一种第二代镍基单晶高温合金短时高应力蠕变研究

为了评估镍基单晶高温合金在诸如高超音速飞行器等有限寿命应用中高温弹塑性安定设计的使用情况,在600℃和900℃下进行了短时高应力蠕变试验.结果 表明,在900℃/350 MPa(屈服应力的52％)条件下测试的试样产生的蠕变应变比600℃/900 MPa(屈服应力的99％)时更高.由于热激活效应,在900℃/350 MP...     

一种镍基第三代单晶高温合金的横向拉伸性能

在760℃到1100℃条件下,研究了一种镍基第三代单晶高温合金的横向拉伸性能。采用光学显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)与扫描透射电子显微镜(STEM)观察了合金的显微组织与断口形貌。结果表明：随着温度的升高,合金的拉伸强度降低,而拉伸延伸率增加。在760℃与850℃条件下的拉伸断裂均为类解理断裂。在980℃,1070℃和1100℃条件下,试样断口出现了反映凝固方向的枝晶形貌特征,且随着温度的升高枝晶形貌在断口上的面积增加。在980℃条件下,拉伸断裂为类解理断裂与韧窝断裂的混合断裂。在1070℃与1100℃条件下,拉伸断裂均为韧窝断裂。随着温度的升高,塑性变形过程中开动了更多滑移系,导致形成了不同的位错形貌。760℃拉伸,合金中出现了高密度大致平行分布的a/2<110>位错;980℃拉伸,合金中出现了位错缠结;1100℃拉伸,合金中形成了位错网络。     

一种无铼二代镍基单晶高温合金蠕变机制研究

利用层层静电自组装技术将聚乙烯亚胺(PEI-Ag+)、PdCl42-交替沉积在基底上,然后用硼氢化钠还原,构筑了含银/钯复合纳米粒子的PEI-Ag/Pd纳米复合薄膜.通过扫描电子显微镜(FESEM),X射线光电子能谱(XPS)和循环伏安(CV)等手段对复合膜的成分、微结构和性质进行了测试分析.膜上生成了不规则和立方体状的银/钯纳米复合物,导致膜表面有一定的粗糙度.结果表明,双金属{PEI-Ag/Pd}n复合膜比单金属{PEI/Pd}n或{PEI-Ag/PSS}n膜对多巴胺的氧化有更好的电催化活性.     

一种无铼二代镍基单晶高温合金蠕变机制研究

通过对一种镍基单晶合金中温高应力条件下的蠕变曲线的测定和微观组织及断裂后合金中位错组态的衍衬分析,研究中温高应力条件下单晶合金的组织演化及变形特征。结果表明:在中温高应力条件下,该合金的蠕变激活能Q为(462±20)kJ/mol,表观应力指数na=4.34。表明在试验温度和应力范围内,合金具有较好的蠕变抗力。位错组态衍衬分析表明,蠕变期间切入相内的<110>超位错既可在{100}立方体滑移系中运动,也可在{111}八面体滑移系中运动;位错在运动中相遇发生位错反应,形成的超位错可交滑移至{100}立方体滑移面。位于2个不同{100}六面体滑移面的位错在运动中相遇,可发生位错反应,生成的位错可在{111}八面体滑移系中运动。     

一种镍基单晶高温合金蠕变机制的研究

对一种镍基单晶高温合金在两种蠕变条件下（760℃／780MPa和982℃1248MPa）的变形机制进行分析．结果表明：在中温高应力条件下（760℃／780MPa）,在低应变阶段,位错以堆垛层错的形式切入γ’相;高应变阶段,位错以位错对的方式切入γ’相．在高温低应力条件下（982℃／248MPa）的低应变阶段,母相a／2（110）位错在基体中运动弓出,并绕过γ’相,发生位错反应而形成位错网;高应变阶段与中温高应力条件的切入机制相同．     

单晶镍基高温合金的蠕变断裂

本文研究了〈001〉取向的CMSX—2,SRR99和RR2000三种单晶镍基高温合金,从750-1000℃温度范围和从150—680MPa应力下的蠕变断裂特征;用扫描电镜对上述各种实验状态下的蠕变断口和纵向剖面进行了详细观察。结果表明:单晶的蠕变断裂具有明显的晶体学特征,蠕变裂纹总是从已有的铸造的显微疏松处萌生;对于含碳量较高的材料,碳化物及其与基体的界面也是裂纹萌生的有利位置;这些已萌生的裂纹在外加应力轴垂直的(001)面上各向异性地扩展,直到由于承载截面的逐渐减小而导致最终破坏。虽然在较高的实验温度下,断口被强烈地氧化,但是蠕变断裂特征没有改变,在对三种材料断口上(001)面的大小和面积分数的测量和计算表明,用面积分数来表征蠕变损伤程度是可行的。     

一种镍基单晶合金的中温蠕变断裂机制

通过对一种镍基单晶合金进行中温不同应力条件下的蠕变性能测试及组织结构与断口形貌观察,研究了合金在蠕变期间的损伤及断裂机制。结果表明:合金在蠕变后期的变形机制是主、次滑移系的交替开动,主/次滑移系的多次交替开动,可在两滑移系交错区域的γ′/γ两相界面萌生裂纹;随蠕变进行,沿与应力轴垂直的γ′/γ两相界面发生裂纹的扩展,形成与<110>方向平行的正方形解理面,其中,裂纹在(001)面沿<110>方向扩展,与{111}二次解理面相截时,可终止裂纹扩展。这是使(001)解理面具有四方形特征的原因。由于蠕变期间在不同横断面发生多个微裂纹扩展,并在裂纹尖端沿较大剪切应力方向形成撕裂棱或发生二次解理,使多个裂纹连通,直至发生蠕变断裂。这是使合金蠕变断口呈现凹凸不平多层次解理特征的主要原因。     

一种第三代镍基单晶高温合金的DTA实验研究

采用差热分析方法(DTA)和熔体超温处理技术,研究熔体过热温度对一种第三代镍基单晶高温合金凝固特性及组织的影响。结果表明:当熔体过热温度从1450℃提高到1500℃时,形核过冷度与结晶温度间隔变化不明显,γ相在一个较宽的温度范围内形核生长;而当熔体过热到1580℃时,形核过冷度急剧增大,结晶温度间隔显著减小,γ相形核生长温度范围减小,γ/γ′共晶组织析出减少,γ′相的析出温度较熔体过热到1450℃条件下升高了9℃;当熔体过热温度进一步升高到1650℃时,形核过冷度略有减小,结晶温度间隔稍有增大。当熔体超温处理温度由1500℃提高到1580℃时,枝晶组织明显细化,而进一步提高熔体超温处理温度至1650℃时,枝晶组织反而略有粗化。熔体过热温度使熔体结构发生改变,从而对合金的凝固特性及组织产生影响。     

一种单晶高温合金的冲击断裂机制研究

模拟了单晶叶片实心和空心结构,制备了单层壁和双层壁的单晶高温合金冲击试样,研究了在600℃、700℃、760℃、800℃、850℃、900℃下的冲击断裂机制。研究结果表明,不同温度单晶高温合金的冲击断裂机制均为类解理断裂,断口上存在解理台阶,滑移带,河流状花样等特征。在试验中温范围内,随着温度增加,冲击断口形貌无明显的变化。裂纹开始沿大解理面扩展,最后断裂区存在大量解理台阶。解理台阶与单晶高温合金中温疲劳断口上的台阶相似,但不同是随着裂纹的扩展,台阶的间距逐渐减小。不同温度冲击断裂试样组织分析表明,γ′相立方状形貌没有变化,靠近断口处存在大量的滑移带。     

TLP连接对一种镍基单晶高温合金拉伸性能的影响

采用Ni-Cr-B非晶中间层瞬间液相连接（Transient liquid phase bonding） 一种镍基单晶高温合金DD98，TLP连接在1230℃，8h真空条件下进行。利用扫描电镜进行微观组织观察和成分分析。在不同温度对接头与母材进行了拉伸实验。实验结果表明：接头的微观组织和化学成分与母材趋于一致；接头强度达到母材的标准，其它性能指标与母材相当，二者的应力一应变关系相同。     

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。     

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.     

一种镍基单晶高温合金870℃高周疲劳变形微观结构研究

摘 要：本文研究了一种镍基单晶高温合金在870℃℃时的高周疲劳性能及其变形组织结构。结果表明：该合金的疲劳寿命随着应力水平的升高而减小,870℃℃时光滑试样的疲劳强度为443MPa;利用透射电镜（TEM）观察疲劳循环试样的位错组态,发现在疲劳变形的初始和中期阶段,位错组态主要为界面位错,位错在基体通道中{111}面运动,并交互反应形成3维位错网络结构。当应力水平提高到550MPa以上时,在变形的末期,观察到高密度位错集中于位错滑移带及位错切入??r" 相现象。在循环应力和高温叠加作用下,基体通道中诱发析出大量圆形细小二次?r’? 相。二次?r"?相的析出有益于阻止基体位错的滑动,抑制位错切入?r"?相,有利于提高合金的疲劳强度。     

一种含Re单晶高温合金的拉伸断裂行为

研究了Re对单晶高温合金拉伸、持久性能的影响及含Re单晶的拉伸断裂特征。拉伸性能试样采用[001]取向单晶制备，应力轴方向平行于单晶[001]取向，采用扫描电镜观察断口形貌。实验结果表明：Re的加入降低了单晶短时拉伸延伸率，但能提高单晶的高温持久断裂延伸率；含Re单晶室温拉伸表现为滑移开裂特征；高温拉伸断裂失效机制为变形不均匀的蠕变断裂；高温持久断口表现为典型的塑性断裂特征，变形均匀。     

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。     

镍基单晶合金高温低周疲劳微观损伤及断裂机制

通过开展低周疲劳试验,研究了镍基单晶高温合金DD6的疲劳微观损伤及断裂机制。结果表明:低温条件下DD6表现为起始硬化,饱和,然后软化至断裂,高温时试样则表现为起始软化。低应变下高温可降低单晶合金疲劳性能。低温下试样循环硬化程度比高温时高,高温下原子热激活行为降低了材料形变抗力。试样裂纹萌生位置有两种:一种在试样表面,另一种在晶体内部微孔处。裂纹扩展具有两个阶段:初始阶段扩展面非常平坦,仅有小量撕裂棱;扩展阶段则产生河流状花纹,扩展区内以疲劳辉纹形式扩展,最终进入瞬断区。     

镍基单晶高温合金530 ℃低周疲劳性能及断裂机制

对镍基单晶高温合金在530℃的低周疲劳断口及断裂损伤机制进行研究。结果表明：在530℃时,单晶高温合金低周疲劳裂纹一般萌生于试样表面、亚表面或内部。亚表面存在铸造缺陷时裂纹从缺陷处起源。在大应变幅（>0.85%）条件下,合金在疲劳循环过程中表现出明显的循环硬化行为,应变幅低于0.85%时循环应力响应曲线基本趋于稳定。镍基单晶高温合金主要通过滑移产生变形,在530℃合金主要通过八面体滑移机制进行断裂,主滑移系为{111}<110>。分析断口特征可知,断口在源区附近未见明显塑性变形,稳定扩展区可见疲劳条带特征,快速扩展区在滑移台阶处存在大量交叉滑移带。通过电子背散射衍射分析发现,不同滑移面交界处的断口表面存在明显塑性变形,靠近断口表面的γ基体及立方γ’相变形严重。该温度下疲劳断口表面未见明显氧化特征。     

一种镍基单晶高温合金持久性能的预测

在Monkman-Grant方程的基础上计算了试验合金的Larson-Miller曲线,对预测的结果与试验结果进行了比较,计算曲线与实测曲线有较好的吻合,证明该方法能够准确地预测试验合金的持久性能。     

一种2%Ru镍基单晶合金的高温蠕变行为及断裂特征

通过蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了一种新型2%Ru镍基单晶高温合金的蠕变行为及断裂特征。结果表明,合金在1 070～1 100℃、127～147 MPa条件下具有较好的蠕变性能,合金在稳态蠕变阶段的表观蠕变激活能Q=410.5 kJ/mol,应力指数n=4.74。合金在蠕变稳态阶段的变形机制是位错在基体中滑移和攀移越过γ′相,蠕变后期,位错可剪切进入γ′相。在高温/低应力条件下,合金中的γ′相可形成筏状组织,裂纹由筏状γ′相与基体相界面处萌生,随裂纹扩展、聚集、连通,合金蠕变抗力急剧下降,最终导致合金蠕变断裂。     

一种镍基单晶高温合金的恒温氧化行为

通过静态增重法对一种镍基单晶高温合金在900℃和1000℃的恒温氧化行为进行了测定,并利用X射线衍射和扫描电镜对氧化产物进行了分析。结果表明,该合金在900℃和1000℃均为完全抗氧化级,900℃的氧化速率明显低于1000℃的氧化速率。合金的氧化产物以(Ni,Co)O为主,并形成了较多的α-Al₂O₃ 和较少量的Cr₂O₃,同时形成了CrTaO₄及（Ni,Co）Al₂O₄和 Co(Al,Cr)₂O₄等尖晶石氧化物。氧化物呈层状分布,(Ni,Co)O在最外层,而Al₂O₃在内层。另外,在靠近α-Al₂O₃层的合金基体中出现了内氮化物。