稀土Y对单晶高温合金组织和高温持久性能的影响

在高温度梯度真空定向凝固炉中,采用螺旋选晶法制备了不含Y和含0.01%Y的两种单晶高温合金,研究了稀土Y对单晶高温合金组织以及在980℃/300 MPa条件下持久性能的影响。结果表明,添加微量稀土Y后,单晶高温合金的固相线和液相线降低,合金的一次枝晶间距有减小趋势,铸态和热处理γ′相均有所减小。在1100℃时效200 h后,不含Y和含Y合金都发生了γ′相的长大粗化以及少量针状TCP相的析出,而含Y合金的γ′相粗化程度较轻,Y对TCP相的析出无明显影响。添加微量稀土Y后,合金的高温持久性能提高。最后讨论了加入稀土Y提高单晶高温合金持久性能的原因。     

一种单晶高温合金的持久断裂行为

研究了一种单晶高温合金在不同试验温度和加载应力下的持久性能、失效机制和组织演变特征。结果表明:合金标准热处理后获得立方化较好的γ'相组织,在不同试验条件下都具有良好的持久性能。在相同加载应力下,随着试验温度升高,合金的持久寿命降低。760℃/800 MPa条件下的持久断裂为类解理断裂,980℃/250 MPa、1070℃/140 MPa、1100℃/140 MPa和1120℃/140 MPa的持久断裂为韧窝断裂,而850℃/550 MPa下的持久断裂为混合断裂机制。在760℃/800 MPa下持久断裂后,γ'相形状不变,但γ相通道沿垂直应力方向变大,沿平行应力方向变小。其它持久条件下都形成了筏排结构,随着温度的增加其厚度变大。在760℃/800 MPa、850℃/550 MPa和980℃/250 MPa条件下,没有发现析出TCP相,而在1070℃/140 MPa、1100℃/140 MPa和1120℃/140 MPa条件下,有少量针状的TCP相沿一定方向析出,主要含有Re、W、Mo等元素。     

热等静压对单晶高温合金组织和持久性能的影响

在高温度梯度真空定向凝固炉中,采用螺旋选晶法制备了单晶高温合金,再在1180℃/150 MPa条件下对其进行热等静压,然后进行标准热处理,研究了热等静压对单晶高温合金组织和不同条件下持久性能的影响。结果表明,合金热等静压后,铸态组织的共晶含量基本保持不变,γ′相尺寸增加,立方化程度增加,γ基体通道变宽。热处理组织的γ′相尺寸稍有减小,立方化程度增加。在760℃/800 MPa和980℃/250 MPa条件下,合金的持久寿命增加;而在1100℃/140 MPa条件下,粒状碳化物的析出导致持久寿命没有提高,与未热等静压的合金持平。     

热暴露温度对单晶高温合金持久性能的影响

在定向凝固炉中采用螺旋选晶法制备了一种单晶高温合金试棒,经标准热处理后分别在980、1070、1100和1140℃热暴露500 h,研究了合金不同温度热暴露后的显微组织和1100℃、140 MPa条件下的持久性能。结果表明,合金在不同温度热暴露后,γ'相发生粗化或筏排化。随着热暴露温度增加,γ'相粗化或筏排化程度增加,γ相基体通道变宽。在980℃热暴露500 h后,合金中无TCP相析出,而1070、1100和1140℃热暴露500 h后有针状TCP相析出。随着热暴露温度升高,TCP相含量增加,持久寿命降低,伸长率先增加并在1140℃热暴露后减小。热暴露后γ'相粗化或筏排化、含量减少和TCP相析出是合金持久寿命降低的主要原因。     

Ru对一种高Re单晶高温合金γ/γ′相中元素分布及高温蠕变性能的影响

研究了不同Ru含量(质量分数,0%和2%)的高Re镍基单晶高温合金在1120℃/140 MPa条件下的蠕变性能,采用SEM、STEM/TEM以及EDS等方法分析了Ru对合金γ/γ′相组织、合金元素成分分配比、蠕变变形组织和位错形态的影响。结果表明,与无Ru合金相比,含Ru合金γ′尺寸更为细小,γ相通道更窄,γ/γ′两相中对TCP相析出有重要影响的Re、Mo和Cr元素分配更加均匀。Ru通过减小γ′相尺寸和γ相通道宽度,降低γ/γ′界面平均位错间距,抑制蠕变加载过程中TCP相析出,显著提高合金的高温蠕变性能。     

镍基单晶高温合金在不同条件下的蠕变性能和组织演化(英文)

研究[001]取向的镍基单晶高温合金在不同测试条件下的蠕变性能,采用扫描电镜和透射电镜研究合金蠕变断裂后的γ′相、TCP相和位错组织演化特征。结果表明:合金具有良好的蠕变性能,蠕变曲线显示出两种不同的蠕变变形特征。在(760°C,600 MPa)、(850°C,550 MPa)条件下,蠕变第一阶段较长;在(980°C,250 MPa)、(1070°C,140 MPa)和(1100°C,120 MPa)条件下,蠕变第一阶段很短。蠕变断裂后,在(760°C,600 MPa)条件下γ′相形态变化不大;在(850°C,550 MPa)条件下γ′相已经合并长大;在(980°C,250 MPa)条件下基体γ被γ′相包围;在(1070°C,140 MPa)条件下基体γ不再连续;在(1100°C,120 MPa)条件下基体γ厚度进一步增加。在(760°C,600MPa)、(850°C,550 MPa)和(980°C,250 MPa)条件下合金无TCP相析出,而在(1070°C,140 MPa)和(1100°C,120MPa)条件下有针状TCP相析出。在低温高应力下,变形特征为位错包括层错的剪切机制;在高温低应力下为位错绕过机制,并在γ/γ′相界面形成位错网。     

Ru对一种第四代单晶高温合金γ/γ′相中元素分布及高温蠕变性能的影响

摘 要: 研究了不同Ru含量（0和2wt.%）的高Re镍基单晶高温合金在1120 ℃/140 MPa条件下的蠕变性能,采用SEM、STEM/TEM以及EDS等方法分析了Ru对合金γ/γ′相组织、合金元素成分分配比、蠕变变形组织和位错形态的影响。结果表明,与无Ru合金相比,含Ru合金γ′尺寸更为细小,γ相通道更窄,γ/γ′两相中对TCP相析出有重要影响的Re、Mo和Cr元素分配更加均匀。Ru通过降低γ′相和γ相通道尺寸,降低γ/γ′界面平均位错间距,抑制蠕变加载过程中TCP相析出,显著提高合金的高温蠕变性能。本文研究结果对认识单晶合金高温蠕变过程中Ru的强化机理方面具有理论指导意义。     

Cr含量对单晶高温合金显微组织和力学性能的影响（英文）

在真空定向凝固炉中制备Cr含量分别为2%和4%(质量分数)的两种单晶高温合金,保持其他合金元素含量不变,研究Cr含量对单晶高温合金组织、相稳定性、1100°C拉伸性能和1070°C、160 MPa条件下持久性能的影响。结果表明,随着Cr含量的增加,合金中γ′相尺寸减小,其均匀化和立方化程度稍有增加。经1100°C长期时效处理后,两种合金的γ′相都发生了粗化和筏排化,且筏排化速率随着Cr含量的增加而增加。两种合金中都有针状TCP相析出,并沿固定的方向生长,且TCP相的析出速率和析出量随着Cr含量的增加而增加。随着Cr含量的增加,合金的高温拉伸性能提高,而持久性能降低。Cr含量的增加提高了TCP相形成元素Re、W和Mo在γ基体中的过饱和程度,因而Cr含量的增加降低了合金的高温组织稳定性。     

钌对一种单晶高温合金980和1160℃下TCP相析出影响的两面性（英文）

为研究Ru对高代单晶高温合金组织稳定性的影响,制备分别含有6%和4.5%Ru(质量分数)的2种单晶高温合金D1和D2,完全热处理后置于980和1160℃下进行200h的长期时效,分析合金长期时效后的显微组织、不稳定拓扑密排相(TCP)成分及晶体结构。结果表明:980℃时效200 h后,含Ru较多的D1合金中TCP析出量显著多于D2合金;1160℃时效200 h后,D1合金中未观察到TCP相,而D2合金中观察到少量TCP相;2种合金析出的TCP相为同一种TCP相,Ru为其主要形成元素之一。结合d电子能级计算和热力学计算分析表明:Ru对单晶高温合金TCP析出的影响具有两面性。一方面Ru含量提高会使合金d电子能级增大,增加合金TCP析出倾向;另一方面Ru含量增加可降低高熔点元素在γ相中的偏析程度,进而减小因高熔点元素在γ相中过饱和而导致的TCP相析出量;在不同温度下,起主要作用的因素会有所不同。     

铸件尺寸对镍基单晶高温合金力学性能的影响

浇注了两种不同尺寸的镍基单晶高温合金铸件试样,研究了试样尺寸对显微组织的影响,利用扫描电镜分析了合金的断口形貌和断裂机制.结果表明,浇注试样尺寸增大,合金的枝晶间距和热处理后γ′相的尺寸增大.合金在760、980℃下的拉伸性能以及980℃和250MPa条件下的持久性能均有不同程度的降低.合金760℃的拉伸断裂为类解理断裂,980℃的拉伸断裂以及980℃和250MPa条件下的应力断裂都为韧窝断裂.     

Ru对镍基单晶热暴露组织演变及持久性能的影响

对比研究了不含Ru的USTB-F7及添加2.5 wt％ Ru的USTB-F8两种镍基单晶高温合金的组织稳定性和持久性能.标准热处理与1100℃长期热暴露组织研究表明:合金USTB-F7中γ′相形貌介于球形和立方形之间,属中间态形貌;热暴露2000 h后,其形貌仍保持稳定,仅发生粗化而未发生筏排化.Ru的添加使Re元素在γ/γ′中的分配比增大,提高了合金USTB-F8的γ/γ′点阵错配度和γ'相的立方度,从而加速了长期热暴露过程中的筏排化进程,经2000 h热暴露发生了明显的筏排化现象.同时,合金USTB-F7热暴露700 h后在枝晶干处析出了富集Re、W和Cr元素的TCP相,Ru的加入有效地抑制了TCP相的析出,合金USTB-F8直至2000 h仍未析出TCP相.1100℃/140MPa持久性能测试表明,Ru显著提高合金的持久寿命,这与Ru增加合金中的y相体积分数和γ/γ′点阵错配度,促进筏排组织的形成,并减小时效组织中的γ通道宽度有关.     

Rejuvenation Heat Treatment of the Second-Generation Single-Crystal Superalloy DD6

The second-generation single-crystal superalloy DD6 with [001] orientation was prepared by screw selecting method in the directionally solidified furnace. The long-term aging of the alloy after full heat treatment was performed at1100 °C for 400 h. Then the rejuvenation heat treatment 1300 °C/4 h/AC ? 1120 °C/4 h/AC ? 870 °C/24 h/AC was carried out. The stress rupture properties were investigated at 760 °C/800 MPa, 850 °C/550 MPa, 980 °C/250 MPa and1100 °C/140 MPa after different heat treatments. The microstructures of the alloy at different conditions were studied by SEM. The results show that c0 phase of the alloy became very irregular and larger after long-term aging at 1100 °C for 400 h. A very small amount of needle-shaped TCP phase precipitated in the dendrite core. The coarsened c0 phase and TCP phase dissolved entirely after rejuvenation heat treatment. The microstructure was restored and almost same with the original microstructure. The stress rupture life of the alloy decreased in different degrees at various test conditions after long-term aging. The stress rupture life of the alloy after rejuvenation heat treatment all restores to the original specimen more than 80%at different conditions. The microstructure degradation of the alloy during long-term aging includes coarsening of the c0 phase,P-type raft and precipitation of TCP phase, which results in the degeneration of stress rupture property. The rejuvenation heat treatment succeeds in restoring the original microstructure and stress rupture properties of the alloy.     

第二代单晶高温合金DD6在980℃长期时效后的显微组织与持久性能

选用980℃时效温度、分别对[001]取向标准热处理后的第2代单晶高温合金DD6进行100，200，300，400，600，800及1000h的长期时效，研究了合金的显微组织与持久性能。结果表明：DD6合金980℃／1000h长期时效后，无TCP相析出，组织稳定性优良：DD6合金980℃／1000h长期时效后980℃／248．2MPa的持久寿命高于180h，合金具有优异、稳定的持久性能。     

Hf含量对DD6单晶高温合金组织和持久性能的影响

研究了Hf含量对DD6单晶高温合金热处理组织和持久性能的影响。结果表明,在本实验研究范围内,随着Hf含量的增加,热处理后合金残余共晶量增加,枝晶干的γ′相尺度无明显变化,枝晶间的γ′相尺度有所减小。在1100 ℃, 140 MPa条件下,随着Hf含量的增加,合金的持久寿命先升高后降低, 持久延伸率先快速增加, 然后慢速增加。讨论了不同Hf含量合金的显微组织与持久性能的关系     

Effect of LAB on the Stress Rupture Properties and Fracture Characteristic of DD6 Single Crystal Superalloy

用双籽晶法制备了带有扭转小角度晶界的DD6单晶高温合金双晶试板。在760℃/758 MPa, 850℃/550 MPa 和 980℃/250 MPa条件下研究了小角度晶界对合金持久性能和断裂特征的影响,用扫描电镜分析了断口形貌和断裂机制。结果表明,晶界角度相对较小时,对合金的持久性能影响较小。在同一测试条件下,合金的持久性能随着晶界角度增大而减小。在同一测试条件下随着晶界角度增大,或者在相同晶界角度随着测试温度升高应力减小,持久断裂有逐渐出现沿晶断裂的趋势。     

980 ℃长期时效对DD15单晶高温合金组织稳定性的影响

采用选晶法在真空高梯度定向凝固炉中制备第四代单晶高温合金DD15试棒，热处理后在980 ℃分别时效400、800、1200、1600、2000 h，研究不同时效时间的合金组织。结果表明:合金的热处理组织由立方化较好γ′相和基体γ相组成。随着980 ℃时效时间增加，γ′相合并长大仍保持立方形状，基体通道的宽度增加；时效1600 h时，未有TCP相析出；时效2000 h时，析出极少量TCP相，合金具有良好的组织稳定性；合金中较多的Re、W、Ta、Mo、Nb等高熔点元素能够抑制γ′相长大，Ru元素能够抑制TCP相的析出，合金具有良好的组织稳定性。     

一种定向高温合金在持久过程中的组织变化及其断口分析

本文用扫描电镜研究了DZ621镍基高温合金在1100℃／60MPa持久过程中的组织变化及其断裂后的断口形貌。结果表明,合金在持久变形中γ＇相在弹性能和外加应力作用下通过扩散形成垂直于拉应力方向的筏形。筏形方向与合金的错配度和外加应力的方向有关。合金经1220℃／4h／AC＋1150℃／4h／AC＋870℃／24h／AC热处理后,具有较好的持久性能。合金断口形貌表明,裂纹源于铸造缺陷和碳化物,并在持久过程中通过各小裂纹的连接扩展,导致合金最终断裂。断口表面出现许多形态和尺寸大小不均的韧窝,显示韧性断裂特征。     

一种定向凝固镍基高温合金的高温低周疲劳行为

本文研究了一种定向凝固镍基高温合金的高温低周疲劳行为。结合对合金微观变形结构的观察,分析了温度、应变保持时间对合金低周疲劳性能的影响。结果表明,温度对合金的变形有着明显影响,在760℃以下合金呈现循环硬化,而在850℃和980℃时则表现为循环软化,这是由于合金在不同温度范围内具有不同的微观变形机制。在应变峰值、应变谷值以及同时在应变峰值和谷值分别引入保持时间后,合金的高温低周疲劳寿命均有一定程度的降低。     

热处理工艺对一种新型铸造镍基高温合金的组织和性能影响

通过改变固溶热处理温度、保温时间和固溶后冷却方式,研究了不同固溶热处理工艺对一种新型铸造高温合金组织和性能的影响.结果表明,将合金在不同温度固溶处理2 h后空冷,合金在760℃,660 MPa和980℃,180 MPa条件下的持久寿命随热处理温度的升高先升高而后降低;固溶处理温度为1220℃时,760℃,660 MPa条件下的持久寿命达到最高;固溶处理温度为1180℃时,980℃,180 MPa条件下的持久寿命最高;当热处理温度从1120℃升高到1220℃时,拉伸强度随温度升高而增加,继续升温到1240℃,拉伸强度下降.当固溶热处理温度为1120℃,处理时间在2-8 h范围内变化时,合金在760℃,660 MPa条件下的持久寿命随时间延长而降低,而在980℃,180 MPa条件下的持久寿命随处理时间延长而升高;当热处理时间为2和4 h时,拉伸强度较高;延长到6和8 h时,拉伸强度下降.当冷却方式不同时,合金持久性能也发生变化.γ′相和γ/γ′共晶组织在尺寸、形态、分布和数量上的变化是导致合金力学性能变化的关键因素.