基于计算机仿真镍基单晶高温合金再结晶过程分析

再结晶是影响高温合金高温蠕变性能的重要因素.以DD6镍基单晶高温合金为研究对象,建立了再结晶过程中形核生长、储能分布、晶粒长大的数学模型,利用计算机模拟技术分析了材料热处理过程中再结晶的整个过程和动力学曲线.该研究为镍基单晶高温合金生产过程中的蠕变性能优化提供了参考.     

基于计算机仿真镍基单晶高温合金再结晶过程分析（英文）

再结晶是影响高温合金高温蠕变性能的重要因素。以DD6镍基单晶高温合金为研究对象,建立了再结晶过程中形核生长、储能分布、晶粒长大的数学模型,利用计算机模拟技术分析了材料热处理过程中再结晶的整个过程和动力学曲线。该研究为镍基单晶高温合金生产过程中的蠕变性能优化提供了参考。     

W和Re对固溶态镍基单晶高温合金变形和再结晶的影响

镍基单晶高温合金固溶处理后,分别经过Brinell硬度计压痕和吹砂引入变形,热处理后观察再结晶,研究了W和Re元素对固溶态镍基单晶高温合金变形和再结晶的影响.结果表明,加入W和Re后,单晶高温合金变形后位错密度增大,位错缠结增多,再结晶形核时间滞后,即再结晶孕育期延长,再结晶深度明显减小.单晶高温合金经吹砂后,表面显微硬度明显增加,加入W和Re后,变形深度减小,再结晶晶界迁移速率最大值降低,且沿着再结晶深度方向,晶界平均迁移速率的变化与显微硬度变化趋势一致.     

定向凝固和单晶高温合金的再结晶

本文系统分析了定向凝固和单晶高温合金再结晶的特点、危害以及影响再结晶的主要因素,阐述了再结晶的物理本质.再结晶行为受合金元素、变形程度、热处理温度及时间、变形速率、变形工艺等的影响.再结晶的物理本质是由铸态γ'相溶解控制的高能态畸变组织向低能态无畸变组织转变的过程.镍基定向凝固高温合金再结晶开始温度在1050℃左右,钴基定向凝固高温合金在1100℃左右.定向凝固和单晶高温合金的动态再结晶行为主要与高温氧污染和自由表面有关.再结晶对高温持久、疲劳性能影响较大,含再结晶层的断口源区表现为沿晶断裂.目前定向凝固构件上的再结晶检测普遍采用金相方法.     

镍基单晶高温合金激光多道搭接熔覆过程晶体生长行为和微观组织分布的研究

建立了一个三维模型来数值模拟激光多道搭接熔覆镍基单晶高温合金过程中的晶体生长行为和微观组织分布,并与激光熔覆镍基单晶高温合金Rene N5的实验结果进行对比。结果表明:搭接率和搭接方式直接影响搭接过程中的熔池形状,并最终影响搭接部分的晶体生长行为和微观组织分布,数值模拟结果和实验结果吻合很好。     

Re和W对铸态镍基单晶高温合金再结晶的影响

对不同Re和W含量的铸态镍基单晶高温合金通过Brinell硬度计压痕变形,分别在1230~1330℃保温1 h,研究了难熔元素Re和W对合金再结晶行为的影响.结果表明,再结晶晶粒在压痕表面形成,并沿枝晶干向内扩展,晶界迁移受到枝晶间粗大g'相和g+g'共晶阻碍.添加Re和W提高了铸态单晶高温合金的g'相溶解温度和g+g'共晶含量,导致单晶高温合金的再结晶温度升高.热处理温度升高,各单晶高温合金的再结晶面积随着枝晶间g'相和共晶含量的减少而增大.相同热处理温度下,由于不同成分单晶高温合金枝晶间粗大g'相和g+g'共晶含量不同,不含难熔元素Re和W的单晶高温合金再结晶面积最大,含Re单晶高温合金的再结晶面积大于含W单晶高温合金,同时添加Re和W的单晶高温合金再结晶面积最小.     

镍基单晶高温合金组织稳定性的数学统计分析

镍基单晶高温合金的组织稳定性与难熔元素铼(Re)和钌(Ru)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Re和Ru添加的特点;综述了难熔元素Re和Ru对镍基单晶高温合金的组织稳定性的影响,并指出了其中存在的问题,展望了未来研究发展的方向。     

镍基单晶高温合金蠕变行为研究进展

从镍基单晶高温合金蠕变中γ'相定向粗化和筏化、蠕变各向异性、蠕变寿命预测及Re和Ru元素对蠕变性能的影响方面,综述了镍基单晶高温合金蠕变行为的研究进展,并对镍基单晶高温合金的发展方向进行了展望。     

镍基单晶高温合金沉淀相尺度效应研究

对Ni_3Al(γ')沉淀相尺寸对镍基单晶高温合金拉伸性能的影响进行了研究。对镍基单晶高温合金而言,材料的屈服来源于位错以Orowan机制绕过沉淀相,而Orowan应力与沉淀相间距有关。根据这一机理,基于晶体塑性理论,引入一个本构方程以表征沉淀相尺寸对镍基单晶高温合金屈服强度的影响。采用该本构模型,分别计算了在[001]以及[111]2个取向下,含有尺寸为0.2~2.5μm沉淀相的镍基单晶高温合金屈服强度,并与试验结果进行了对比验证。结果表明,该模型可以准确表征镍基单晶高温合金沉淀相的尺度效应。     

Mo和W在镍基单晶高温合金中的作用研究进展综述

镍基单晶高温合金因其优异的高温性能而广泛应用于航空发动机涡轮叶片的制备。经过几十年的发展,国外已发展至第六代镍基单晶高温合金,合金体系中的Re和Ru等贵重金属元素的含量也不断增加。贵重元素的添加导致合金的成本和密度上升,对合金的研制和批量商业化应用不利。Mo和W作为较低成本的强化元素,在镍基单晶高温合金中发挥了重要的作用。Mo 和W在镍基单晶高温合金中的作用已有较为广泛的研究,本文简单综述了Mo和W在镍基单晶高温合金中对微观结构,包括元素分布、γ/γ′相两相结构、组织稳定性等方面,以及高温持久性能、对凝固缺陷和抗氧化及抗热腐蚀性等的影响,并提出了未来潜在的研究方向。