Ta含量对镍基粉末高温合金高温蠕变变形行为和性能的影响

采用FESEM、TEM等实验技术,系统研究了750℃、600 MPa条件下,不同Ta含量的镍基粉末高温合金的蠕变性能和蠕变过程中显微组织和变形行为特征以及合金层错能对蠕变行为的影响.结果表明,随着Ta含量的增加,合金层错能呈非线性关系降低.蠕变变形各阶段的变形行为和位错组态的变化与层错能密切相关.低Ta含量合金层错能相对较高,基体位错a/2<110>滑移被阻止在γ/γ'内界面处,不易发生位错分解,可直接进入γ'相中形成反相畴界(APB)或通过Orowan环弓弯模式绕过γ'相;当合金中Ta含量中等时,合金层错能降低,促进在γ/γ'内界面处基体位错发生分解,产生a/6<112>Shockley不全位错开始剪切γ'相,形成超点阵层错(超点阵内禀层错(SISF)或超点阵外禀层错(SESF))和扩展层错(ESF)进而转化形成形变孪晶,呈现层错和形变孪晶共同强化效应,提高蠕变性能;而高Ta含量合金层错能很低,有利于位错在不同{111}滑移面上同时形成尺寸较宽的扩展层错,并出现相互交结的交叉层错抑制形变孪晶的形成,加快蠕变形变裂纹发展.因此,合金中加入适量Ta能有效降低层错能,提高形成不全位错剪切γ'相能力和形成显微孪晶能力,增加蠕变抗力,有效改善合金蠕变性能.     

新型镍钴基高温合金拉伸性能和变形机制研究

采用SEM、EBSD和TEM研究了室温（25℃）和中温（650、700和750℃）下新型镍钴基高温合金力学性能及其变形机制。结果表明：室温下,合金的屈服强度和延伸率分别是1176 MPa和22.5%,主要的变形机制为大量位错发生滑移,不全位错切割γ′相形成孤立层错。当温度达到650℃时,观察到微孪晶切割二次γ′相和γ基体,以连续层错切割二次γ′相和γ基体变形为主。在700～750℃时,以连续层错和微孪晶同时切割二次γ′相和γ基体为主,并且层错的长度和微孪晶的厚度随温度的升高而增加。650～750℃范围内,切割一次γ′相的机制从APB转变到孤立层错。讨论了中温条件下变形机制随温度的变化以及微孪晶、层错等的形成机制。其中给出了a/6<112>不全位错剪切γ′相形成超点阵外禀层错（SESF）的一种原子互换扩散模型,解释微孪晶的形成过程,为进一步研制高性能水平的新型镍钴基高温合金提供参考。     

Mo-3Nb合金单晶的蠕变性能

研究了电子束悬浮区域熔炼法制备的晶向为〈111〉的Mo-3Nb（质量百分数，下同）合金单晶在高温／低应力环境中的蠕变性能及其蠕变机理。结果表明，Mo-Nb合金单晶中，溶质原子Nb的添加增大了原子间扩散阻力，使材料高温稳态蠕变率减小，大大提高了材料的高温抗蠕变性能；在1500℃，10MPa时，Mo-3Nb合金单晶的稳态蠕变率较纯Mo单晶降低了3个数量级，且其蠕变机理为扩散蠕变。     

镁合金LPSO/SFs结构间■孪晶交汇机制的原子尺度研究

以含长周期堆垛有序(LPSO)结构的Mg-Zn-Y(-Zr)合金为研究对象，运用透射电子显微方法，从原子尺度解析LPSO结构/富含溶质元素堆垛层错(SFs)对■孪晶交汇行为的作用。结果表明：LPSO/SFs与孪晶交截处易形成基面-棱柱面，从而引起孪晶界在LPSO/SFs间弯曲成弓形，孪晶界存在Zn元素偏聚，Y元素偏聚不明显。LPSO/SFs间同轴■孪晶变体交汇，引入基面-基面(BB)界面及柱面-柱面(PP)界面，且在近LPSO/SFs处产生三角形的局部基体结构。LPSO结构形成扭折时，■孪晶在扭折界面单侧形核长大，此处扭折界面转为孪晶界面；残余扭折界面与基体侧孪晶扩展界面相交，在LPSO/SFs近邻处形成三角形的基体结构。LPSO/SFs/TSFs (孪晶层错)间不同孪晶变体形核，以及交汇引入的分割带来的Hall-Petch效应，可提升合金的硬化率。通过调控镁合金LPSO结构的间距和厚度引入不同孪晶变体，可为其优化性能提供新思路。     

层错能和温度对不同Co含量的镍基高温合金蠕变性能的影响

研究了2种不同Co含量的镍基高温合金分别在650 °C/630 MPa,725 °C/630 MPa和760 °C/630 MPa条件下的蠕变变形组织。通过透射电镜分析了温度和层错能对蠕变变形机制的影响。结果表明,对于所选取的高温合金来说,温度的提升可以有效促使蠕变变形机制由层错转变为孪晶。这表明孪晶的形成更大程度上取决于温度。此外,合金Co含量的提升以及层错能的下降都会使层错和孪晶延伸并穿过γ基体和γ′析出相,该方式提升了材料的蠕变抗力以及蠕变寿命。     

镍基单晶合金CMSX-2高温蠕变后的显微组织及合金元素分布特征

对单晶合金CMSX－2在1000℃下分别进行了载荷为95，120，165和216MPa的拉伸蠕变实验，在SEM下观察了合金试样枝晶干的枝晶间区域中γ′相的形态，有EDS方法分析了上述枝晶区域中合金元素的分布特点，对枝晶干和枝晶间区域中γ′形成元素Al,Ti,Ta的原子分数与基体固溶元素Cr,Co,W的原子分数的比值（CA1＋CTi CTa)/(Ccr CCo Cw)和同一元素在枝晶与在枝晶干中的原子分数比（Ci/Cc)Ta,Cr,Co,W以及共格错配度的变化对γ′相粗化程度和筏形化形态的影响分别进行了讨论。     

Co-Cr-W系粉末等离子弧堆焊显微结构研究

对Co—Cr—W系多元合金粉末等离子孤堆焊层的金相组织、X射线衍射、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)的研究结果表明，合金层基体为具有(200)晶面择优取向的Co基固溶体，Co基固溶体中存在许多堆积层错；与固溶体组成共晶体的硼碳化物主要为具有六方点阵并含有层片状孪晶的(Cr，Fe)3(C，B)3。     

钛合金中原子迁移性质的第一原理计算

钛合金作为一种重要的航空材料,具有比强度高、耐蚀性好等优异性能,并具有一定的高温蠕变抗力。但是在更高温度下,有限的蠕变抗力限制了钛合金的进一步应用。研究表明,钛合金稳态蠕变过程蠕变激活能与合金的表观扩散激活能非常接近,说明原子的扩散与蠕变过程密切相关。采用第一性原理方法,计算了钛合金中常见的杂质及合金原子的迁移能垒。结果表明,对以空位机制扩散的合金原子,其在基面内迁移的能垒从高到低为Al、V、Ti、Sn、Ta、Mo、Nb、Zr,面间原子迁移由难到易为Al、Sn、V、Ti、Ta、Mo、Nb、Zr。以间隙机制迁移的Co、Fe、Ni迁移能垒较低,与实验观测到的这些原子为快扩散原子相符。     

超细多元固溶体添加方式对合金金相组织特征的影响

本文探讨硬质合金数控刀片基体立方相弥散均匀分布的制备方法。采用超细(Ti,W)C﹑(Ta,Nb)C﹑WC﹑Co粉制备了WC-5%(Ti,W)C-5%(Ta,Nb)C-6%Co合金,采用超细近饱和的(Ti,W,Ta,Nb)C﹑WC﹑Co粉制备了WC-10%(Ti,W,Ta,Nb)C-6%Co合金。通过X衍射和扫描电镜研究不同温度下的组织结构特征,研究结果表明:制备WC-5%(Ti,W)C-5%(Ta,Nb)C-6%Co合金时,WC于1 200℃向未饱和的(Ti,W)C固溶体进行扩散,形成W含量更多的(Ti,W)C相,且(Ti,W)C和(Ta,Nb)C于1 200～1 300℃发生固溶反应,形成(W,Ti,Ta,Nb)C相,导致(Ti,W,Ta,Nb)C相粗大;而采用超细(Ti,W,Ta,Nb)C﹑WC﹑Co粉制备得到WC-10%(Ti,W,Ta,Nb)C-6%Co合金具有立方相弥散分布的特征。     

一种镍钴基变形高温合金蠕变变形机制的研究

研究了一种新型镍钴基变形高温合金在650—815℃和不同加载载荷条件下蠕变后的变形组织.结果表明,经过固溶热处理后合金中存在2种尺寸的γ′相.当蠕变温度高于725℃时,大γ′相开始粗化.蠕变温度为650℃时,合金主要通过位错滑移切割γ′相形成层错的方式变形;蠕变温度在725—760℃之间时,蠕变变形组织主要为层错和微孪晶.随着加载载荷和蠕变温度的升高,层错和微孪晶不再独立存在于γ′相中,而是贯穿γ′相和基体;当蠕变温度升高至815℃时,合金主要通过位错绕过γ′相的方式变形.     

钛合金中原子迁移性质的第一原理研究

钛合金作为一种重要的航空材料,具有比强度高,耐蚀性好等优异性能,并具有一定的高温蠕变抗力。但是在更高温度下,有限的蠕变抗力限制了钛合金的进一步应用。实验研究表明,钛合金稳态蠕变过程蠕变激活能与合金的表观扩散激活能非常接近,说明原子的扩散与蠕变过程密切相关。本文采用第一性原理的方法,计算了钛合金中常见的杂质及合金原子的迁移能垒。结果表明,对以空位机制扩散的合金原子,其在基面内迁移的能垒从高到低为Al、V、Ti、Sn、Ta、Mo、Nb、Zr,面间原子迁移由难到易为Al、Sn、V、Ti、Ta、Mo、Nb、Zr。以间隙机制迁移的Co、Fe、Ni迁移能垒较低,与实验观测到的这些原子为快扩散原子相符。     

NbCr_2/Nb合金高温蠕变行为

采用机械合金化+热压制备了成分为Nb-22.5at.%Cr的细晶NbCr_2/Nb合金。通过Gleeble 3500型热模拟机上的恒应力压缩试验,研究了合金的高温蠕变行为,并采用透射电子显微镜观察了合金变形前后的组织。结果表明:NbCr_2/Nb合金的稳态蠕变速率随应力的增加和变形温度的升高而加快,1000℃和200 MPa条件下,NbCr_2/Nb合金的稳态蠕变速率为9.0×10-5s-1,1000℃下的应力指数为4.36,而200 MPa下的蠕变激活能为510.7 kJ·mol-1。蠕变变形过程中,Nb基体中位错的滑移、攀移和Laves相NbCr_2中的同步剪切是蠕变变形的主要方式;随着变形温度升高,Nb基体颗粒有形成亚晶的趋势,且两相颗粒界面处应力增大,Laves相NbCr_2颗粒中层错/孪晶密度增加。     

新型镍钴合金的高温蠕变行为研究

研究了新型镍钴合金的高温蠕变行为。结果表明,当蠕变温度为625℃时,其显微组织主要是扩展位错层;当蠕变温度为700℃时,其显微组织主要是扩展位错层和变形微孪晶;当蠕变温度为800℃时,其显微组织主要为粗大的γ′相。     

热处理冷速对FGH97盘件显微组织和蠕变性能的影响

对FGH97粉末高温合金盘件进行热处理,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和蠕变试验机研究了不同固溶冷速下合金的显微组织、蠕变性能和蠕变机制。研究表明:随固溶冷速的增加,γ′相尺寸减小,富Ti、Nb、Hf的MC型碳化物由连续析出变为颗粒状弥散析出。在750℃/450 MPa蠕变试验条件下,固溶冷速为94℃/min的样品性能明显优于43℃/min。FGH97粉末高温合金在750℃/450MPa条件下的蠕变机制为位错切割γ′相,在晶界处产生应力集中导致裂纹的萌生,裂纹沿着晶界碳化物扩展,最终导致材料的断裂。弥散颗粒状分布的碳化物能有效抑制微裂纹的贯通。     

微合金化元素对离心铸造炉管焊接接头组织和性能影响

针对添加Ti,W等微合金化元素的离心铸造炉管焊接接头,研究了微合金元素对焊接接头组织和力学性能影响规律及作用机理.结果表明.在1 050℃、14~25 MPa条件下,使用Ti和W元素微合金化的25Cr35NiNb和35Cr45NiNb炉管焊接接头高温性能显著高于未微合金化焊接接头.微合金元素Ti显著影响炉管焊接接头组织,Ti元素含量高的焊接接头原始焊态组织中含NbTiC,经过高温时效后,组织中含铌相主要为NbTiC,在蠕变空洞周围局部转变为G相（Ni16Nb6Si7）;Ti元素含量低的焊接接头原始焊态组织中含NbTiC和NbC,经过高温时效后全部转变为G相.微合金元素W主要通过固溶强化的方式,提高炉管焊接接头的高温性能.     

制备工艺对GH4169合金组织结构与蠕变行为的影响

通过对等温锻造和热连轧工艺制备的GH4169合金进行蠕变性能测试和组织形貌观察,研究制备工艺对GH4169合金组织结构及蠕变行为的影响.结果表明:在热连轧期间,合金发生孪晶变形和位错滑移;与等温锻造相比,热连轧合金中的高密度位错具有形变强化的作用,可提高合金的蠕变抗力.在蠕变期间,等温锻造合金仅发生孪晶变形,而热连轧合金的变形机制是孪晶和位错滑移,其中,合金在热连轧期间形成的高密度位错可诱发蠕变位错发生单取向或多取向滑移,可减缓应力集中,抑制或延缓裂纹在晶界处萌生是使该合金具有较长蠕变寿命的主要原因.蠕变后期,裂纹在与应力轴垂直的晶界处萌生,并沿晶界扩展、发生解理断裂是2种工艺制备合金的蠕变断裂机制.     

新型镍基粉末高温合金微量元素的相研究

对新型第3代粉末高温合金母合金、等离子体旋转电极法生产(PREP)粉末和热等静压态合金中的微量元素Hf,Zr和Ta的存在相进行了研究。结果表明:母合金中微量元素Hf,Zr和Ta主要以一次MC型碳化物存在,呈块状、条状和蝶状分布于枝晶间;原始粉末中碳化物大致可分为两类:一类为富Ti,Ta和Nb,另一类为含有Ta,Hf和Zr,两类碳化物均含有一定量非碳化物形成元素Co和Ni及弱碳化物形成元素Cr和Mo,以块状、粒状分布于枝晶间或胞晶间。另外,热等静压态分析表明,微量元素Hf,Ta和Zr主要以晶内和晶界MC型碳化物存在,说明微量元素Hf,Zr和Ta以MC型碳化物存在并具有一定遗传性的特点。与原始粉末相比,热等静压态γ′相和碳化物中的Ta量比较少。     

基于正交试验的铁素体耐热钢研究

在MTB10A和SAVE12钢的基础上,调整W、Mo、Co、V、Nb合金元素的成分,采用3水平13因素正交试验的设计和分析方法,通过慢速率高温拉伸试验,研究了在650℃下W、Mo、Co、V和Nb等元素对高温软化率的影响规律,并经蠕变试验验证,证明了高温软化率可预测钢的蠕变性能,为研究设计具有优良高温力学性能以及蠕变性能的火电机组用钢提供依据。     

固溶温度对镍基单晶合金蠕变性能的影响

根据差热曲线分析制定出合金的热处理工艺,结合蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了固溶温度对一种高W镍基单晶合金蠕变性能的影响。结果表明：铸态合金中存在明显的枝晶成分偏析,其中元素Al、Ta、W富集于枝晶干,元素Mo、Cr、Co等富集于枝晶间。采用不同温度固溶处理,合金具有不同的蠕变寿命。当固溶温度提高到1 325℃时,可使合金成分的均匀化程度提高,难溶元素得到充分扩散,可降低合金中枝晶干/间的成分偏析,并显著提高合金的蠕变抗力。与1 310℃固溶处理相比,合金经1 325℃高温固溶处理后,在1 072℃、137 MPa条件下的蠕变寿命由35 h提高到48 h。     

TWINNING STRUCTURES OF σ-Ni_3 Nb PHASE IN INCONEL 718

本工作发现在In 718合金δ-Ni_3Nb相中存在孪晶结构。通过衍射、衍衬综合分析及迹线分析,确定δ相孪晶面为{201}和{203}。δ相孪晶界两侧的点阵完全重合,但孪晶区内Nb原子的位置发生了有规律的变动。本文还给出了上述孪晶的变换矩阵。