寸逐渐增大，形貌由近方形转变为不规则形状，甚至产生分裂趋势；γ′相和γ基体的晶格常数均减小，但γ基体晶格常数减小更多，导致合金γ′相/γ基体间错配度增大。W元素随着Ta/W比的降低从倾向分配在γ基体转变为分布在γ′相；除W外，Ta/W比对其他合金元素在γ′相/γ基体间的分配系数影响不大。     

Calculation of the internal stresses at the γ/γ’ interface of DD8 single crystal nickel base superalloy after thermo-mechanical fatigue

计算了DD8单晶镍基高温合金在同相(IP)和反相(OP)热机械疲劳(TMF)后γ／γ′相界面上产生的位错网的内应力．结果表明：IPTMF条件下，γ／γ′相界面上产生的位错网可以释放掉大部分错配应力，同时因位错网的存在导致了γ′沉淀相发生了明显的筏化现象．OP条件下产生的层错未造成基体内应力分布的不同，因此未发生γ′沉淀相的筏化。     

DZ125高温合金熔体过冷度对γ′相的影响

采用熔融复合熔盐净化和循环过热相结合的方法,获得了过冷度达180 K的DZ125高温合金深过冷熔体,分析了DZ125高温合金过冷度对γ′相的影响情况。结合经典形核与生长理论,DZ125高温合金深过冷快速凝固组织中γ′相的尺寸及分布规律亦受熔体过冷度控制。随熔体过冷度提高,快速凝固过程中γ′相形成元素在基体中的固溶度大大提高,进而增大了强化相γ′相析出的驱动力,提高其析出量,促使其细化;而且,快速凝固导致大量晶格缺陷如位错,以及晶界的形成,它们作为γ′相析出的形核点,大大降低其临界形核功,从而有利于其析出。     

以Mo代W对单晶高温合金组织、凝固特性与错配度影响的热力学研究

基于d电子原理,设计了高W强化Ni基单晶高温合金Alloy W和高Alloy Mo强化Ni基单晶高温合金Mo。热力学计算的结果表明,以Mo代W降低了γ'相的高温组织稳定性、液相线温度和固相线温度,但对结晶温度区间的影响较小。在单晶高温合金凝固过程中,以Mo代W降低了Al元素的显微偏析倾向,但对Re和Ta元素显微偏析行为的影响较小。同时,W和Mo在凝固时分别显著偏析于已凝固的固相和未凝固的液相。此外,以Mo代W增大了γ相和γ'相的晶格常数,并降低了γ/γ'错配度。