TA12A钛合金热处理过程中等轴和片层α相演变行为研究

为研究Ru对高代单晶高温合金组织稳定性的影响,制备分别含有6wt.%Ru和4.5wt.%Ru的两种单晶高温合金D1和D2,完全热处理后置于980℃和1160℃下进行200h的长期时效,分析合金长期时效后的显微组织、不稳定相TCP成分及晶体结构。结果表明：980℃时效200h后,含Ru较多的D1合金中TCP析出量显著多于D2合金;1160℃时效200h后,D1合金中未观察到TCP相,而D2合金中观察到少量TCP相;两种合金析出的TCP相为同一种TCP相,Ru为其主要形成元素之一。结合d电子能级计算和热力学计算分析试验结果表明：Ru对单晶高温合金TCP析出的影响具有两面性,一方面Ru含量提高会使合金d电子能级增大,增加合金TCP析出倾向;另一方面Ru含量增加可降低高熔点元素在γ相中的偏析程度,进而减小因高熔点元素在γ相中过饱和而导致的TCP相析出量;在不同温度下,起主要作用的因素会有所不同。     

钌对一种单晶高温合金980和1160℃下TCP相析出影响的两面性

为研究Ru对高代单晶高温合金组织稳定性的影响,制备分别含有6％和4.5％Ru(质量分数)的2种单晶高温合金D1和D2,完全热处理后置于980和1160 ℃下进行200 h的长期时效,分析合金长期时效后的显微组织、不稳定拓扑密排相(TCP)成分及晶体结构.结果表明:980 ℃时效200h后,含Ru较多的D1合金中TCP析...     

980 ℃长期时效对DD15单晶高温合金组织稳定性的影响

采用选晶法在真空高梯度定向凝固炉中制备第四代单晶高温合金DD15试棒,热处理后在980 ℃分别时效400、800、1200、1600、2000 h,研究不同时效时间的合金组织。结果表明:合金的热处理组织由立方化较好γ′相和基体γ相组成。随着980 ℃时效时间增加,γ′相合并长大仍保持立方形状,基体通道的宽度增加;时效1600 h时,未有TCP相析出;时效2000 h时,析出极少量TCP相,合金具有良好的组织稳定性;合金中较多的Re、W、Ta、Mo、Nb等高熔点元素能够抑制γ′相长大,Ru元素能够抑制TCP相的析出,合金具有良好的组织稳定性。     

Effect of Aging Time at High Temperature on Microstructural Evolution Behavior of a Nickel-Based Single Crystal Superalloy

研究了高温时效对一种镍基单晶高温合金组织演变行为的影响。使合金在980, 1050, 1100 ℃,进行20, 50, 100 h的短期时效及在1100 ℃下进行200~800 h的长期时效,采用扫描电子显微镜进行组织形貌的观察、电子探针显微分析仪分析TCP相的成分,并对时效后的试样进行硬度测试。试验结果表明：在短期时效时,γ'相的粗化符合扩散控制理论的长大规律,即r3与t成正比,可求得不同温度的粗化长大系数;在长期时效下,1100 ℃时效400 h后,筏排状的γ'相形成且有TCP相析出,TCP相中富含Re和W元素;此外,在1050 ℃时效50 h及在1100 ℃时效20和100 h后,合金中也有TCP相的析出;硬度结果显示,不同时效条件的试样硬度值没有明显变化     

第二代单晶高温合金DD6在980℃长期时效后的显微组织与持久性能

选用980℃时效温度、分别对[001]取向标准热处理后的第2代单晶高温合金DD6进行100，200，300，400，600，800及1000h的长期时效，研究了合金的显微组织与持久性能。结果表明：DD6合金980℃／1000h长期时效后，无TCP相析出，组织稳定性优良：DD6合金980℃／1000h长期时效后980℃／248．2MPa的持久寿命高于180h，合金具有优异、稳定的持久性能。     

Ru对镍基单晶合金组织结构与蠕变行为的影响

通过对有/无Ru单晶镍基合金进行时效处理、蠕变性能测试及组织形貌观察,研究元素Ru对镍基单晶合金组织结构与蠕变行为的影响。结果表明:加入Ru使合金中元素Co由负偏析转为正偏析,热处理可大幅度降低元素在枝晶干/间的偏析程度。无Ru单晶镍基合金在1080℃时效期间沿{111}晶面析出富含难熔元素的针状μ相,而无Ru合金加入2%Ru(质量分数)后,可抑制合金中析出TCP相。与无Ru合金相比,2%Ru合金在980℃、200 MPa的蠕变寿命由123 h提高到333 h。合金在蠕变后期的变形机制是位错在基体中滑移和剪切筏状γ′相,其中,主、次滑移位错的交替开动,使其筏状γ′相转变成不规则的扭曲形态。与2%Ru合金相比,无Ru合金中析出大量的针状μ相,可促使裂纹的萌生和扩展,直到蠕变断裂,是使无Ru合金具有较低蠕变抗力和较短蠕变寿命的主要原因。     

Ru对镍基单晶高温合金高温持久性能的影响(英文)

在真空定向炉中浇注了具有[001]方向的不含Ru和含Ru两个单晶高温合金,其它合金元素的含量基本相同,研究Ru对单晶高温合金在(980℃,250 MPa),(1100℃,140 MPa)和(1120℃,140 MPa)条件下持久性能的影响。结果表明,加入Ru能提高单晶高温合金的高温持久性能,提高作用随着温度的升高而降低。在断裂后的两种合金试样中都观察到γ′相定向粗化和筏排化,并且在(1100℃,140 MPa)和(1120℃,140 MPa)条件试样中有针状的TCP相析出,而在(980 ℃,250 MPa)条件试样中无TCP相析出。加入Ru减少了TCP相的析出数量。最后,讨论了加入Ru带来的合金组织变化进而提高合金持久性能的原因。     

高温时效对镍基单晶高温合金的组织演化行为的影响（英文）

研究了高温时效对一种镍基单晶高温合金组织演变行为的影响。使合金在980,1050,1100℃,进行20,50,100 h的短期时效及在1100℃下进行200~800 h的长期时效,采用扫描电子显微镜进行组织形貌的观察、电子探针显微分析仪分析TCP相的成分,并对时效后的试样进行硬度测试。试验结果表明:在短期时效时,γ'相的粗化符合扩散控制理论的长大规律,即r3与t成正比,可求得不同温度的粗化长大系数;在长期时效下,1100℃时效400 h后,筏排状的γ'相形成且有TCP相析出,TCP相中富含Re和W元素;此外,在1050℃时效50 h及在1100℃时效20和100 h后,合金中也有TCP相的析出;硬度结果显示,不同时效条件的试样硬度值没有明显变化。     

Ru对一种第四代单晶高温合金γ/γ′相中元素分布及高温蠕变性能的影响

摘 要: 研究了不同Ru含量（0和2wt.%）的高Re镍基单晶高温合金在1120 ℃/140 MPa条件下的蠕变性能,采用SEM、STEM/TEM以及EDS等方法分析了Ru对合金γ/γ′相组织、合金元素成分分配比、蠕变变形组织和位错形态的影响。结果表明,与无Ru合金相比,含Ru合金γ′尺寸更为细小,γ相通道更窄,γ/γ′两相中对TCP相析出有重要影响的Re、Mo和Cr元素分配更加均匀。Ru通过降低γ′相和γ相通道尺寸,降低γ/γ′界面平均位错间距,抑制蠕变加载过程中TCP相析出,显著提高合金的高温蠕变性能。本文研究结果对认识单晶合金高温蠕变过程中Ru的强化机理方面具有理论指导意义。     

一种镍基单晶高温合金长期时效后γ'相的粗化动力学

研究了第二代镍基单晶高温合金DD5在870～980℃时效150～2000 h后γ′相的粗化动力学。结果表明:长期时效后DD5合金γ′相的形貌和尺寸取决于时效温度和时效时间,可用形貌稳定因子来表征;在870～980℃时效温度下,枝晶中γ′析出相发生粗化,γ′析出相的平均尺寸随时效时间和温度的增加而增大;动力学计算结果表明DD5合金在长期时效后,γ′相的粗化长大受合金元素扩散的控制,γ′析出相依然保持规则立方状,具有较好的组织稳定性。     

Ru对一种高Re单晶高温合金γ/γ′相中元素分布及高温蠕变性能的影响

研究了不同Ru含量(质量分数,0%和2%)的高Re镍基单晶高温合金在1120℃/140 MPa条件下的蠕变性能,采用SEM、STEM/TEM以及EDS等方法分析了Ru对合金γ/γ′相组织、合金元素成分分配比、蠕变变形组织和位错形态的影响。结果表明,与无Ru合金相比,含Ru合金γ′尺寸更为细小,γ相通道更窄,γ/γ′两相中对TCP相析出有重要影响的Re、Mo和Cr元素分配更加均匀。Ru通过减小γ′相尺寸和γ相通道宽度,降低γ/γ′界面平均位错间距,抑制蠕变加载过程中TCP相析出,显著提高合金的高温蠕变性能。     

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.     

一种试验第3代单晶高温合金1100℃长期时效组织演化（英文）

通过1100℃长期时效100~800 h,研究了一种试验第3代单晶高温合金组织演化规律。结果表明:随着时效时间的增加,枝晶干γ′相逐渐变得粗大和不规则;而枝晶间γ′相形貌则随着时效时间的延长呈规则立方、合并长大、筏排化规律演化。枝晶干与枝晶间这种不同的γ′相演化规律主要由合金元素的偏析造成。时效300 h后,枝晶干析出了少量的针状TCP相,随着时效时间增加,枝晶干处TCP相析出量增加;枝晶间直到800 h仍未发现TCP相析出;TEM和EDX分析表明析出相为σ相,富含Re、W元素。     

Ru的添加对镍基单晶高温合金组织的影响

研究了添加Ru对镍基单晶高温合金铸态、热处理及长期时效组织的影响。结果表明：添加Ru导致合金的共晶含量、一次枝晶间距降低,固溶热处理困难。添加Ru后合金的层错能显著降低,?基体中出现的扩展位错会阻碍后续位错的运动,有助于提高合金力学性能。1100℃长期时效时,添Ru加对筏化过程影响不显著,未改变TCP相的主要析出类型,但显著抑制了TCP相的析出;随时效时间的延长（如超过500 h）,添加Ru对TCP相的抑制作用减弱。     

添加Ru对镍基单晶高温合金组织的影响

研究了添加Ru对镍基单晶高温合金铸态、热处理及长期时效组织的影响。结果表明:添加Ru导致合金的共晶含量升高、一次枝晶间距降低,固溶热处理困难。添加Ru后合金的层错能显著降低,基体中出现的扩展位错会阻碍后续位错的运动,有助于提高合金力学性能。1100℃长期时效时,添Ru加对筏化过程影响不显著,未改变TCP相的主要析出类型,但显著抑制了TCP相的析出;随时效时间的延长(如超过500 h),添加Ru对TCP相的抑制作用减弱。     

长期时效对一种镍基单晶高温合金组织演化及持久性能的影响

研究了长期时效对一种镍基单晶高温合金显微组织及持久性能的影响。结果表明:800℃时效1000h后,γ′相仍保持立方体形态;980℃时效1000h、1010℃时效500h后,γ′相逐渐连接形筏。980℃时效500h、1010℃时效100h后,μ相以针状和颗粒状形态逐渐析出,980℃时随时效时间延长,μ相逐渐增加,1010℃时随时效时间延长,μ相先增加后减少。800℃长期时效后合金的持久寿命变化不大,980,1010℃时随时效温度升高和时效时间延长,合金的持久寿命递减。     

Ru对镍基单晶高温合金微观组织的影响

为了提高镍基单晶高温合金的高温强度和其他综合性能,第四代合金中加入了铂族元素Ru。Ru的加入降低了γ相的堆垛层错能,减少了γ＇相的体积分数。作为一种有效的固溶强化元素,Ru对γ相和γ＇相的强化均起到了很显著的作用,提高了合金的蠕变性能,同时Ru也影响了难熔元素在合金中的偏析行为,降低了难熔元素在γ相中的过饱和度,并能抑制TCP相等有害相的析出,显著提高了合金的抗蠕变性能和合金显微组织的稳定性。综合分析了Ru的加入对镍基单晶高温合金微观组织结构的影响。     

稀土Y对单晶高温合金组织和高温持久性能的影响

在高温度梯度真空定向凝固炉中,采用螺旋选晶法制备了不含Y和含0.01%Y的两种单晶高温合金,研究了稀土Y对单晶高温合金组织以及在980℃/300 MPa条件下持久性能的影响。结果表明,添加微量稀土Y后,单晶高温合金的固相线和液相线降低,合金的一次枝晶间距有减小趋势,铸态和热处理γ′相均有所减小。在1100℃时效200 h后,不含Y和含Y合金都发生了γ′相的长大粗化以及少量针状TCP相的析出,而含Y合金的γ′相粗化程度较轻,Y对TCP相的析出无明显影响。添加微量稀土Y后,合金的高温持久性能提高。最后讨论了加入稀土Y提高单晶高温合金持久性能的原因。     

应力状态对单晶高温合金DD5显微组织的影响

利用高分辨扫描电镜观察了DD5单晶高温合金经1093℃无应力长期时效和1093℃/137 MPa拉伸蠕变试验后的组织,研究应力状态对单晶高温合金的显微组织以及TCP相析出行为的影响.结果 表明:与无应力长期时效相比,应力促进了单晶高温合金中γ'相的筏形组织的形成;剪切应力能够促进45°筏形组织的形成,筏形组织的形态与应力状态密切相关,应力可以促进TCP相的析出.     

高温条件下Ru对镍基单晶合金元素浓度分布及蠕变性能的影响

对无Ru和2%Ru镍基单晶高温合金在高温条件下进行蠕变性能测试。采用三维原子探针技术分别对有/无Ru合金在蠕变前/后各元素于γ/γ′两相的浓度分布进行测定。结果表明:2%Ru合金表现出了更好的高温蠕变性能,在1100℃/137 MPa条件下,2%Ru合金的蠕变寿命是125 h,而无Ru合金的蠕变寿命仅为58 h。元素Ru可提高元素在γ、γ′两相溶解度,降低元素在γ/γ′两相浓度比,提高合金中γ′相的合金化程度。经1100℃、137 MPa高温蠕变后,无Ru合金中各元素于γ/γ′两相中的浓度分布发生明显改变,其中元素W的浓度比由1/2.875(摩尔分数比)变为1/8.81,同时,各元素于γ/γ′两相界面处的浓度梯度明显增大。这种浓度分布的变化导致g相中难溶元素的含量增大,并析出TCP相,TCP相可破坏γ′相连续筏型结构,大幅降低合金蠕变性能。2%Ru合金中各元素在γ/γ′两相中的浓度分布和相界面处的浓度梯度均无明显变化。这表明高温蠕变可对合金中各元素在γ/γ′两相中的浓度分布和相界面的浓度梯度产生影响,元素Ru可抑制这种影响的产生。