热等静压对第三代单晶高温合金DD33显微组织和持久性能的影响

对第三代DD33单晶高温合金进行标准热处理、热等静压以及不同制度的后续固溶和时效处理,并在850℃/650 MPa和1100℃/170 MPa条件下进行高温持久性能实验,使用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线三维成像技术(XCT)等手段观察和表征不同状态的样品,研究了热等静压和热处理对这种合金显微组织和持久性能的影响。结果表明：铸态DD33单晶高温合金经过适当的热等静压和后续热处理工艺后,样品的组织形貌(γ′相尺寸、体积分数与立方化程度)与标准热处理态基本相同。与标准热处理态合金相比,热等静压处理后合金显微孔洞的体积分数和尺寸均显著降低,其体积分数从0.0190%降低到0.0005%,最大孔等效直径从36.9 μm减小到14.2 μm。在850℃/650 MPa和1100℃/170 MPa条件下热等静压后的样品持久寿命均显著延长。这表明,适当的热等静压和热处理能消除合金内部的显微孔洞缺陷,使其持久性能显著提高。     

镍基单晶高温合金DD403显微偏析

采用选晶法在改进型Bridgman定向凝固炉中制备镍基单晶高温合金DD403,利用电子探针(EPMA)技术研究了DD403合金在枝晶生长条件下的显微偏析。结果表明,随着抽拉速率增加DD403的偏析程度逐渐加剧。偏析于枝晶间元素Al、Ti和枝晶干元素Co、W的偏析程度随着抽拉速率的增加而增大,而合金元素Mo和Cr的偏析比接近于1,基本不存在偏析,且偏析比随抽拉速率增加没有明显变化。研究结果同时表明,随着抽拉速率增加DD403的共晶含量逐渐增加。     

镍基单晶高温合金DD100的显微组织和断裂分析

对ＤＤ１００单晶合金进行了显微组织分析，结果表明，ＤＤ１００单晶显微组织内存在弥散分布的岛状组织、边缘具有白色亮带的ｒ／ｒ’共晶和显微疏松孔洞；共晶边缘、岛状组织和显微疏松孔洞既是裂纹萌生比较有利的位置，也是裂纹易珩扩展的通道。     

第二取向对镍基单晶高温合金DD33热疲劳性能的影响

选用不同第二取向的第三代镍基单晶高温合金DD33板式试样进行热疲劳实验,研究了第二取向对单晶高温合金热疲劳性能的影响和不同第二取向样品的热疲劳裂纹扩展动力学。结果表明:第二取向严重影响合金的热疲劳性能。两种第二取向样品,其热疲劳裂纹萌生位置和扩展方向明显不同。在第二取向[100]的样品中,热疲劳裂纹在与定向凝固方向呈45°的孔壁处萌生并沿与定向凝固方向呈45°方向扩展;而在第二取向为[110]的样品中,热疲劳裂纹优先在与定向凝固方向垂直的孔壁处萌生并沿定向凝固方向扩展且裂纹萌生及扩展速度都明显快于第二取向[100]的样品。     

第三代单晶高温合金DD33固溶处理中组织的演变

通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)等手段研究了第三代单晶高温合金DD33在固溶处理过程中组织的演变。结果表明:在第三代单晶高温合金DD33中,枝晶间g'相在1310℃保温时明显长大,而在1320℃/2 h固溶后完全溶解;(g+g')共晶在高于1320℃时显著溶解;MC碳化物在固溶处理过程中发生溶解,由草书体状向颗粒状转变,促进枝晶间g'相的长大;随着固溶温度的提高共晶g'相中Al、Ta、Cr、Co等元素的偏析加剧,这一现象可能是上坡扩散引起的。     

复杂镍基单晶铸件显微孔洞的形成机理EI北大核心CSCD

采用高分辨透射X射线三维成像技术研究高速凝固法(high rate solidification,HRS)制备的3种成分复杂单晶铸件叶身和缘板部位的铸态显微孔洞分布情况。结果表明:凝固温度范围和枝晶排列曲折程度对孔洞的影响很大。铸件叶身部位,不同成分单晶的枝晶排列方式相同。其中,一代单晶的凝固温度范围最大,其孔洞体积分数也最大。二代单晶和三代单晶的凝固范围差异不大,孔洞体积分数主要受共晶体积分数的影响。随着单晶代次的增加,合金中难熔元素的含量将会增加,继而引起叶身部位共晶体积分数的增加。因此,合金最后凝固阶段枝晶间的空隙尺寸增加,液相压降降低,导致形成孔洞的体积分数减小。相比于叶身部位,缘板部位的孔洞主要由枝晶曲折程度决定。一代单晶缘板部位的枝晶曲折程度变化不明显,其孔洞体积分数与叶身部位的孔洞体积分数差异不大。二代单晶和三代单晶缘板部位的枝晶曲折程度逐渐增加,其孔洞体积分数增加。     

DD8单晶镍基高温合金热处理制度研究

研究了热处理工艺对ＤＤ８单晶高温合金组织及性能的影响，结果表明，经过１１００℃／８ｈＡ．Ｃ．＋１２４０℃／４ｈＡ．Ｃ．＋１０９０℃／２ｈＡ．Ｃ．＋８５０℃／２４ｈＡ．Ｃ的４级处理明显改善了ＤＤ８单晶合金元素的枝晶偏析，合金中γ相获最佳含量并形成适当尺寸配合，合金获得理想的综合性能。     

镍基单晶高温合金固溶处理制度的研究进展

单晶涡轮叶片是航空发动机的关键热端部件,需要在高温和高腐蚀的环境下长时服役,这就需要单晶涡轮叶片具有优异的高温力学性能、较高的抗氧化和抗腐蚀性能,而镍基单晶高温合金作为航空发动机涡轮叶片的首选材料,近几十年来一直受到研究者的关注。为进一步提高先进镍基高温合金的承温能力,需不断提高先进镍基单晶高温合金中难熔元素(例如Re和W)的含量。同时,铸态镍基单晶高温合金中存在成分不均匀(严重的显微偏析)和组织不均匀(大量的枝晶间析出物)的缺陷,这种成分和组织的不均匀性如果不能被高温固溶处理消除,则将显著恶化单晶高温合金的力学性能与长时服役性能。因此,有必要探索适用于先进镍基单晶高温合金的固溶处理工艺。固溶处理工艺的发展可以分为两个阶段。第一阶段:第一代单晶高温合金,由于合金中不含Re元素,合金只需要在γ'回溶温度和初熔温度之间保温较短的时间即可实现合金组织和成分的均匀化。第二阶段:从第二代单晶高温合金开始,合金中难熔元素(尤其是Re元素)的含量不断增加,合金的成分均匀化难度显著增大,即固溶温度显著升高、固溶时间显著延长。因此,先进镍基单晶高温合金固溶处理工艺的研究重点从关注合金中各相的溶解温度和合金的初熔温度转变为合金中各元素的均匀化程度。大量的研究结果表明,低温段固溶的目的是通过固态相变的方式消除枝晶间析出物,而高温段固溶的目的是通过固相扩散的方式消除或降低合金元素的显微偏析。随着单晶高温合金的发展,先进单晶高温合金中难熔元素(例如Re和W)的含量显著提高,一方面,难熔合金元素在Ni中具有较低的互扩散系数;另一方面,难熔元素在铸态单晶高温合金中的显微偏析程度较高。因此对于先进镍基单晶高温合金,实现元素均匀化和制定合理的固溶处理工艺的难度显著提高。同时,单晶高温合金的相变温度也受到固溶处理工艺的影响。本文归纳总结了单晶高温合金固溶处理制度的研究进展,详细介绍了第二代和第三代镍基单晶高温合金的固溶处理制度,阐述了固溶处理对显微组织和成分分布的影响规律,对比了单晶高温合金传统的台阶式升温固溶处理工艺和新型的连续升温固溶处理工艺,并对重熔固溶处理工艺进行了介绍。     

镍基单晶高温合金Larson-Miller曲线的预测

提出了一种预测镍基单晶高温合金Ｌａｒｓｏｎ－Ｍｉｌｌｅｒ曲线的新方法,应用于现有镍基单晶高温合金的Ｌａｒｓｏｎ－Ｍｉｌｌｅｒ曲线的预测。对预测的结果与试验结果进行了比较,证明该方法能够准确地预测镍基单晶高温合金的Ｌａｒｓｏｎ－Ｍｉｌｌｅｒ曲线。     

低成本的第二代单晶高温合金DD398

介绍了低成本的第二代单晶合金ＤＤ３９８,该合金综合性能优良,其１００ｈ持久强度的承温能力比第一代单晶合金ＤＤ３提高３０℃,而拉伸性能、持久性能、抗氧化和抗热腐蚀性能达到了国外广泛应用的第二代单晶合金的性能水平。ＤＤ３９８合金组织稳定,单晶工艺性能良好,且具有低成本的优势。     

喷丸对DD6单晶高温合金拉伸性能的影响

采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线(X-ray)和透射电子显微镜(TEM)等手段研究铸钢丸喷丸对第二代单晶高温合金DD6在500,600,650℃拉伸性能的影响。结果表明:500,600,650℃时,喷丸对DD6合金抗拉强度影响不大,略微提高屈服强度,显著降低伸长率和断面收缩率。喷丸DD6合金在流变应力上升到最高点后断裂,试样拉伸断裂后的横截面为圆形;未喷丸DD6合金拉伸曲线呈现双重阶段特征,试样拉伸断裂后的横截面为椭圆形。     

镍基单晶高温合金的再结晶

镍基单晶高温合金作为先进发动机叶片的主要用材,其再结晶问题日益受到重视.本文综述了热处理温度、热处理时间、变形程度及合金成分等多种因素对镍基单晶高温合金再结晶的影响规律,分析了镍基单晶高温合金再结晶对其蠕变和疲劳性能的影响,并讨论了回复处理及浸蚀直接去除表面变形层、渗碳和表面涂层等控制再结晶的方法.最后,指出了镍基单晶...     

热处理工艺对SRR99镍基单晶高温合金组织和性能的影响

研究不同固溶处理温度和时效处理温度对SRR99镍基单晶高温合金的微观组织和持久性能的影响。利用扫描电镜和光学金相显微镜对显微组织进行表征和分析,利用GWT304常载拉伸蠕变试验机测试其持久性能。结果表明:随着一次时效温度的提高,二次γ′相尺寸逐渐增大,γ′相体积分数先增加后降低;随着固溶温度的提高,合金中残余共晶含量减少,偏析逐渐降低,在1050℃/150MPa条件下,合金的持久寿命呈现先增加后降低的趋势。     

一种镍基单晶高温合金压缩变形的各向异性

将一种镍基单晶高温合金在室温沿不同晶体取向压缩变形,研究了在试样表面形成的滑移线和微观组织的变化。结果表明：这种合金〈111〉取向试样的屈服强度最高,〈001〉取向的强度最低,〈110〉取向的强度居中。〈001〉和〈110〉取向的试样在压缩变形过程中主要启动八面体滑移系,其中〈110〉取向明显观察到双滑移系的开动;而〈...     

难熔元素对镍基单晶高温合金凝固特性及组织的影响

镍基单晶高温合金的性能与难熔元素Re、W、Ta等的含量之间有着紧密的联系.总结了在镍基单晶高温合金的发展过程中难熔元素添加的特点,综述了难熔元素对镍基单晶高温合金的凝固特性与凝固组织的影响,并指出了其中存在的问题,展望了未来研究发展的方向.     

浇注温度对DD6单晶高温合金凝固组织的影响

研究了浇注温度对第二代单晶高温合金DD6凝固组织的影响.结果表明,随着浇注温度的降低,DD6合金的一次枝晶间距稍有增加,枝晶干与枝晶间γ′相尺寸略有增大,γ-γ′共晶相尺寸增加,共晶含量略有减少,合金中主要元素偏析明显减轻.     

抽拉速率对DD6单晶高温合金组织的影响

采用不同的抽拉工艺制备DD6单晶合金,分析了DD6单晶合金的显微组织,研究了不同抽拉工艺对DD6合金组织的影响.结果表明,随着抽拉速率的降低,DD6合金一次枝晶间距增加,枝晶干和枝晶间γ′相尺寸变大,共晶组织呈粗化趋势,γ-γ′共晶组织含量减少,合金中主要元素偏析程度减轻.     

Ru对第四代镍基单晶高温合金DD22长期时效组织演化的影响EI北大核心CSCD

利用透射电镜和场发射扫描电镜研究了两种不同Ru含量(3%和5%,质量分数)的第四代镍基单晶高温合金DD22在1130℃长期时效过程中γ′相形貌演化、TCP相析出和界面位错网的演化情况。研究结果表明:在完全热处理后5Ru合金比3Ru合金的γ′相尺寸更小,形状更规则,γ/γ′相界面的错配度更大,高Ru含量使合金Re,Mo等元素出现反分配现象;5Ru合金在1130℃长期时效过程中γ′相粗化速率、溶解速率和形筏速率均低于3Ru合金;5Ru合金在长期时效1000 h后仍没有TCP相析出,而3Ru合金在时效50 h后便析出TCP相,随着长期时效时间延长,TCP相数量增多,尺寸增大;与3Ru合金相比,长期时效1000 h后5Ru合金γ′/γ界面位错网更加致密和规则;综上所述,Ru的元素反分配作用和低的扩散系数使5Ru合金比3Ru合金表现出更高的组织稳定性。     

镍基单晶高温合金的拉伸断裂行为

对[001]、[011]和[111]取向的镍基单晶高温合金的不同取向的弹性模量及硬度做了表征,并分析了[011]和[111]取向的单晶在室温和1070℃的拉伸断口形貌。研究结果表明:合金的弹性模量及拉伸断裂存在各向异性。室温下,[011]取向试样拉伸断裂变形不均匀,断面为椭圆形;[111]取向的试样断裂面为圆形,没有发生颈缩。[011]、[111]取向断口均由裂纹源区、扩展区及瞬断区组成。室温下,合金的拉伸断口为剪切型韧性断裂;高温下,合金的拉伸断口为微孔聚集型韧性断裂。     

第二代单晶高温合金DD6的横向拉伸性能

在800-950℃的条件下,研究了第二代单晶高温合金DD6的横向拉伸性能。结果表明：随着温度的升高,横向拉伸强度下降,横向伸长率先增加然后明显下降;与合金的纵向性能即[001]取向性能相比,在较高温度下横向伸长率明显小于纵向伸长率;随着温度的升高,沿枝晶界面易于形成显微裂纹,导致塑性降低。