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。     

新型高性能镍基粉末高温合金拉伸变形行为和机制研究

采用SEM和TEM研究了室温(23℃)和中温(650、750、815℃)下第3代镍基粉末高温合金(FGH98)拉伸变形显微组织、行为和机制。结果表明:含有多模尺寸分布γ′相的合金具有优良的拉伸性能,室温拉伸主要变形机制为位错剪切γ′相形成层错,并在γ′相周围形成位错环,阻碍后续位错运动。中温拉伸变形机制为位错剪切γ′相形成层错和形变孪晶,随着变形温度的升高,形变孪晶增多。给出了a/3112不全位错剪切γ′相形成层错和形变孪晶共存的模型,随着应变量的增加,在连续相邻的{111}滑移面上层错堆积变多,促进连续孪晶的形成,协调了γ和γ′相两相之间的变形,有助于释放两相之间的变形应力和提高合金强韧性。     

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。     

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.     

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。     

BSTMUF601合金的高温蠕变变形机制

对BSTMUF601合金在不同温度和应力条件下进行了拉伸蠕变实验,获得了该合金的高温蠕变的变形规律,基于此提出了一种新的修正q映射法蠕变本构模型,该模型考虑了蠕变3阶段的蠕变特点.模型预测结果与实验结果吻合较好,平均相对误差为1.86%,相对于没有考虑第2阶段的θ映射法模型和没有考虑第1阶段的修正q映射法模型相对误差分别减少0.10%和6.02%,表明该模型具有较强的适用性,且不降低预测精度.对蠕变和蠕变断裂试样的位错组态和空洞演化进行了显微分析,结果表明,稳态蠕变阶段蠕变应力指数都接近5,合金主要通过位错攀移越过γ′相的方式变形,并未观察到层错和微孪晶存在于γ′相或基体中,蠕变变形机制主要是位错攀移.空洞在晶界上形核,长大连接形成裂纹,在应力集中作用下,裂纹沿晶界扩展,最终导致断裂,蠕变断裂机制主要是晶界断裂.     

FGH95镍基合金的蠕变行为研究

研究了FGH95镍基合金在650℃、1 040 MPa条件下的蠕变行为。结果表明,在蠕变初期,基体中的位错开始形成并呈现出六边形特征,随着蠕变的进行,位错交织在一起。当蠕变进行到100 h后,位错出现在γ和γ′相之间交界处,增强了合金的抗蠕变能力。当蠕变进行到280 h之后,在γ和γ′相交界处的位错呈现出四边形特征,导致该处应力集中,γ′相位错遭到破坏,这时基体中的蠕变位错就会运动到γ′′相之中并形成不全位错和层错的位错组态。     

淬火工艺对FGH95合金组织结构与蠕变性能的影响

通过蠕变曲线测定及组织形貌观察,研究固溶及淬火工艺对FGH95镍基合金蠕变行为及变形特征的影响。结果表明:固溶后经油浴冷却的合金的组织结构由不均匀的颗粒及γ′相组成,粗大γ′相在边界区域呈不连续分布,边界区域为γ′相贫化区;经盐浴热处理后合金中无粗大γ′相,晶粒略微长大,晶内细小的γ′相弥散分布,粒状(Ni,Ti)C相沿晶界不连续析出;在650℃和1034MPa条件下,经盐浴热处理后合金的蠕变寿命较长,测定出该合金的蠕变激活能为542.07kJ/mol;固溶后经油浴冷却的合金在蠕变期间的变形机制是位错发生双取向滑移,而固溶后经盐浴冷却合金在蠕变期间可形成位错缠结和层错等位错组态,晶界及晶界处不连续析出的粒状碳化物可有效阻碍位错滑移,这是合金具有较高蠕变抗力和较长蠕变寿命的主要原因。     

Inconel718合金的蠕变孪晶机制

通过TEM研究了固溶态及直接时效态Inconel718合金的蠕变变形组织。结果表明：固溶态Inconel718合金，在550℃／220MPa条件下达到1％变形量时，蠕变组织的特征为位错交滑移；而直接时效态Inconel718合金，在680℃／650MPa条件下达到1％变形量时，蠕变组织中既有位错滑移后形成的变形带，又存在位错攀移，并且存在少量的孪晶变形。讨论了Inconel718合金中发生蠕变孪晶的机制，着重从γ＂强化相的晶体学特征来解释该现象。研究结果认为：具有特殊结构的γ＂强化相是影响合金蠕变变形机制的根源。     

不同服役条件下FGH96合金的蠕变特征

采用SEM、EBSD和TEM等手段研究了FGH96合金在650～750℃、690～810 MPa条件下的蠕变特征,揭示FGH96合金在不同服役条件下的蠕变机理。结果表明,当蠕变温度为704℃时,FGH96合金的蠕变性能随着应力水平的提高而降低;当加载应力为690 MPa时,FGH96合金的蠕变性能随着温度提高而显著降低,且FGH96合金的稳态蠕变速率对服役温度更为敏感,服役温度每提高30℃,将会导致蠕变速率提高一个数量级。当温度处于650～750℃范围、应力处于690～810 MPa范围时,FGH96合金的蠕变变形均以位错滑移为主,且位错在滑移过程中,会在(111ˉ)原子面上形成大量的微孪晶。在不同服役条件下,FGH96合金的蠕变断裂均呈现典型的沿晶断裂特征。     

TiAl-Nb合金在近750℃温度区间的蠕变行为

通过蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了铸态TiAl-Nb合金在近750℃施加不同应力条件下的蠕变损伤行为。结果表明,合金的组织由不同取向的层片状γ/α_2两相组成,不同取向层片状组织的晶界为单一γ相。铸态合金在(750℃,300 MPa)蠕变期间的变形机制是位错和孪晶,且位错在层片状γ/α_2两相及孪晶中滑移。随蠕变进行,激活的位错数量增加,当蠕变位错与位错网相遇,可改变位错的运动方向,促进发生位错攀移,减缓应力集中。在蠕变后期,大量位错在近相界区域塞积,引起应力集中,可致使裂纹沿垂直于应力轴的层片状γ/α_2两相界面萌生与扩展,当不同横断面的裂纹通过撕裂棱相互连接,直至发生断裂,是合金在近750℃蠕变期间的损伤与断裂机制。     

6%Re/5%Ru单晶镍基合金的超高温蠕变行为和影响因素EI北大核心CSCD

通过对6%Re/5%Ru单晶镍基合金(质量分数)进行蠕变性能测试和组织观察,研究了合金的超高温蠕变行为和影响因素。结果表明:测定出合金在(1160℃,120 MPa)的蠕变寿命为206 h。中期稳态阶段,位错在基体中滑移和攀移越过γ′相是合金的变形特征,γ基体中溶解的难熔元素可增加位错在基体中运动的阻力。超高温蠕变期间,随温度提高γ′相发生溶解,可减小筏状γ′相的尺寸,提高位错攀移越过γ′相的速率,特别是当温度大于1170℃时,合金的施加温度敏感性使筏状γ′相的尺寸减小,应变速率提高,这是合金蠕变寿命大幅度降低的主要原因。蠕变后期,基体位错可在位错网破损处切入γ′相,其中,切入γ′相的位错可由{111}面交滑移至{100}面形成K−W锁,抑制位错的滑移和交滑移,可改善合金的蠕变抗力。而在颈缩区域较大的有效应力可开动位错的双取向滑移,致使筏状γ′相扭折,并在扭折区域发生裂纹的萌生和扩展,直至断裂,这是合金在超高温蠕变期间的变形和损伤机制。     

时效处理对20%冷变形15Cr-15Ni含Ti奥氏体不锈钢组织和高温力学性能的影响

针对钠冷快堆包壳管用15Cr-15Ni含Ti的奥氏体不锈钢,研究了550-750℃时效处理336h对20%冷变形合金组织和650℃拉伸性能的影响。结果表明：在550℃时效336h后,合金发生回复,组织中位错移动产生大量退火孪晶。当在650℃和750℃时效时,合金进一步回复,孪晶数量明显减少,且在组织中发现有Sigma相析出。随时效温度的升高,sigma相数量和尺寸增加。与20%冷变形合金650℃拉伸性能相比,550℃时效态样品拉伸时,合金屈服和抗拉强度略有增加;随着时效温度的升高,合金屈服和抗拉强度显著降低。与拉伸强度相比,时效态合金的延伸率变化趋势与之相反,时效温度升高,合金的延伸率提高。     

镍基单晶高温合金中温稳态蠕变期间的变形机制

通过蠕变性能测试、组织形貌观察及位错组态的衍射衬度分析,研究了镍基单晶高温合金在中温/高应力稳态蠕变期间的变形机制.结果表明,在760℃,760 MPa和800℃,650 MPa蠕变期间,剪切g′相的位错可发生分解,分解后领先的a/3112超点阵Shockley不全位错切入g′相,拖曳的a/6112Shockley不全位错滞留在g′/g相界面,2个不全位错之间形成超点阵内禀堆垛层错(SISF);此外,剪切进入g′相的超点阵位错可由{111}面交滑移至{100}面,形成具有非平面位错芯结构的K-W锁,可抑制位错的滑移和交滑移,提高合金的蠕变抗力.在850℃,500 MPa蠕变期间,合金中的层错消失,部分剪切进入筏状g′相的a110超点阵位错可分解形成"2个a/2110不全位错加反相畴界(APB)"的组态,而合金中K-W锁的消失是由高温热激活致使立方体滑移的位错重新交滑移至八面体所致.     

温度对高W含量K416B镍基合金拉伸行为的影响

在不同温度对高W含量K416B镍基合金进行拉伸性能测试及组织形貌观察,研究了温度对合金拉伸行为的影响规律.结果表明,在20~800℃,合金的屈服强度与抗拉强度随着温度的升高而增加,高于800℃后,合金的拉伸性能逐渐降低.合金室温拉伸变形特征为位错剪切γ′相或以Orowan机制越过γ′相,且切入γ′相位错可分解形成层错.随着温度升高,合金基体内的位错密度逐渐增加,其中,800℃拉伸时,合金基体内形成高密度位错缠结,可起形变强化作用,是合金具有较高拉伸强度的主要原因.随着温度进一步升高,切入γ′相的位错数量增加,致使合金强度逐渐降低.在中低温条件下,裂纹主要沿大尺寸M6C碳化物处萌生与扩展,致使合金发生脆性断裂.而高温拉伸期间,合金主要以微孔聚集方式沿γ+γ′共晶界面发生连接开裂,是合金发生韧性断裂的主要原因.     

热挤压态FGH96粉末冶金高温合金的显微组织与力学性能

以热挤压态镍基粉末冶金高温合金FGH96为研究对象,研究该合金横向(垂直于挤压方向)和纵向(沿挤压方向)试样的显微组织及力学性能,分析断裂机制和变形后的显微组织。结果表明:FGH96合金横向及纵向试样均为无明显织构的等轴晶组织,且平均晶粒尺寸及γ'相体积分数基本一致。在应变速率1×10~(-4)s~(-1)时,横向和纵向拉伸试样抗拉强度在25~650℃温度区间内随温度升高缓慢降低,当温度高于650℃时,抗拉温度下降速率显著增加;且横向试样的抗拉强度低于相同实验条件下纵向试样的抗拉强度,差值为150~200 MPa;失效机制为从室温条件下的穿晶断裂转变为混合断裂模式,横向试样的转变温度为400℃左右,纵向试样的转变温度约为650℃;横向试样变形后,显微组织有高密度的位错缠结及层错;纵向试样拉伸断裂后,显微组织则主要为孪晶及位错与γ'相的交互作用。     

固溶温度对FGH95合金组织和持久性能的影响

通过对不同工艺处理FGH95合金进行组织形貌观察及持久性能测试,研究了固溶温度对合金组织与持久性能的影响.结果表明:经热等静压后,合金的组织结构由不同尺寸的γ'相和γ基体所组成;经1140℃较低温度固溶及时效处理后,在颗粒边界区域仍存在较多粗大γ'相和γ'相贫化区,随固溶温度提高,粗大γ'相及γ'相贫化区数量减少.当固溶温度提高到1160℃,合金中粗大γ'相完全溶解,γ'相贫化区消失,且高体积分数细小γ'相在晶内弥散分布,并有粒状MC型碳化合物在晶内及沿晶界不连续析出,可改善晶界的结合强度,使合金在650℃、1034 MPa条件下具有较高的持久强度.在蠕变期间合金的变形机制是位错以Orowan机制饶过γ'相和位错切割γ'相,其中,<110>位错切人γ或γ'相时,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TiAl基合金中等轴和层片状γ变形组织比较研究

利用透射电子显微镜对一种由等轴状γ和（扩砚）区域组成的双态组织Ti-47Al-2Nb-2at％Mn＋0．8v01％TiB2合金经650℃～750℃，250MPa～350MPa蠕变变形后的变形结构进行了分析。结果表明，2种类型γ相中都能观察到1／2〈110】普通位错和1／6〈112】或者1／6〈121】变形孪晶。然而，在层片状γ中还可以同时观察到〈101】超位错及层错。这种变形机制差别可能与层片状γ相中较低的Al和较高的Nb含量有关。     

Creep Properties and Solute Atomic Segregation of High-W and High-Ta Type Powder Metallurgy SuperalloyEI北大核心CSCD

研究了最新开发的高W高Ta型粉末高温合金GNPM01优异的蠕变性能和蠕变强化机理。利用球差校正扫描透射电子显微镜(AC-STEM)，详细分析了粉末高温合金GNPM01蠕变变形机制和溶质原子在超点阵层错和微孪晶上的偏聚行为，阐明了溶质原子Cr、Co、Mo的偏聚是导致无序微孪晶在晶内扩展的根本原因。GNPM01合金在815℃蠕变过程中，γ’相内孤立的超点阵外禀层错(SESF)处出现了W、Ta、Nb、Co和Ti的Suzuki偏聚，并且偏聚原子具有有序的占位，造成SESF处发生局部微区相变(LPT)，形成的[(Ni, Co)₃(Ti, Nb, Ta, W)]有序相η相能有效阻碍微孪晶的形成和扩展，从而降低合金的蠕变速率。     

60NiTi合金的热压缩变形与显微组织演变（英文）

采用Gleeble-3500热模拟试验机对在变形温度500～650℃和应变速率0.001～1 s^-1条件下的60NiTi合金进行热压缩变形,分析其热变形行为和显微组织,建立变形本构模型,绘制热加工图。结果表明,当压缩温度升高或应变速率降低时,峰值应力减小。合金的热变形激活能为327.89 k J/mol,热加工工艺参数为变形温度600～650℃和应变速率0.005～0.05 s^-1。当变形温度升高时,合金的再结晶程度增大;当应变速率增大时,位错密度和孪晶数量增大,Ni₃Ti相易于聚集;Ni₃Ti析出相有利于诱发合金基体的动态再结晶。动态回复、动态再结晶和孪生是60NiTi合金热变形的主要机制。