[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。     

Re及温度对单晶镍基合金晶格常数及错配度的影响

通过对不同状态及不同Re含量单晶镍基合金进行高、低温X射线衍射谱线测定及组织形貌观察,研究Re含量及温度对单晶镍基合金中γ、γ′两相晶格常数及错配度的影响。结果表明:铸态合金中γ、γ′两相有较大的晶格常数及错配度;经完全热处理后,立方γ′相以共格方式嵌镶在γ基体中,合金中两相的晶格常数及错配度略有减小;长期时效使γ′相粗化后,两相之间出现界面位错,使合金中两相的晶格常数及错配度绝对值增加。随Re含量增加,合金中γ、γ′两相在室温的晶格常数增大,错配度的绝对值减小。与γ′相相比,γ基体相有较大的膨胀系数,因此,随温度提高,合金中两相晶格错配度的绝对值增大。     

FGH95粉末镍基合金组织结构对蠕变机制的影响

通过对热等静压态FGH95合金进行完全热处理、组织形貌观察、点阵常数测定和蠕变曲线测定,研究了FGH95镍基合金的组织结构和蠕变机制.结果表明:合金经热等静压成型后,粗大γ′相沿原始颗粒边界不连续分布,经高温固溶和时效处理后,晶粒尺寸无明显变化,粗大γ′相数量减少,且细小γ′相和MC碳化物在合金中弥散析出,可提高合金蠕变抗力,同时由于γ′相形成元素A1、Ti溶入基体,经XRD谱线测定,γ′相的平均点阵常数减小,而γ体相平均点阵常数增加,致使γ/γ′两相晶格错配度减小;在实验温度和应力范围内,测得合金的蠕变激活能为630.4 kJ/mol.在蠕变期间,FGH95合金的蠕变机制是位错在基体中运动或剪切γ′相,其中,蠕变位错以Orowan机制绕过γ′相,而＜110＞超位错切过y′相发生分解形成(1/3)＜112＞超肖可莱不全位错+层错的位错组态.     

Ru对镍基单晶热暴露组织演变及持久性能的影响

对比研究了不含Ru的USTB-F7及添加2.5 wt％ Ru的USTB-F8两种镍基单晶高温合金的组织稳定性和持久性能.标准热处理与1100℃长期热暴露组织研究表明:合金USTB-F7中γ′相形貌介于球形和立方形之间,属中间态形貌;热暴露2000 h后,其形貌仍保持稳定,仅发生粗化而未发生筏排化.Ru的添加使Re元素在γ/γ′中的分配比增大,提高了合金USTB-F8的γ/γ′点阵错配度和γ'相的立方度,从而加速了长期热暴露过程中的筏排化进程,经2000 h热暴露发生了明显的筏排化现象.同时,合金USTB-F7热暴露700 h后在枝晶干处析出了富集Re、W和Cr元素的TCP相,Ru的加入有效地抑制了TCP相的析出,合金USTB-F8直至2000 h仍未析出TCP相.1100℃/140MPa持久性能测试表明,Ru显著提高合金的持久寿命,这与Ru增加合金中的y相体积分数和γ/γ′点阵错配度,促进筏排组织的形成,并减小时效组织中的γ通道宽度有关.     

Mo对镍基单晶高温合金组织及持久性能的影响

通过在不含Mo的基础合金USTB-F7中添加1.5%(质量分数)Mo,形成合金USTB-F9,研究Mo对镍基单晶高温合金组织稳定性和持久寿命的影响。1 100℃时效与热处理组织的研究分析表明:合金USTB-F7中γ′相形貌介于球形和立方形之间,属中间态形貌;经长期热处理2 000 h后,其形貌保持稳定,仅发生粗化而未产生筏排现象。Mo的添加使γ相中Re、Mo和Cr等元素含量增加,提高了合金USTB-F9的γ/γ′点阵错配度和γ′相的立方度,从而加速长期热处理过程中的筏排化进程,仅200 h就发生明显的筏排现象。同时,Mo强烈促进富含Re、Mo、W和Cr等元素的P相和σ相的析出,使析出时间由合金USTB-F7的700 h提前到合金USTB-F9的100 h。在1 100℃和140 MPa下的持久性能测试表明,尽管Mo的添加提高了γ′相的体积分数和错配度,并促进筏排组织的形成,有利于合金持久性能的提高;但由于Mo促进TCP相的大量析出,从而使合金的持久寿命降低。     

单晶高温合金小角度晶界组织演化

研究了单晶高温合金不同状态小角度晶界组织的演变规律。从小角度晶界附近局部凝固热力学状态的角度,分析了小角度晶界铸态组织的形成。结果发现,由于整个单晶铸件由一个晶粒组成,连续分布在共晶中的γ′相不能额外形核,而是以小角度晶界一侧晶体为基长大,同时为了避免出现额外相界面,共晶中的γ相以晶界另一侧晶体为基长大,因而含有连续共晶的小角度晶界两侧倾向于形成不同的相。由于单晶高温合金基体相γ和析出相γ′粒子之间存在严格的晶体取向关系,以及在小角度晶界的限制下,标准热处理态合金中晶界处的γ′相粒子通常为不完整立方体。由于不同相之间严格取向关系作用,同时由于γ′相的体积分数明显占优,合金小角度晶界两侧同为γ′相的几率较高。     

一种[011]取向镍基单晶合金拉伸蠕变中的组织演化

在1040℃,137MPa下对[011]取向镍基单晶合金进行蠕变曲线测定,采用SEM观察热处理及蠕变后样品不同晶面的组织形貌,研究了[011]取向镍基单晶合金在蠕变期间的组织演化特征,并分析了组织演化的规律及影响因素。结果表明:取向差为4°的[011]取向镍基单晶合金经完全热处理后,组织是立方γ′相以共格方式嵌镶在γ基体相中,并沿<100>取向规则排列;在拉伸蠕变期间,合金中γ′相转变成与[001]取向平行的纤维状筏形组织。由于施加拉伸载荷,使立方γ′相中的(100)晶面及γ基体相承受挤压力,可排斥较大半径的Al、Ta原子,而在(001)晶面产生较大的晶格扩张应变,可诱捕较大半径的Al、Ta原子,因而促使γ′相沿[001]取向定向生长成为纤维状筏形组织。在外加应力作用下,不同晶面γ′/γ两相界面的应变能密度变化是促使发生元素扩散和γ′相定向粗化的驱动力。     

Ru和Cr对镍基单晶高温合金γ/γ′热处理组织演变的影响

通过对6种不同Ru(0—5.1%,质量分数,下同)和Cr(0—5.7%)含量的镍基单晶高温合金1100℃的时效和热处理组织观察与γ/γ′两相的成分分析,研究了Ru和Cr的独立和交互作用对合金元素成分分配比及热处理组织演变的影响.经1100℃/8 h时效后,在枝晶干处,不含Ru和Cr的基础合金γ′相接近球形,Re在该合金γ/γ′两相中的成分分配比较低,错配度接近于0.在基础合金中加入高Ru后,γ′相立方度和Re的成分分配比略有增大,错配度变负;在不含Ru合金与含Ru合金中,随着Cr含量的增大,γ′相的立方度和Re的成分分配比均显著增大,错配度明显变负.1100℃非加载下的长期热处理研究表明:γ′相接近球形且错配度接近于0的合金γ′相形貌稳定,在2000 h内只出现了粗化,没有发生筏排化现象;γ′相呈中间态并且错配度较小的合金γ′相粗化趋势较为明显;γ′相接近立方体形且错配度中等的合金在热处理800 h后形成近似筏排组织;同时加入Ru和Cr,随着Re的成分分配比和错配度的增大,γ′相为立方体形或长方体形的合金筏排化时间提前;其中高Ru中Cr合金热处理200 h就出现筏排化趋势,而错配度最高的高Ru高Cr合金热处理...     

二代镍基单晶高温合金DD5的组织演化和稳定性（英文）

研究含晶界强化元素碳、硼和铪的第二代镍基单晶高温合金DD5的组织演化和稳定性。利用光学显微镜、扫描电镜、电子探针、能量分散光谱和萃取试验研究DD5合金的铸态、热处理态和热暴露后的微观组织和成分。在铸态条件下,γ相为初生凝固相,枝晶间存在3种偏析相,其形貌取决于元素偏析程度。热处理后,枝晶杆内γ′相细小且立方化程度高,尺寸约为0.5μm,质量分数为61.685%,枝晶间存在不规则γ′相和MC/M23C6碳化物。经980°C、1000 h热暴露后,未发现TCP相析出,表明DD5合金在980°C具有较好的组织稳定性。     

一种Ni_3Al基单晶高温合金的显微组织及其持久高塑性变形行为

采用显微组织观察和JMat Pro相平衡计算和热力学模拟软件等手段研究了一种实验Ni_3Al基单晶高温合金的显微组织和1100℃/90 MPa条件下的持久高塑性变形行为,并分析了持久高塑性变形机制。实验Ni_3Al基单晶合金为γ/γ'两相组织,热处理后合金枝晶干部位γ'相的体积分数为86.0%,其形貌呈接近立方体形。JMat Pro软件在平衡相析出、γ/γ'相点阵常数和γ/γ'点阵错配度方面的计算结果与实验结果吻合的较好。合金1100℃/90 MPa的平均伸长率为148.5%,平均断面收缩率为72.3%。合金在持久变形过程中形成平行于应力轴方向的P型近似筏排组织使位错易于滑移传递从而在高温持久条件下表现出高塑性变形行为。     

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。     

Microstructure and stress-rupture property of an experimental single crystal Ni-base superalloy with different heat treatments

The influence of heat treatment on the microstructure and stress-rupture property at 1,100 °C/140 MPa was investigated in a 5.0 wt% Re containing experimental single crystal Ni-base superalloy. The results indicate that the γmorphology is nearly cuboidal in the dendrite core after conventional heat treatment. The lattice misfit of alloy becomes more negative after modified heat treatment and results in more cuboidal γ precipitates than that after conventional heat treatment. The increased stress-rupture life after modified heat treatment is attributed to higher γ volume fraction, more negative lattice misfit, well-rafted structure, and narrower c channel width.     

[111]取向镍基单晶合金在蠕变期间组织演化的有限元分析

采用弹塑性应力-应变有限元方法计算了[111]取向镍基单晶合金中γ/γ′两相共格界面的von Mises应力及应变能密度分布,研究了施加拉应力对γ/γ′两相界面von Mises应力分布及γ′相定向粗化规律的影响.结果表明:[111]取向镍基单晶合金经热处理后,组织结构是立方γ′相以共格方式嵌镶在γ基体相中,沿(100)方向规则排列.当沿[111]取向施加拉应力蠕变期间,与近(010)γ′晶面的基体通道相比,近(001)γ′和(100)γ′晶面的基体通道有较大的von Mises应力,在主应力分量的作用下,(100)和(001)晶面分别沿[001],[010]和[010],[100]方向发生较大的晶格扩张应变,可诱捕较大半径的Al和Ti原子,这是促使γ′相在(010)面沿[001]和[100]方向定向生长成为层片结构的筛网状筏形组织的主要原因.     

Hf含量对FGH97合金γ/γ′晶格错配度的影响

采用X射线衍射(XRD)方法测算镍基粉末冶金高温合金FGH97中γ和γ′相的晶格常数,计算出γ/γ′晶格错配度。结果表明:γ′相的晶格常数比γ相的小,错配度为负值。Hf 主要存在于γ′相中,随着合金中 Hf 加入量的增加,进入γ′相中 Hf 的数量增加,使γ′相的晶格常数逐渐增大,错配度的绝对值逐渐减小。     

Effect of grit blasting and subsequent heat treatment on stress rupture property of a Ni-based single-crystal superalloy SGX3

In the present study, the effect of grit blasting and subsequent heat treatment on the stress rupture properties of a third-generation nickel-based single-crystal superalloy SGX3 sheet was studied. It was found that the stress rupture life of alloy SGX3 sheet at 980 °C/250 MPa was reduced by about 60% by only vacuum heat treatment at 1100 °C for 200 h and further reduced by 20% and 70% respectively with grit blasting of 0.3 MPa/1 min and 0.5 MPa/2 min before heat treatment. The microstructure analysis results indicated that the degradation of stress rupture life of alloy SGX3 sheet by vacuum heat treatment was mainly attributed to the variation of γ/γ′ microstructure, i.e., the decrease in γ′ volume fraction and the coarsening of γ′ precipitates. Furthermore, such degradation by grit blasting and subsequent vacuum heat treatment should be attributed to the formation of cellular recrystallization with different thicknesses at the surface of alloy SGX3 sheet, which not only acts as the vulnerable site for cracks to initiate and propagate but also reduces the effective loading area.     

单晶镍基合金在拉伸蠕变期间的组织演化与分析

通过[001]取向镍基单晶合金拉伸蠕变期间的组织形貌观察,采用应力应变有限元方法计算出立方γ/γ′两相共格界面的vonMises应力分布,研究了合金在蠕变期间γ′相的定向粗化规律。结果表明,施加拉应力可改变立方γ/γ′两相的应力分布,使不同晶面发生晶格收缩与扩张应变,其中,(001)晶面产生晶格收缩可排斥较大半径的Al、Ti原子,(100)和(010)晶面沿平行于应力轴方向产生晶格扩张应变,可诱捕较大半径的Al、Ti原子,是使其γ′相沿扩张晶格的法线定向生长成为类似筛网层状结构的组织演化规律。并进一步提出蠕变期间发生元素扩散和γ′相定向生长的驱动力。     

DD6单晶高温合金叶片小角度晶界组织

采用扫描电镜和透射电镜研究了DD6单晶高温合金叶片小角度晶界的铸态组织、热处理组织和长期时效组织.铸态小角度晶界组织中,粗大γ′相和块状共晶沿晶界析出;热处理小角度晶界组织中,晶界上有一薄层γ相,晶界两侧的γ′相立方化较好,但由于小角度晶界的存在,γ′立方体不完整;1070℃长期时效500 h小角度晶界组织中,晶界上析出粒状碳化物,无TCP相析出,DD6单晶高温合金小角度晶界组织有很好的稳定性.