DD8单晶镍基高温合金热机械疲劳后γ/γ''''界面位错网产生内应力的计算

计算了DD8单晶镍基高温合金在同相(IP)和反相(OP)热机械疲劳(TMF)后γ／γ'相界面上产生的位错网的内 应力.结果表明:IP TMF条件下, γ／γ'相界面上产生的位错网可以释放掉大部分错配应力,同时因位错网的存在导致了γ' 沉淀相发生了明显的筏化现象. OP条件下产生的层错未造成基体内应力分布的不同,因此未发生γ'沉淀相的筏化.     

DD8单晶镍基高温合金热机械疲劳后的微观结构

透射电镜(TEM)观察表明、DD8单晶镍基高温合金经过热机械疲劳(TMF)后，在同位相(IP)和反位相(OP)加载的条件下，合金内部的位错组态和γ′沉淀相的形貌有很大的区别．在IP加载条件下，垂直应力轴的γ／γ′相界面上存在着密集的六角形位错网、平行应力轴的相界面上存在的是四边形的位错网，而且在小机械应变幅下，γ′相出现明显的筏化现象、并且随着应变幅的增加，γ′沉淀相的筏化现象也越来越不明显．在OP加载条件下，在γ／γ′相界面上则没有位错网被观察到，γ′被层错剪切，并且没有明显的筏化出现．     

Effect of pre-compression on the stress rupture properties of single crystal superalloy：Ⅰmicrostructure and stress rupture properties of pre-compressed samples

研究了单轴预压缩对镍基单晶高温合金DD98的微观组织和持久性能的影响及其原因．在热处理态的基础上，于真空中1050℃下分别实施了180MPa／6h和220MPa／6h两种预压缩、观察到预压缩后的试样中形成了与应力轴平行的P型γ’筏．同时，在竖直通道内的γ／γ界面上形成了位错网．单轴预压缩对持久寿命的影响因测试条件不同而变化，但预压缩试样的延伸率均得到提高．在高温低应力持久时，预压缩形成的P型筏转化为宽度不同的波浪状N型筏，导致位错越过γ’方式有所差异．在低温高应力时，P型筏仅表现出微弱的向N型筏转化的趋势．此时，两种预压态试样中均形成位错缠结．在中等温度及应力时，两种预压态中的P型筏则转化为较混乱的N型筏，其位错特征是不规则位错网．     

原始孔洞缺陷周围应力分布对镍基单晶高温合金组织演变的影响

在高温低应力条件下,研究了DD6镍基单晶合金原始疏松孔洞周围应力分布及其与附近γ′相筏化之间的关系。通过有限元模拟和实验验证发现:原始孔洞形貌和取向对于其界面周围组织稳定性有重要影响,单向加载条件下,疏松孔洞界面主要集中拉应力;孔洞长轴取向越接近于外加载荷方向,其周围γ′发生筏化面积越大。蠕变微裂纹优先由某些形貌取向有利于其周围组织筏化的孔洞界面处产生。     

Stacking Fault in γ’ Precipitate of Single Crystal Nickel Base Superalloy DD8 After Out-of-Phase Thermo-Mechanical Fatigue

对镍基单晶高温合金DD8在恒机械应变控制下的反位相（OP）热机械疲劳（TMF）实验后的微观结构进行了研究。结果表明，DD8单晶经过OP TEM后γ′沉淀相被Schockley不全位错剪切，而不是象在等温疲劳（IF）那样是被位错对剪切。经过分析得出，γ′沉淀相是被位错对还是Schockley不全位错剪切，在适当的温度下，与形变的速度和施加的应力大小有很大的关系。     

热力耦合对一种第四代镍基单晶高温合金1100℃蠕变组织演变的影响

以一种第四代镍基单晶高温合金为研究对象,采用变截面蠕变试样,在1100℃、43~96 MPa条件下进行200 h蠕变中断实验,利用SEM和TEM观察了微观组织演变规律,利用同步辐射高能XRD和EPMA分析了高温低应力条件下镍基单晶高温合金的蠕变组织演变。结果表明:随着应力的增大,镍基单晶高温合金的γ′相体积分数降低,筏化程度增大且筏排厚度下降,同时,γ相通道宽度逐渐增大,而γ/γ’两相界面位错网间距逐渐减小。固溶强化元素Re、Mo和Cr等在γ相中的富集导致γ/γ’两相错配度绝对值增大。蠕变过程中γ’相体积分数降低和γ’相筏排厚度减小显著降低了合金的强度。另外,位错在γ′相溶解所导致的弯曲相界处的塞积,使位错易于切入γ′相,也是镍基单晶高温合金室温硬度下降的重要原因。     

[111]取向镍基单晶合金的组织结构与蠕变行为

通过蠕变曲线的测定及微观组织形貌观察,研究[111]取向镍基单晶合金在高温低应力条件下的组织结构与蠕变行为。结果表明:经完全热处理后,[111]取向单晶合金的组织结构是立方γ′相以共格方式嵌镶在γ基体中,并沿100方向规则排列;在1 040~1 080℃、137~180 MPa的温度和应力范围内,该取向单晶合金表现出明显的温度和施加应力敏感性。蠕变期间,γ′相沿与应力轴呈一定角度形成筏状组织,蠕变后期在近断口区域筏状γ′相发生粗化和扭折。[111]取向单晶合金在蠕变期间的变形特征是位错在γ基体通道中运动和剪切筏状γ′相,由于形变量较大,较多位错切入筏状γ′相后使其形成亚晶结构,其中,蠕变后期大量位错切入筏状γ′相导致合金的蠕变抗力降低,是合金发生蠕变断裂的主要原因。     

含2% Ru单晶镍基高温合金蠕变行为的研究

测定了一种含2%Ru单晶镍基高温合金的蠕变性能,观察了它的组织形貌。据此计算了合金在不同温度和应力条件下的蠕变激活能和应力指数,以研究合金的蠕变行为和组织演变规律。结果表明,合金在高温、低应力条件下的蠕变激活能Q为484.6 kJ/mol,应力指数n为4.5;在中温、高应力条件下的蠕变激活能Q为496.9 kJ/mol,应力指数n为12.3。这说明,合金在高温低应力条件下的蠕变机制为位错在基体中滑移以及位错越过γ′相攀移,而在中温高应力条件下的蠕变机制为位错剪切进入γ′相。对蠕变试件近断口区组织形貌的观察发现,在高温、低应力条件下,γ′相形成N形筏状结构;在中温、高应力条件下,γ′相尺寸增大但不发生筏状转变,γ相和γ′相发生扭曲。     

一种2%Ru镍基单晶合金的高温蠕变行为及断裂特征

通过蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了一种新型2%Ru镍基单晶高温合金的蠕变行为及断裂特征。结果表明,合金在1 070～1 100℃、127～147 MPa条件下具有较好的蠕变性能,合金在稳态蠕变阶段的表观蠕变激活能Q=410.5 kJ/mol,应力指数n=4.74。合金在蠕变稳态阶段的变形机制是位错在基体中滑移和攀移越过γ′相,蠕变后期,位错可剪切进入γ′相。在高温/低应力条件下,合金中的γ′相可形成筏状组织,裂纹由筏状γ′相与基体相界面处萌生,随裂纹扩展、聚集、连通,合金蠕变抗力急剧下降,最终导致合金蠕变断裂。     

同位相热机械疲劳形变后γ／γ′相界面上的位错网分析

DD8单晶镍基高温合金经过同位相热机械疲劳（TMF）后，在垂直于应力轴的γ/γ′相界面上存在着大量的六角形位错网。对位错网中的位错进行的分析表明，六角形位错网中的位错都是刃型位错，而且这些位错的Brugers矢量都不与滑移过程开始的滑移系相对应。利用双交滑移模型说明了位错网的形成机制。     

单晶镍基高温合金DD8反位相热机械疲劳后的层错

对镍基单晶高温合金DD8在恒机械应变控制下的反位相(OP)热机械疲劳(TMF)实验后的微观结构进行了研究.结果表明,DD8单晶经过OP TMF后γ＇沉淀相被Schockley不全位错剪切,而不是象在等温疲劳(IF)那样是被位错对剪切.经过分析得出,γ＇沉淀相是被位错对还是Schockley不全位错剪切,在适当的温度下,与形变的速度和施加的应力大小有很大的关系.     

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．     

镍基单晶合金的γ′相筏化准则及蠕变性能的晶体取向相关性

基于最大降低相界面能密度原理,本文推导了一般应力状态下镍基单晶合金的强化相γ′筏化准则,给出了筏化图,并得到试验结果的验证,进而定量分析了筏化过程,利用该准则即最大相界面密度降低,可以很好地描述蠕变性能的晶体取向相关性,并初步得到试验结果的验证。     

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。     

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。     

镍基单晶高温合金γ′的定向粗化机理

研究了外应力作用下［００１］取向镍基单晶高温合金γ／γ′共格弹性应变各向异性及γ′定向粗化驱动力问题;针对γ′析出相由立方形演变成杆状、片状和块状筏形组织的实验现象,描述了γ′发生Ｐ型、Ｎ型和Ｐ－Ｎ型定向粗化时原子的扩散途径以及共格相界面的迁移行为;分析了γ′沿不同取向定向粗化时对总相界面能的贡献并讨论了γ′的纵向合并行为．     

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。     

镍基单晶高温合金在不同条件下的蠕变性能和组织演化(英文)

研究[001]取向的镍基单晶高温合金在不同测试条件下的蠕变性能,采用扫描电镜和透射电镜研究合金蠕变断裂后的γ′相、TCP相和位错组织演化特征。结果表明:合金具有良好的蠕变性能,蠕变曲线显示出两种不同的蠕变变形特征。在(760°C,600 MPa)、(850°C,550 MPa)条件下,蠕变第一阶段较长;在(980°C,250 MPa)、(1070°C,140 MPa)和(1100°C,120 MPa)条件下,蠕变第一阶段很短。蠕变断裂后,在(760°C,600 MPa)条件下γ′相形态变化不大;在(850°C,550 MPa)条件下γ′相已经合并长大;在(980°C,250 MPa)条件下基体γ被γ′相包围;在(1070°C,140 MPa)条件下基体γ不再连续;在(1100°C,120 MPa)条件下基体γ厚度进一步增加。在(760°C,600MPa)、(850°C,550 MPa)和(980°C,250 MPa)条件下合金无TCP相析出,而在(1070°C,140 MPa)和(1100°C,120MPa)条件下有针状TCP相析出。在低温高应力下,变形特征为位错包括层错的剪切机制;在高温低应力下为位错绕过机制,并在γ/γ′相界面形成位错网。     

热处理对4.5%Re单晶镍基合金高温蠕变行为的影响

通过对一种4.5%Re(质量分数)镍基单晶合金进行不同工艺热处理、蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了固溶时间对该合金组织结构与高温蠕变行为的影响。结果表明:铸态合金中各元素存在较大的成分偏析,经高温长时间固溶及时效处理后,合金中各元素在枝晶间/臂的偏析程度明显降低;将固溶时间由10 h延长至24 h后,合金在1100℃、137 MPa的蠕变寿命由101 h提高至164 h;其中,10 h固溶处理合金中仍存在较大程度的元素偏析,并且在蠕变期间,析出针状TCP相。合金在高温蠕变期间的变形机制是位错在基体中滑移和剪切筏状γ′相;蠕变后期,大量位错剪切筏状γ′相,致使近断口区域的筏状γ′相扭曲,在筏状γ/γ′两相界面发生裂纹的萌生,并沿垂直于应力轴方向扩展,直至发生蠕变断裂。这是合金的高温蠕变断裂机制。     

含Mo单晶镍基合金的高温蠕变及损伤行为

通过蠕变性能测试及组织形貌观察,研究含3%和5%(质量分数)Mo无Re单晶镍基合金的高温蠕变和损伤行为。结果表明:与3%Mo单晶合金相比,5%Mo无Re单晶合金具有较好的蠕变抗力和较长的蠕变寿命,测定出5%Mo单晶合金在1040℃、137 MPa的蠕变寿命为556 h。在施加的温度和应力范围内,测定出合金在稳态蠕变期间的表观蠕变激活能Q=484.7 kJ/mol。合金在稳态蠕变期间的变形机制是位错在基体中滑移和攀移越过筏状γ′相;合金在蠕变较后阶段的变形机制是位错剪切进入筏状γ′相。随蠕变进行,位错的交替滑移致使合金中筏状γ′相发生扭曲,并在筏状γ′/γ两相界面发生裂纹的萌生和扩展,直至断裂,是合金在高温蠕变后期的损伤与断裂机制。