一种单晶高温合金的高温蠕变性能

在真空定向凝固炉中采用螺旋选晶法制备了一种镍基单晶高温合金,研究了合金在不同温度和应力下的高温蠕变性能,用扫描电镜和透射电镜研究了合金蠕变断裂组织。结果表明,在1 070~1 120℃温度范围内,120~140 MPa应力条件下,合金具有良好的蠕变性能和较高的承温能力。随着加载应力或者温度提高,合金的应变速率增大,蠕变寿命降低。合金在高温蠕变过程中形成了筏排组织,随着加载应力或者温度提高,筏排的厚度增加。不同条件的蠕变过程中都析出了少量的针状σ相,它主要含有Re、W、Mo等元素。高温下合金蠕变变形机制为位错绕过机制,在γ/γ′相界面形成了高密度的位错网。     

热处理对一种镍基单晶高温合金高温蠕变性能的影响

对[001]取向的一种镍基单晶高温合金进行了1050℃,160MPa的拉伸蠕变试验.结合合金性能数据和变形形貌、位错组态的观察,分析了不同热处理制度对合金在高温低应力条件下蠕变性能的影响.结果表明,尺寸为0.4μm左右、规则排列的立方γ,具有较好的高温蠕变性能,而较小的γ,和较大的γ,均不利于合金在高温下的蠕变性能;二次时效处理对提高合金高温蠕变强度的作用不大;筏形组织的完善程度影响合金高温下的蠕变性能;二次y,相不利于提高合金高温蠕变性能.     

高温条件下Ru对镍基单晶合金元素浓度分布及蠕变性能的影响

对无Ru和2%Ru镍基单晶高温合金在高温条件下进行蠕变性能测试。采用三维原子探针技术分别对有/无Ru合金在蠕变前/后各元素于γ/γ′两相的浓度分布进行测定。结果表明:2%Ru合金表现出了更好的高温蠕变性能,在1100℃/137 MPa条件下,2%Ru合金的蠕变寿命是125 h,而无Ru合金的蠕变寿命仅为58 h。元素Ru可提高元素在γ、γ′两相溶解度,降低元素在γ/γ′两相浓度比,提高合金中γ′相的合金化程度。经1100℃、137 MPa高温蠕变后,无Ru合金中各元素于γ/γ′两相中的浓度分布发生明显改变,其中元素W的浓度比由1/2.875(摩尔分数比)变为1/8.81,同时,各元素于γ/γ′两相界面处的浓度梯度明显增大。这种浓度分布的变化导致g相中难溶元素的含量增大,并析出TCP相,TCP相可破坏γ′相连续筏型结构,大幅降低合金蠕变性能。2%Ru合金中各元素在γ/γ′两相中的浓度分布和相界面处的浓度梯度均无明显变化。这表明高温蠕变可对合金中各元素在γ/γ′两相中的浓度分布和相界面的浓度梯度产生影响,元素Ru可抑制这种影响的产生。     

镍基单晶高温合金的动态再结晶(英文)

利用高温蠕变试验,研究SRR99单晶高温合金在低应变速率下的动态再结晶行为。结果显示,在大气环境且无涂层保护的情况下,长时间高温低应力作用会使单晶合金发生动态再结晶,动态再结晶的温度和临界应变量均低于静态再结晶,再结晶晶粒均位于试样边缘的γ′相贫化层内,再结晶深度较浅,一般不超过15μm。在高温低应变速率下,再结晶以完整晶粒的形式发生,晶粒内无条状γ′相存在。单晶合金在高温低应变速率下的动态再结晶行为主要与高温氧化有关。在实际服役条件下,表面涂层可有效抑制动态再结晶的发生。此外,还利用高温压缩试验,研究了SRR99单晶合金在高应变速率下的动态再结晶行为。在高应变速率下,单晶合金发生动态再结晶的温度和临界应变量均显著提高,再结晶以胞状组织的形式发生,晶胞内含有大量粗大的条状γ′相。     

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。     

镍基单晶高温合金的小角度偏离[001]取向对蠕变性能的影响

小角度偏离[001]取向的镍基单晶高温合金的蠕变性能受温度、γ?尺寸的大小和应力条件的影响。本文综述了镍基单晶高温合金的[001]取向小角度偏离对蠕变性能的影响。不同程度的偏离引起的不同蠕变性能变化,源于不同的蠕变变形机制。不同的蠕变变形机制对应着引起蠕变率发生的不同临界应力。在中温(760℃-850℃),合金的蠕变性能对[001]取向的角度偏离很敏感,即使角度有一点变化也会引起蠕变性能的很大的差异,但是在温度高于850℃以上小角度的取向偏离对蠕变性能影响不大。γ?尺寸的大小对小角度偏离的合金的蠕变性能的影响受温度的制约。在中温,γ?尺寸的大小变化影响着不同的小角度偏离是否引起蠕变性能的变化,但是在高温γ? 相快速伐化,变形机制和γ?尺寸变化无关。     

热处理过程中DD6单晶高温合金的组织演化规律与力学性能

研究了DD6单晶高温合金在热处理过程中的显微组织演化规律以及初熔组织的生成机理。通过研究不同固溶时效处理对γ′相形貌、尺寸分布和体积分数的影响且分析了完全热处理后合金的显微硬度和拉伸性能,从而确定了合金最佳的热处理工艺。结果表明,通过差热分析法和金相观察法确定合金的初熔温度在1300~1310 ℃。在1315 ℃固溶处理4 h,枝晶间/枝晶干γ′相尺寸趋于一致,呈立方状均匀排列。在固溶处理过程中,γ/γ′共晶组织熔化生成了不规则初熔组织。在不同的一次时效工艺下,1120 ℃时效4 h空冷后,γ′相立方度更好,尺寸分布更均匀。合金最佳的热处理工艺为1290 ℃×1 h+1300 ℃×2 h+1315 ℃×4 h, AC+1120 ℃×4 h, AC+870 ℃×32 h, AC。合金在完全热处理后,随拉伸温度从室温升高至850 ℃时,强度达到峰值,温度继续升高,强度下降;在760 ℃拉伸时塑性最差,随着拉伸温度从760 ℃升高到950 ℃,塑性提高。     

镍基单晶合金热处理的组织演化与有限元分析

通过对一种含Re单晶镍基高温合金热处理期间及不同时效温度组织形貌的观察,结合有限元分析,研究合金中γ′相在热处理期间及蠕变期间的组织演化规律。结果表明,在固溶热处理期间,γ′相以蝶形组合从基体中析出;一次时效期间,γ′相长大为立方体形貌;二次时效期间,γ′相略有长大,排列更加规则。经不同温度的一次时效后γ′相尺寸逐渐长大,立方度增加。最后确定出该合金合理的热处理工艺。     

C对镍基单晶高温合金DD90组织的影响

研究了不同含量C对镍基单晶高温合金DD90凝固组织的影响。结果表明：随着C含量的增加,一次枝晶间距逐渐增大,凝固范围逐步扩大。随着C含量的增加,合金中碳化物数量逐渐增加。碳化物形貌从块状变为汉字体状,最后连接成复杂的骨架状。随着C含量的增加,γ/γ′共晶体积分数减少,粗大的初生相γ’减少。C的添加增大了Al的偏析,减弱了Re、Mo、W的偏析。     

Ru的添加对镍基单晶高温合金组织的影响

研究了添加Ru对镍基单晶高温合金铸态、热处理及长期时效组织的影响。结果表明：添加Ru导致合金的共晶含量、一次枝晶间距降低,固溶热处理困难。添加Ru后合金的层错能显著降低,?基体中出现的扩展位错会阻碍后续位错的运动,有助于提高合金力学性能。1100℃长期时效时,添Ru加对筏化过程影响不显著,未改变TCP相的主要析出类型,但显著抑制了TCP相的析出;随时效时间的延长（如超过500 h）,添加Ru对TCP相的抑制作用减弱。     

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。     

一种含4.2%Re单晶镍基合金在蠕变期间的组织演化与变形特征(英文)

通过组织形貌观察及蠕变曲线测定,研究了一种含Re镍基单晶合金的高温蠕变行为。结果表明:含4.2%Re单晶合金在1060-1100℃温度区间具有较好的承温能力,但表现出较强的施加应力敏感性。经高温蠕变断裂后,在试样不同区域γ′相具有不同的组织形貌,在远离断口区域γ′相形成的筏状组织与施加应力轴方向垂直,而在近断口区域,筏状γ′相的粗化及扭曲程度的增大为该区域发生较大塑性变形所致。在蠕变后期,合金的变形机制是迹线方向为[011]和[011]的滑移位错切入筏状γ′相,主、次滑移系交替开动,使筏状γ′相发生扭折形成不规则的扭曲形态,直至发生断裂是合金的蠕变断裂机制。     

镍基单晶合金在压缩蠕变期间的组织演化与有限元分析

通过[001]取向镍基单晶合金压缩蠕变性能测试及组织形貌观察,确定出合金经压应力蠕变后的组织结构是γ'相沿平行于应力轴方向形成P-型筏状组织。采用三维应力应变有限元方法计算出立方γ/γ'两相共格界面的Von Mises应力分布,研究了施加应力对应力分布及γ'相定向粗化规律的影响。结果表明,施加压应力可改变立方γ/γ'两相的应力分布,γ'相的定向粗化取向与γ基体通道的Von Mises应力分布密切相关,其中,在施加压应力作用下,立方γ'相的(001)晶面产生较大的Von Mises应力及应变能密度变化是使其发生组织演化的主要原因。并进一步提出压应力蠕变期间,合金中发生元素定向扩散和γ'相定向生长的驱动力。     

Ru对镍基单晶高温合金高温持久性能的影响(英文)

在真空定向炉中浇注了具有[001]方向的不含Ru和含Ru两个单晶高温合金,其它合金元素的含量基本相同,研究Ru对单晶高温合金在(980℃,250 MPa),(1100℃,140 MPa)和(1120℃,140 MPa)条件下持久性能的影响。结果表明,加入Ru能提高单晶高温合金的高温持久性能,提高作用随着温度的升高而降低。在断裂后的两种合金试样中都观察到γ′相定向粗化和筏排化,并且在(1100℃,140 MPa)和(1120℃,140 MPa)条件试样中有针状的TCP相析出,而在(980 ℃,250 MPa)条件试样中无TCP相析出。加入Ru减少了TCP相的析出数量。最后,讨论了加入Ru带来的合金组织变化进而提高合金持久性能的原因。     

Effect of long-term thermal exposure on microstructure and creep properties of DD5 single crystal superalloy

The effect of thermal exposure on the microstructure and creep properties of the Ni-based single crystal superalloy in different test conditions was studied. Long-term exposure was performed at 1,000 °C and 1,100 °C for 500 h prior to the creep tests. The creep lifetime is found to be improved after the long-term exposure at 1,000 °C for 500 h as a result of the formation of secondary M₂₃C₆ in the interdendritic region. The coarsening of γ′ precipitates accompanied by the formation of TCP phase lead to the degradation of alloy, which is responsible for the reduction of the creep lifetime of Ni-base single crystal superalloy after long-term exposure at 1,100 °C for 500 h. The creep lifetime of 1,000 °C thermally exposed sample under the conditions of 1,093 °C/137 MPa is lower than that of heat-treated state. Thermal exposure at 1,100 °C for 500 h causes the creep lifetime to drop drastically.

     

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．     

一种4.5%Re单晶镍基合金的中温蠕变行为

通过对合金进行不同温度的固溶处理、蠕变曲线测定及组织形貌观察,研究了热处理工艺对4.5%Re镍基单晶合金中温蠕变行为的影响。结果表明:提高合金的固溶温度,可降低合金中元素的偏析程度,提高合金的蠕变性能。完全热处理后单晶镍基合金的组织结构由立方γ’相以共格方式嵌镶在γ基体所组成,在760℃/800 MPa条件下的蠕变期间,合金中γ’相不形成筏状组织,但在近断口区域,立方γ’相的扭曲程度增加。在施加的温度和应力条件下,合金具有良好的蠕变抗力和较长的蠕变寿命。合金在蠕变期间的变形特征是位错在基体中运动和剪切γ’相,其中,切入γ’相的<110>超位错可由{111}面交滑移到{100}面,形成K-W锁,而切过γ’相的<110>超位错在{111}面可发生分解,形成(1/3)<112>超肖可莱不全位错+层错的位错组态,阻碍位错运动和抑制位错的交滑移,是使合金具有良好蠕变抗力的主要原因。     

Effect of carbon on microstructure and mechanical properties of DD99 single crystal superalloy

The effects of carbon on the microstructure and mechanical properties of DD99 single crystal superalloy were investigated. The results show that stress rupture life of DD99 alloy possesses peak value at carbon content of 0.03%（mass fraction）. As carbon addition is greater than 0.03%, the stress-rupture life decreases with the increase of carbon content. The tensile strength and yield strength of DD99 alloy reach peak value at 0.08% carbon and 760 ℃. On the contrary, the tensile strength and yield strength have minimal values at 0.08% carbon and 900℃. The tensile ductility of DD99 alloy basically decreases with the increase of carbon content at 760 ℃ or 900 ℃. The amount of carbides greatly increases with the addition of carbon content. Dislocation moving is retarded by carbides so that dislocation networks are apt to form, which has an important role on the mechanical properties in DD99 single crystal superalloy.