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。     

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。     

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．     

镁微合金化变形高温合金的蠕变行为

变形高温合金中加入适量Mg除能延长蠕变第二阶段,特别是第三阶段的时间外,还能降低低应变速率区的稳态蠕变速率,但在较高的应变速率时,影响不太明显。这种作用是晶内分布的Mg引起的。     

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。     

铸造镍基高温合金的蠕变阻力

在对颗粒强化理论和位错蠕变理论进行回顾、评价基础上，发展了一个位错蠕变阻力模型，认为蠕变阻力是影响铸造镍基高温合金蠕变机制的重要因素。当施加应力足以使位错切入γ′相时，主要蠕变机制是位错切割γ′相过程，蠕变阻力就是位错切入γ′相的临界门槛应力。在低施加应力区，位错只能借助于热激活攀移过程通过γ′相。蠕变阻力包括两部分：第一项是位错攀移临界门槛应力，与施加应力无关；第二项是与施加应力有关的阻力项，代表了其他强化机制的贡献。位错攀移机制蠕变阻力的上限是切割机制门槛应力。在3种铸造镍基高温合金中（定向凝固DZ17G合金，IN100合金和IN738合金），对上述模型进行了验证，理论计算应用了SL强化理论，与实测值符合较好。     

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...     

锆合金变形机制研究评述

锆合金属于密排六方结构金属,晶体对称性较差,优先滑移系数目较少,变形机制较为复杂。本研究对密排六方金属优先滑移系的选择理论进行全面的综述和分析,并对文献中报道锆合金在不同变形条件下可能开启的滑移机制和孪晶模型进行系统的回顾和评述。     

GH690合金拉伸变形行为的温度敏感性

通过拉伸试验研究了GH690合金从298～623K的变形行为,用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜观察了变形组织。结果表明,合金在298K拉伸时能够通过孪生协调变形,生成的形变孪晶阻碍了位错的滑移,从而使合金获得了较高的加工硬化速率,导致合金的强度和塑性较高。随着形变温度的升高,合金通过孪生协调变形的能力降低,变形机制由孪生转变为滑移,滑移产生的加工硬化效应小于孪生,因此合金的强度和塑性随之降低。     

中温轧制对新型镍基高温合金微观组织和高温力学性能的影响

本文采用EBSD、SEM、TEM和准静态高温拉伸试验研究了中温轧制变形量对新型镍基高温合金微观组织和高温(760 ℃)力学性能的影响。结果表明,中温轧制变形量对合金高温力学性能影响显著,相比于标准热处理(固溶处理+双级时效)合金试样的高温力学性能(σ_y=860 MPa,σ_uts=973 MPa和ε_f=3.5%),当中温轧制变形量为10%时,合金的σ_y提高了230 MPa,σ_uts提高了166 MPa,ε_f变化不明显,为4.1%;而当中温轧制变形量为80%时,合金的σ_y提高了190 MPa,σ_uts提高了165 MPa,ε_f大幅度增加,为22.5%,实现了合金高温强塑性匹配。760 ℃时合金强度和延伸率的提升是由于变形机制发生改变,随着变形量的增加,合金的主要变形机制由层错剪切向微孪生转变,微孪晶的形成既保证了合金的高温强度,又有利于延伸率的提高。     

一种新型镍基变形高温合金“孪晶+γ′相”组织调控及高温力学性能研究

本研究采用形变热处理的方法在新型镍基变形高温合金中构筑了“孪晶+γ’相”复合结构,并结合EBSD和SEM表征技术探讨了孪晶与γ’相的演变规律。同时,研究了合金在760℃下的高温力学性能。结果表明,“孪晶+γ’相”复合结构可以有效改善合金的高温力学性能,且随着退火孪晶长度分数的增加,孪晶片层厚度增加,材料的高温强度呈降低的趋势;当轧制态合金（ε=68%）在1120℃退火15 min并进行双级时效处理（650℃/24 h/AC和760℃/16 h/AC）后,“孪晶+γ’相”复合结构中退火孪晶的长度分数为25.38%,γ’相的平均尺寸为32.21nm,此时,合金的屈服强度从固溶态的775 MPa提高到了1184 MPa,断后伸长率从3.18%提高到了18.96%。通过构筑“孪晶+γ’相”复合结构可以有效提高高温合金的高温力学性能,这为高温力学性能的提升提供了一种新策略。     

一种新型喷射成形高温合金热变形机制

采用喷射成形技术制备一种新型镍基高温合金,并对其进行热等静压处理。在Gleeble-3500热力模拟试验机上进行热压缩试验,利用光学显微镜、扫描电镜（SEM）以及透射电镜（TEM）等方法对其变形机制进行研究。结果表明,高应变速率（10 s-1）下变形,摩擦产生的热量使试样的实际变形温度高于名义变形温度,促进了动态再结晶组织的形成;高应变速率下形成的孪晶可进一步激发滑移变形,而亚晶内形成的大量位错对变形起到协调作用,保证了变形顺利进行;建立了再结晶晶粒尺寸模型,表明随应变速率的增加,晶粒尺寸减小,合金变形能力增加,这与实验结果相一致。     

电场处理对一种镍基变形高温合金晶间腐蚀性能的影响

对一种航空发动机隔热屏用镍基变形高温合金进行电场处理,研究了电场对合金组织及晶间腐蚀性能的影响.结果表明,经电场处理后合金耐晶间腐蚀能力得到提高,随电场处理时间的延长腐蚀速率减小.在820℃、4 kV/cm条件下.电场处理10h后合金晶间腐蚀速率为65.26 mm·a-1,与未经电场处理状态相比,降低幅度达25.25%.电场处理过程中合金晶内退火孪晶的产生、长大,使原始大角度晶界与退火孪晶相交处原子重新排列,随电场处理时间的延长,大量的原始大角度晶界被取代,呈连续分布的合金元素贫化网络被隔断,导致腐蚀沟前进受到阻碍,从而改善合金晶界的腐蚀行为,提高合金耐晶间腐蚀能力.     

TWIP钢不同温度变形的力学性能变化规律及机理研究

通过控温拉伸实验分析了在298,373,473和673 K温度下变形时,TWIP钢(Fe-25Mn-3Si-3Al)力学性能和显微组织的变化规律.结果表明,TWIP钢的强度和延伸率均随温度的升高而降低.通过热力学公式对不同温度下TWIP钢层错能Γ的估算可以推断,温度T≥673 K时,Γ≥76 mJ/m2,滑移为TWIP钢主要的变形机制;298 K≤T≤373 K时,21 mJ/m2≤Γ≤34 mJ/m2,孪生为TWIP钢主要的变形方式,此时产生"TWIP"效应,可获得较高的加工硬化速率,从而获得高强度及高塑性.     

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.     

镍基单晶合金高温蠕变变形与损伤行为

通过蠕变性能测试和组织观察,研究了镍基单晶合金在高温蠕变期间的变形和损伤行为.结果 表明,该合金在1040℃/137 MPa条件下的蠕变寿命为556 h,表现出优异的蠕变抗力.合金在稳态期间的蠕变特性是位错在γ基体中滑移和攀移越过筏状γ'相.在蠕变后期,合金的变形特征是位错剪切进入筏状γ'相,剪切γ'相的位错可以交滑移...     

铸态高Nb-TiAl合金高温蠕变变形及断裂机制

通过XRD、OM、SEM和TEM分析铸态合金组织,并进行800～850℃、250～325 MPa范围内的高温蠕变性能测试,以探究铸态Ti-46Al-6Nb-2.5V-0.2B₄C合金的显微组织及高温蠕变变形与断裂行为。结果表明：该铸态合金为全层片组织,多种形态的TiB于片层团内部及晶界处弥散析出,而C原子则固溶于基体中。根据蠕变性能数据计算,Ti-46Al-6Nb-2.5V-0.2B₄C合金在测试范围内的应力指数n和蠕变激活能Q_C分别为5.71和313.316 kJ/mol。该合金的蠕变变形主要由位错攀移与孪生变形控制,并且蠕变诱导产生动态回复与动态再结晶,发挥软化作用。同时,蠕变过程中Ti₂AlC会在TiB与基体的界面处动态析出,并与TiB保持[1■]_TiB//[1■10]_Ti2AlC和(110)_TiB//(10■0)_{Ti2Al C}位向关系。此外,该合金的蠕变断裂机制主要为孔洞的萌生和聚合以及裂纹的扩展。     

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.     

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。