Effect of carbon on microstructure and mechanical properties of DD99 single crystal superalloy

The effects of carbon on the microstructure and mechanical properties of DD99 single crystal superalloy were investigated. The results show that stress rupture life of DD99 alloy possesses peak value at carbon content of 0.03%（mass fraction）. As carbon addition is greater than 0.03%, the stress-rupture life decreases with the increase of carbon content. The tensile strength and yield strength of DD99 alloy reach peak value at 0.08% carbon and 760 ℃. On the contrary, the tensile strength and yield strength have minimal values at 0.08% carbon and 900℃. The tensile ductility of DD99 alloy basically decreases with the increase of carbon content at 760 ℃ or 900 ℃. The amount of carbides greatly increases with the addition of carbon content. Dislocation moving is retarded by carbides so that dislocation networks are apt to form, which has an important role on the mechanical properties in DD99 single crystal superalloy.     

DD5单晶高温合金钎焊接头的微观组织和力学性能分析

采用Co基钎料在1 180℃/60 min条件下钎焊DD5镍基单晶高温合金,利用SEM,EPMA分析接头的显微组织,讨论接头的焊缝间隙对显微组织和相分布的影响.结果表明,当钎焊间隙为10 μm时,焊缝组织与母材相似,由γ和γ'相构成,其中弥散分布着细小的M₃B₂相;随焊缝间隙的增加,焊缝中形成骨架状M₃B₂相,富钴的γ-Ni,Ni-Si化合物等脆性相;当焊缝间隙大于200 μm时,焊缝中间形成球状的钴基固溶体,在钴基固溶体之间分布着多种化合物相.对接头进行高温拉伸性能测试可知,随着钎焊间隙减小,接头的高温性能提高,接头在870℃的抗拉强度最高可达到792 MPa.     

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。     

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。     

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。     

Influence of microstructure stability on creep properties of single crystal nickel base superalloys

The influence of microstructure stability on the creep properties of single crystal nickel-based superalloys was investigated by means of the measurement of the creep curves and microstructure observation. Results show that the superalloy with 4%（mass fraction）W in Ni-AI-Cr-Ta-Co-5.5%Mo-x%W systems displays a better microstructure stability, but the β phase is precipitated in the superalloy with 6% W during aging. The strip-like μ phase is precipitated to be parallel or perpendicular to each other along the 〈110〉 orientation, and grown into the slice-like morphology along the { 111 } planes. The superalloy with 4%W displays a better creep rupture lifetime under the applied stress of 200 MPa at 982 ℃, but the creep lifetime of alloy is obviously decreased with the increase of the element W content up to 6%. The fact that the μ phase is precipitated in the superalloy with 6% W during applied stress and unstress aging results in the appearance of the poor regions for the refractory elements. This is one of the main reasons for reducing the creep rupture lifetime of the superalloy.     

扩散时间对DD6单晶高温合金TLP接头界面组织的影响

采用厚度30μm的商用BNi2钎料为中间层,在钎焊温度1 100℃,保温时间20 min条件下实现了DD6单晶高温合金的TLP连接.研究了在温度1 180℃不同扩散时间对DD6单晶高温合金TLP接头界面组织的影响规律,重点分析了接头区域合金元素随扩散时间的分布规律.结果表明,随着扩散时间的延长,接头界面处形成的针棒状硼...     

偏离度对抗热腐蚀单晶高温合金DD483拉伸性能的影响

用螺旋选晶器法制备DD483抗热腐蚀单晶高温合金,在偏离度小于100时测试合金从室温到1 000℃的瞬时拉伸性能:研究0～30.范围内偏离度对合金室温和950℃拉伸性能的影响.结果表明:由于单相γ'的反常屈服行为,750 ℃时合金的抗拉强度达到峰值1 300 MPa,屈服强度达到1 105 MPa;偏离度在0～30°范围内,DD483合金室温及950℃时的屈服强度和抗拉强度均随偏离度增加而减小,塑性随偏离度的增加而增大;不同偏离度样品的室温拉伸的变形机制并没有明显差别,拉伸性能的差异主要在于Schmid因子和弹性模量的不同;950℃时由于开动滑移系数目的增加,偏离度对合金拉伸强度的影响相对室温的影响减小.     

熔体过热处理对DD98镍基单晶高温合金持久性能的影响

研究了在不同熔体过热处理条件下一种镍基单晶高温合金的高温持久性能,并观察了持久断裂后的断口及变形组织。结果表明:随着熔体处理温度的提高和保温时间的加长,γ’筏型组织的完善程度增加,厚度减小;断口上韧窝数量、尺寸、形状均不同,显示出韧性断裂特征;热处理态单晶高温合金在1010℃,248 MPa下的高温持久寿命有大幅度提高、高温伸长率增加38.9%。     

基于DD5单晶高温合金制件的时效处理转炉试验

为验证DD5单晶高温合金制件时效处理工艺转入新引进国产真空炉是否满足工艺要求,同时与进口真空炉中完成时效处理后的试样进行对比以确认差异,特开展了时效处理工艺转炉试验。采用DD5单晶高温合金航空发动机涡轮叶片和试棒分别在新引进国产真空炉和进口真空炉中完成时效处理后,分别对叶片的宏观组织、微观组织和表面贫Cr层以及试棒的高温拉伸性能进行了测试与分析。结果表明:在时效处理阶段,国产真空炉与进口真空炉在参数控制能力相当,能够满足DD5单晶合金制件的时效处理要求,可替代进口真空炉完成时效处理。     

热处理过程中DD6单晶高温合金的组织演化规律与力学性能

研究了DD6单晶高温合金在热处理过程中的显微组织演化规律以及初熔组织的生成机理。通过研究不同固溶时效处理对γ′相形貌、尺寸分布和体积分数的影响且分析了完全热处理后合金的显微硬度和拉伸性能,从而确定了合金最佳的热处理工艺。结果表明,通过差热分析法和金相观察法确定合金的初熔温度在1300~1310 ℃。在1315 ℃固溶处理4 h,枝晶间/枝晶干γ′相尺寸趋于一致,呈立方状均匀排列。在固溶处理过程中,γ/γ′共晶组织熔化生成了不规则初熔组织。在不同的一次时效工艺下,1120 ℃时效4 h空冷后,γ′相立方度更好,尺寸分布更均匀。合金最佳的热处理工艺为1290 ℃×1 h+1300 ℃×2 h+1315 ℃×4 h, AC+1120 ℃×4 h, AC+870 ℃×32 h, AC。合金在完全热处理后,随拉伸温度从室温升高至850 ℃时,强度达到峰值,温度继续升高,强度下降;在760 ℃拉伸时塑性最差,随着拉伸温度从760 ℃升高到950 ℃,塑性提高。     

DD6单晶高温合金的等温氧化行为(英文)

研究第二代单晶高温合金DD6在1050℃和1100℃下的等温氧化行为,分别采用SEM、XRD和EDS对氧化产物进行分析。结果表明,在1050℃和1100℃温度下,DD6合金的100h氧化动力学曲线遵循亚抛物线规律。在1050℃时,氧化产物分为两层,外层为NiO和少量的Al2O3,内层为Al2O3。而在1100℃时,氧化产物分为三层,外层为Al2O3和少量的NiO,中间层为Cr2O3和TaO2,内层由Al2O3组成。在这2种温度下的氧化物下面都形成了无γ′相的区域。     

预压缩处理对镍基单晶高温合金蠕变变形机制的影响

对[001]取向镍基单晶合金进行预压缩处理,获得P-型筏状结构后进行拉伸蠕变实验,测定P-型γ'合金(预压缩态)与立方γ'合金(热处理态)的相对蠕变性能.结果表明:在800 ℃,600 MPa条件下,P-型γ'合金的初期蠕变应变及稳态蠕变速率相对较高,而持久寿命相对较短.TEM观察显示,P-型γ'合金在蠕变初始阶段除了基体中的{111}<110>多滑移启动外,位错还以层错和超位错的形式切入γ'相.在980-1020℃温度区间及恒定载荷200 MPa条件下,P-型γ'合金的稳态蠕变速率相对较低,持久寿命相对较高.在稳态蠕变初期,合金中的γ'相有效地抑制了位错沿垂直γ/γ'界面的攀移运动;而在稳态蠕变中期,γ'相被稠密的位错网包围,位错难以切入,合金的蠕变抗力提高.     

Influence of thermal exposure on the microstructures and mechanical properties of a superalloy

The effects of long-term aging on microstructures and their influence on tensile and stress-rupture behavior of a corrosion resistant nickel-base superalloy are investigated. Samples are aged isothermally at 1073, 1123, or 1173 K for different times of up to 10,000 h and mechanical tests are performed on samples in both standard heat treatment (SHT) and aged conditions. Scanning electron microscopy (SEM) studies reveal that the coarsening kinetics of γ′ follows a linear law at different temperatures with the calculated activation energy, i.e., 255 kJ/mol, for γ′ growth according to Lifshitz-Slyozof-Wagner (LSW) theory. After long-term aging for more than 1 khours, σ phase appears in the alloy. The kinetics of σ formation can be described by the Johnson-Avrime-Mehl equation. Tensile experiments at room temperature and 1173 K and endurance experiments at 1173 K/274 MPa are performed to test the effect of σ phases on these properties and no remarkable harmful effect is found. γ′ coarsening can be used to explain the reduction of yield stress, which is tested by the Labusch-Schwarz hardening theory. Although the presence of the σ phase clearly does affect the fracture process, the σ phase does not embrittle the alloy.     

加载速率和峰值载荷对DD407镍基单晶高温合金纳米压痕蠕变行为的影响

在加载速率500～6000 uN/s和峰值载荷4000～12000 uN的条件下进行纳米压痕蠕变实验,研究DD407镍基单晶高温合金在室温下的蠕变行为.结果表明:DD407镍基单晶高温合金具有良好的蠕变抗力性能,但其蠕变性能对加载速率和峰值载荷敏感.依据Findley模型,得到拟合的蠕变参数随着加载速率和峰值载荷的增加...     

热处理对镍基单晶高温合金微观组织和高温持久性能的影响

采用螺旋选晶法,制备了一种镍基单晶高温合金。在非真空箱式电阻炉中进行分级均匀化热处理,研究了热处理制度对合金显微组织及持久性能的影响。结果表明:合金的铸态组织由γ-Ni固溶体相、初生和次生的γ-′Ni3Al相、以及γ/γ′共晶相组成;1 305~1 310℃、16 h固溶处理后,次生γ′全部固溶,少量γ/γ′共晶没有完全固溶;1 315℃、16 h固溶处理后,γ/γ′共晶全部固溶;1 320℃、2 h固溶处理后,出现少量初熔;两次时效处理明显改变了γ′的尺寸、形貌及分布;合金经1 180℃、2 h 1 290℃、2 h 1 315℃、16 h AC 1 140℃、4 h AC 870℃、24 h AC完全热处理后,在1 100℃,137 MPa条件下持久寿命达到100 h。持久裂纹主要沿与拉应力垂直的枝晶间横向段萌生扩展,与γ/γ′共晶完全固溶状态相比,未固溶的γ/γ′共晶更容易成为主要裂纹源。     

一种含4.2%Re单晶镍基合金在蠕变期间的组织演化与变形特征(英文)

通过组织形貌观察及蠕变曲线测定,研究了一种含Re镍基单晶合金的高温蠕变行为。结果表明:含4.2%Re单晶合金在1060-1100℃温度区间具有较好的承温能力,但表现出较强的施加应力敏感性。经高温蠕变断裂后,在试样不同区域γ′相具有不同的组织形貌,在远离断口区域γ′相形成的筏状组织与施加应力轴方向垂直,而在近断口区域,筏状γ′相的粗化及扭曲程度的增大为该区域发生较大塑性变形所致。在蠕变后期,合金的变形机制是迹线方向为[011]和[011]的滑移位错切入筏状γ′相,主、次滑移系交替开动,使筏状γ′相发生扭折形成不规则的扭曲形态,直至发生断裂是合金的蠕变断裂机制。