一种镍基单晶合金的组织演化与蠕变行为

通过蠕变曲线测定及组织形貌观察,研究了一种镍基单晶合金的蠕变行为和变形特征.结果表明:单晶合金在试验的温度和应力范围内,对施加应力和温度有明显的敏感性.由所得数据测算出合金的蠕变激活能和应力指数.蠕变初期在施加温度和应力场的作用下,立方γ′相逐渐转变成与施加应力轴方向垂直的N型筏状结构.稳态蠕变期间,合金的变形机制是位错攀移越过筏状γ′相,由于高温蠕变稳态阶段形成的N型γ′相筏状组织厚度较小,位错易于攀移,因而合金具有较大的应变速率.蠕变后期,由于塑性变形,在近断口处筏形γ′相转变成与应力轴方向呈45°角的形貌,合金的变形机制是位错剪切筏状γ′相.     

FGH95镍基合金的组织结构与蠕变行为

通过蠕变曲线测定和组织形貌观察,研究了FGH95合金的蠕变特征与变形机制.结果表明:经高温固溶及"盐浴"冷却后,FGH95合金的组织结构由细小γ'相及粒状碳化物弥散分布于γ基体所组成,由于沿晶界不连续析出的粒状(Ti,Nb)C相可提高合金的晶界强度,并抑制晶界滑移,故使其在650℃、1 034MPa条件下有较小的应变速率和较长的蠕变寿命.合金在蠕变期间的变形机制是位错切割γ或γ'相,其中,当(1/2)<110>位错切入γ相,或<110>超位错切入γ'相后,可分解形成(1/6)<112>肖克莱不全位错或(1/3)<112>超肖克莱不全位错+层错的位错组态;蠕变后期,合金的变形特征是晶内发生单取向和双取向滑移,随蠕变进行位错在晶界处塞积,其引起的应力集中致使裂纹在晶界处萌生及扩展是合金的蠕变断裂机制.     

M963合金高温蠕变过程中显微组织的演化及断裂机理

研究了M963合金在975℃×225MPa条件下蠕变过程中的组织演化及断裂机理.结果表明M963合金的蠕变曲线呈现出明显的3个阶段且稳态蠕变速率较低;蠕变过程中,γ'相粒子逐渐筏形化,由初始阶段分布在γ基体中的立方状孤立相转变为蠕变后期包围γ相的连续相;在枝晶干上有颗粒状M6C碳化物析出;蠕变变形机制从初始阶段的Orowan绕过γ'相粒子变为蠕变后期的位错切过γ'相粒子.     

抗热腐蚀高温合金的蠕变组织及其转变

研究了一种新型铸造高温合金K44在高温拉伸蠕变实验中的组织转变.通过光学及电子显微镜观察了合金的铸态组织及高温蠕变过程中不同阶段的组织特征;重点探讨了合金中γ'相的沉淀筏形化、定向粗化及位错与其交互作用.结果表明,多晶高温合金中γ'相的筏形化方向与内应力有关;位错与γ'相的相互作用使加速蠕变阶段较长.蠕变过程中,碳化物形状由骨架状分散为条片状,共晶胞界处γ'相沉淀析出球状γ相;沿着拉伸应力轴方向,从试样根部到断口,滑移系开动数量增多,γ'相的变形越来越大.     

IN792LC单晶高温合金长期热暴露下的蠕变性能退化

研究了800℃条件下最长时间达到3 000 h的长期热暴露对IN792LC单晶高温合金显微组织演变及蠕变行为的影响。结果表明：长时间热暴露后,γ′相球化生长均匀分散在γ基体内,γ′相的粗化行为符合Lifshitz-Slyozov-Wagner(LSW)模型。热暴露后一些不连续碳化物在γ/γ′共晶组织周围析出,但无拓扑密排相(TCP)生成。对长期热暴露后的合金进行了760℃/662 MPa下蠕变断裂寿命测试,随着热暴露时间延长,由于组织退化,合金蠕变寿命降低,而断裂伸长率不断提高。当热暴露达到3 000 h时,合金蠕变断裂寿命降低81.1%。合金蠕变寿命的减少主要由γ′相粗化、碳化物的退化以及柯肯达尔孔洞增大导致。分析发现在热暴露后共晶相周围MC碳化物分解形成的M₂₃C₆碳化物,空位在碳化物处塌陷聚集成微孔,加速了裂纹的萌生与拓展。此外,由于热暴露后合金蠕变过程中的位错网络被破坏,位错切入γ′相运动,从而进一步降低蠕变断裂寿命。研究结果为IN792LC单晶高温合金近服役温度条件下使用寿命预测提供了参考。     

单晶镍基高温合金的高温蠕变及相关参数

通过测定一种单晶镍基高温合金的高温拉伸蠕变曲线和位错运动的内摩擦应力σ0,建立了综合蠕变方程,计算出不同蠕变阶段的激活能和相关参数.结果表明在蠕变期间,内摩擦应力σ0随外加应力σ的增加而略有提高,但随温度升高而明显下降.在实验温度和应力范围内,在不同蠕变阶段,具有不同的激活能Q,时间指数m和结构常数Bi.因此,合金在不同蠕变阶段具有不同的蠕变机制.蠕变初期,形变机制是位错在基体通道中运动;而大量位错切入筏状γ'相中是蠕变第3阶段的主要特征,在γ'/γ两相界面产生空洞及空洞的聚集和微裂纹扩展是蠕变断裂的直接原因.     

一种单晶高温合金的组织和持久性能

研究了一种第二代单晶高温合金的显微组织和不同条件下的持久性能.研究结果表明合金铸态组织由γ相、γ′相和共晶相组成.完全热处理后,无共晶和初熔,γ′相立方化较好.合金不同条件下持久性能良好.在760 ℃/800 MPa条件下持久断裂为类解理断裂,而合金980 ℃/250 MPa、1 100 ℃/140 MPa的高温持久断裂显示出韧窝断裂特征.持久断裂组织分析表明,在760 ℃/800 MPa条件下,γ′相仍保持立方状.在980 ℃/250 MPa条件下,γ′相发生筏排化.在1 100 ℃/140 MPa条件下,γ′相筏排化更严重.      

一种单晶合金的高温蠕变行为及其变形特征

通过测定一种单晶镍基合金的高温拉伸蠕变曲线及位错运动的内摩擦应力σ0,建立了综合蠕变方程,计算出稳态蠕变期间的表观蠕变激活能及相关参数.结果表明：在蠕变期间,位错运动的内摩擦应力σ0,随外加应力的提高略有提高,随温度的升高而明显降低.蠕变后期,由于缩径使样品不同位置承受不同的有效的应力,导致筏状γ＇相具有不同的粗化特征,在近断口处,载荷的有效应力增大,使筏状γ＇相扭曲且粗化加剧.界面位错网对形变硬化和回复软化具有协调作用,并减缓位错切入γ＇相,因此有利于合金蠕变抗力的提高.     

TA15钛合金的高温蠕变行为

研究TA15钛合金在500~525℃下的高温蠕变行为,实验应力为250~350 MPa。计算合金在不同应力、不同温度下的稳态蠕变速率和应力指数以及蠕变激活能,并通过引入临界应力的概念对稳态蠕变的Arrhenius方程式进行修正,得出不同温度下的临界应力以及合金的真实蠕变应力指数,在此基础上研究其蠕变变形机制。研究结果表明,蠕变应力为350 MPa时,合金的蠕变激活能appQ=403.1 kJ/mol;500℃和600℃下,TA15合金的蠕变临界应力0?值分别为82.15 MPa和34.79 MPa;500℃,TA15合金的真实蠕变应力指数P值为1.7~4.3,600℃时,合金的P值为4.0~6.0;在实验温度和应力范围内,位错的攀移和滑移在TA15合金蠕变变形过程中的作用很大,其中以位错攀移为主,位错滑移为辅。     

Mg-9Gd-3Y-0.3Zr合金的蠕变行为

研究Mg-9Gd-3Y-0.3Zr合金在不同温度(200~300℃)和应力(30~110MPa)条件下的蠕变行为,利用金相显微镜、透射电镜等分析蠕变过程中合金组织的演变。结果表明:温度较低时(200~250℃),蠕变曲线分为瞬时和稳态蠕变两部分,利用Arrhenius公式计算出合金的平均应力指数n=2,由此判断蠕变机制是晶界滑移机制,平均蠕变激活能Q=85.6kJ/mol;当温度为300℃时,合金经过短暂的瞬时蠕变和稳态蠕变阶段后,很快进入断裂阶段。n=4.2,蠕变机制为位错攀移机制,Q=145.5 kJ/mol。在温度较低时,稀土元素所形成的析出相β￠相阻碍位错的运动,从而提高合金的抗蠕变能力;随蠕变温度升高,析出相转变为β相,在晶界处聚集长大,使晶界处易产生应力集中,促使孔洞的形成,导致合金发生蠕变断裂。     

固溶温度对镍基单晶高温合金蠕变性能的影响

通过对一种含2%Ru镍基单晶高温合金高温低应力及中温高应力条件下的蠕变性能测试和组织形貌观察,研究固溶温度对合金蠕变性能的影响。结果表明,铸态合金的成分偏析较严重,组织结构不均匀,在初熔温度以下,逐步提高固溶温度可以较大幅度地提高合金的高温和中温蠕变性能,蠕变时间增幅分别为63.7%、40.3%。测定合金在高温/低应力条件下的蠕变激活能493.4 kJ/mol,应力指数4.1。表明合金在高温低应力条件下的蠕变变形机制是位错在基体通道中滑移和位错攀移越过γ'相。     

退火处理工艺下Ti40合金蠕变组织研究

对Ti40合金进行600℃×4h／AC退火处理,并测试合金在500～600℃温度范同内250MPa应力下的蠕变性能、,实验结果表明,蠕变应力为250MPa的条件下,当蠕变温度不超过520℃时,合金蠕变性能较好,当蠕变温度升高到535℃时,合金蠕变性能急剧恶化,不能满足使用要求。Ti40合金蠕变稳态阶段是位错滑移塞积和攀移释放应力的动态平衡。当蠕变进入第三阶段,出现主位错的分解与合并以及位错之间的交割和缠结。在蠕变过程中,位错的缠结和塞积导致应力集中,最终在晶界处形成蠕变空洞。     

DD15单晶高温合金持久性能各向异性

研究了[001]、[011]和[111]3种不同取向的DD15单晶高温合金的热处理组织、980℃/300 MPa和1 150℃/120 MPa的持久性能、持久断口和断裂组织。结果表明在与定向凝固方向垂直的截面上,3种取向合金具有明显不同的热处理组织形貌,γ′相的形状分别为规则的正方形、矩形和多边形。合金在980℃/300 MPa和1 150℃/120 MPa条件下的持久性能呈现各向异性。合金在2种条件下的持久寿命都按[011]、[001]、[111]取向的顺序增加,伸长率按[111]、[011]、[001]取向的顺序升高。随着试验温度的降低,合金持久各向异性增强。在980℃/300 MPa条件下,[001]和[111]合金持久呈现韧窝断裂特征,而[011]合金持久呈现类解理与韧窝混合断裂特征;在1 150℃/120 MPa条件下,不同取向合金持久都呈现韧窝断裂特征。不同取向合金断裂后的γ′相具有明显不同的形貌或筏排化程度。[001]取向合金的γ′相筏排与应力轴方向垂直,而[011]和[111]取向合金的γ′相筏排与应力轴呈一定夹角,筏排化程度按[011]、[001]和[111]的顺序增加。     

微量C对层片组织TiAl合金高应力蠕变变形的影响

通过研究C微合金化对层片组织Ti Al合金800℃/300 MPa蠕变变形行为、组织分解以及应变硬化的影响,以解释C微合金化对层片组织高应力蠕变变形均匀性的影响。结果表明:在Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr-0.2Zr合金中添加0.1%C(原子分数),显著改善了该合金的抗蠕变性能,其中,合金800℃/300 MPa蠕变变形进入第三阶段的时间增加了2.5倍,相同时间蠕变应变量降低了72%,同时使其最小蠕变速率降低了近一个数量级。添加C显著改善了该合金较高应力条件下抗蠕变性能及蠕变变形均匀性。其原因是C微合金化在合金层片团界和层片界面引入碳化物析出相,层片组织抵抗剪切变形的作用,从而延缓了蠕变变形过程中再结晶和层片组织分解的发生;同时,初始组织中的碳化物改善了合金的应变硬化能力,蠕变过程中在中断的γ层片台阶处析出的碳化物起到动态硬化效果,也是添加C改善Ti Al合金层片组织较高应力蠕变变形均匀性的原因。     

Nb-Cr-Mo合金蠕变行为研究

通过Gleeble3500型热模拟机上的恒温恒应力压缩试验,研究了成分为Nb-22.5Cr-2.5Mo(%,原子分数)的Nb-Cr-Mo合金的高温蠕变行为。结果表明:Nb-Cr-Mo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, Nb-Cr-Mo合金的稳态蠕变速率为5.3×10~(-5) s~(-1)。随着变形温度的升高, Nb基体中位错运动阻力减小,在温度和外力的作用下,有形成亚晶的趋势;随着变形温度的升高, Nb/NbCr_2两相颗粒间由于热膨胀系数不匹配和弹性模量之间的差异所导致的界面压应力进一步加大,从而促使Laves相颗粒中更多原子的相对运动,使得同步剪切机制更加明显,组织中的层错/孪晶结构密度明显增加,合金的蠕变抗力明显降低。蠕变变形过程中, Nb基体中位错的滑移、攀移,多边形化和Laves相NbCr_2中的同步剪切是Nb-Cr-Mo合金蠕变变形的主要方式。相对于未合金化的Nb-22.5 Cr合金,由于Mo对Nb基体的固溶强化,在基体中产生了柯氏气团钉扎位错,提高了合金的抗蠕变能力。     

温度和应力对Ti-47.5Al-6(Cr,Nb,W,Si,B)%合金蠕变性能的影响

研究了Ti-47.5Al-6(Cr,Nb,W,Si,B)%合金在不同试验温度和试验应力下的蠕变性能,并分析了不同试验条件下的蠕变机制.试验结果表明,该合金在760℃,100～150MPa具有良好的蠕变性能,在200MPa,700～800℃温度范围内蠕变激活能为U≈299kJ·mol-1,蠕变机制受原子扩散过程控制.在760℃和100～200MPa应力范围内,蠕变应力指数n从2.1变到4.2,故蠕变变形由高密度界面滑移控制变为位错攀移控制的回复蠕变.     

铸造镍基高温合金K35的高温力学和高温氧化行为

研究了某燃气轮机动力涡轮叶片材料K35合金的高温拉伸、蠕变和持久以及氧化动力学行为.结果表明,在室温至950℃的温度范围内,K35合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率等瞬时拉伸性能与IN738合金相当,但K35合金的成本远低于后者.K35合金的高温蠕变曲线表现为较短的减速阶段和加速阶段以及非常长的稳态阶段.在900℃、150～200MPa条件下的表观应力指数值是13,说明K35合金具有较高的蠕变抗力.TEM观察表明,K35合金的蠕变变形机制受控于位错通过球形γ'相的Orowan绕越过程.SEM观察表明K35合金的蠕变断裂是一个沿晶破坏过程,蠕变断裂特性服从Monkman-Grant规律.在同一温度下,K35合金的高温比强度与IN738合金相当.K35合金800℃的高温氧化动力学曲线服从抛物线规律,属于完全抗氧化级.K35合金的表面氧化膜以Cr2O3为主,也含有少量的NiCr2O4尖晶石和TiO/TiO2相.K35合金在高温氧化期间发生沿晶界或枝晶间的内氧化行为.氧化层分为3部分,分别是疏松的氧化外层,致密的氧化内层和内氧化层.     

NiAl-28Cr-5.5Mo-0.5Hf-0.012P合金的蠕变性能研究

研究了热等静压态NiAl-28Cr-5．5Mo-0.5Hf-0．012P合金的高温蠕变行为。结果表明：实验合金具有较短的减速蠕变阶段和相当长的稳态蠕变阶段以及很高的蠕变应变；在研究的实验条件范围内，合金的蠕变变形机制为低温高应力下的位错粘滞滑移控制和高温低应力下的位错攀移控制；蠕变后合金的显微组织变化不大，表明蠕变断裂受孔洞及裂纹的形成和扩展所控制，而且蠕变断裂行为符合修正后的Monkman-Grant规律：Intf＋0.775lnε=1.104。     

镍基高温合金HIP扩散连接的组织和性能

 采用热等静压扩散连接工艺,获得了DD402单晶合金与FGH95合金的扩散偶。研究了热等静压温度对扩散偶的持久性能、组织结构的影响。结果表明,不同温度热等静压的扩散偶均实现了冶金结合;结合界面区形成了一个组织过渡区,DD402单晶合金中的γ′ 相粒子在HIP过程中发生了筏形化;热处理后结合界面区的γ′ 相形貌和尺寸未发生明显变化。1166℃热等静压扩散偶的650℃持久性能偏低,断口在DD402单晶合金侧,断裂面从结合界面区的大尺寸γ′ 相起始,沿{111}滑移面向筏形γ′ 相区扩展。     

固溶温度对粉末镍基高温合金组织与蠕变行为的影响

通过蠕变性能测试和组织形貌观察,研究固溶温度对FGH95镍基合金组织结构与蠕变行为的影响.结果表明:经热等静压后,合金的组织结构主要由不同尺寸γ′相和γ基体组成;经1150℃固溶和油冷处理后,粗大γ′相在原始颗粒边界不连续分布,且粗大γ′相周边存在γ′相贫化区;随固溶温度提高到1160℃,合金中粗大γ′相数量和尺寸明显...