一种第三代单晶高温合金中高温横向持久性能

研究一种镍基第三代单晶(single crystal, SC)高温合金在760℃/800 MPa,980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下的横向持久性能。结果表明:在760℃/800 MPa,980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下,该合金横向持久寿命与伸长率均低于纵向;横向与纵向持久断裂后的位错组态特征一致,760℃/800 MPa条件下断裂后γ′相中存在相交的层错,而1100℃/137 MPa条件下断裂后γ/γ′相界面形成位错缠结与高密度位错网;横向与纵向在760℃/800 MPa条件下为类解理断裂与韧窝断裂的混合断裂,而在980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下为韧窝断裂;第一代单晶高温合金DD3、第二代单晶高温合金DD6与本研究的第三代单晶高温合金中高温横向持久断裂机制基本一致;外应力方向垂直于定向凝固过程形成的一次枝晶间界面,是横向持久性能低于纵向的主要原因。     

一种第三代单晶高温合金中高温横向持久性能EI北大核心CSCD

研究一种镍基第三代单晶(single crystal,SC)高温合金在760℃/800 MPa,980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下的横向持久性能。结果表明:在760℃/800 MPa,980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下,该合金横向持久寿命与伸长率均低于纵向;横向与纵向持久断裂后的位错组态特征一致,760℃/800 MPa条件下断裂后γ′相中存在相交的层错,而1100℃/137 MPa条件下断裂后γ/γ′相界面形成位错缠结与高密度位错网;横向与纵向在760℃/800 MPa条件下为类解理断裂与韧窝断裂的混合断裂,而在980℃/250 MPa与1100℃/137 MPa条件下为韧窝断裂;第一代单晶高温合金DD3、第二代单晶高温合金DD6与本研究的第三代单晶高温合金中高温横向持久断裂机制基本一致;外应力方向垂直于定向凝固过程形成的一次枝晶间界面,是横向持久性能低于纵向的主要原因。     

[011]取向DD6单晶高温合金薄壁持久性能

采用薄壁试样研究了760,980,1070℃条件下[011]取向第二代单晶高温合金DD6的持久性能.结果表明:与标准试样(直径5mm)相比,DD6单晶高温合金薄壁试样的持久寿命与之相当.对合金760℃/590MPa,980℃/270MPa及1070℃/270MPa条件下组织分析发现:760℃合金γ’相局部发生变形,98...     

一种含4.5%Re/3.0%Ru的单晶镍基合金的高温蠕变行为

通过对含4.5%Re/3.0%Ru单晶镍基合金进行高温蠕变性能测试,并采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对不同蠕变期间的试样进行组织形貌观察,研究了该合金的高温蠕变行为。结果表明,本实验所选用的单晶合金在高温蠕变期间具有良好的蠕变抗力,在1040℃/160MPa的蠕变寿命达到725h。高温蠕变初期,合金中γ′相沿垂直于应力轴方向转变成筏状结构,其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。高温蠕变后期,合金的变形机制是位错在基体中滑移和剪切筏状γ′相。位错的交替滑移使筏形γ′相扭曲,并在γ/γ′两相界面发生裂纹的萌生与扩展直至断裂,是合金在高温蠕变后期的断裂机制。     

一种镍基单晶合金高温蠕变期间的变形特征及元素分布

通过对一种6％Re/5％Ru镍基单晶合金进行高温蠕变性能测试、组织形貌观察及三维原子探针成分分析,研究了合金高温蠕变前后的元素分布及蠕变过程中的变形特征.结果表明,完全热处理后Al和Ta元素主要分布在合金的γ'相中.合金在1120℃/165 MPa条件下蠕变断裂后,元素在γ/γ'两相的分布发生改变,其中,Al、Ta、Cr和Co因为氧化作用导致在γ/γ'两相中的浓度均降低.此外,一部分Re、Ru、W和Mo原子富集于γ/γ'相过渡区域附近的γ基体一侧,可引起晶格畸变,增加位错运动的阻力,延缓位错剪切进入γ'相,是含Re/Ru合金具有较好高温蠕变抗力的原因之一.蠕变后期,切入相的位错可由{111}面交滑移至{100}面形成K-W锁,其保留的高数量K-W位错锁可抑制位错滑移和交滑移,是合金有较好蠕变抗力的原因之一.     

高温热处理对带热障涂层DD6单晶高温合金互扩散行为及持久断裂特征的影响

采用电子束物理气相沉积方法在DD6单晶高温合金基体上制备了热障涂层,带涂层试样首先在1100℃空气气氛中分别进行了50h和100h热处理,然后在980℃/250MPa条件下进行持久实验,研究了持久断裂后合金与黏结层界面的互扩散行为、组织形貌以及断裂特征。结果表明:经过1100℃热处理,合金与黏结层之间的元素发生了互扩散,合金基体中Cr含量增加,而Re,Nb,Mo,Ta等元素向黏结层扩散;随热处理时间的增加,析出的不稳定相数量增多,持久断裂试样γ′相粗化程度增加;1100℃热处理带热障涂层持久断口为韧窝断口,与合金标准试样断口特征类似。     

一次枝晶间距对DD26单晶高温合金持久各向异性的影响

研究了取向对高速冷却法(DD26-HRS)和液态金属冷却法(DD26-LMC)制备的DD26单晶高温合金760℃/670 MPa条件下持久性能的影响。结果表明,DD26-HRS合金一次枝晶间距明显大于DD26-LMC合金,而且DD26-HRS合金持久各向异性更为严重。位错形貌显示靠近[001]-[012]边界试样变形以基体内多滑移为主。由于DD26-HRS合金γ′相尺寸较大,抑制了层错带剪切γ′相的变形机制,从而使得DD26-HRS合金持久寿命高于LMC合金。然而,靠近[001]-[112]边界试样变形以单方向层错剪切γ′相为主,基体内开动的位错较少,DD26-HRS合金枝晶间粗大的碳化物相周围易于位错的堆积,从而萌生裂纹并沿碳化物界面迅速开裂,造成DD26-HRS合金持久寿命低于DD26-LMC合金。     

Ni3Al基高温合金不同温度下变形组织的透射电镜观察

本文利用透射电镜对Ni_3Al基高温合金的初始状态、室温和870℃下瞬时拉伸和1100℃持久蠕变试样的微观组织及位错组态进行了观察。结果表明:合金在γ/γ′界面上存在大量网络化的错配位错,这些位错在变形时对基体γ′中的位错运动起强烈的阻碍作用;在1100℃持久蠕变过程中合金组织发生显著变化,γ相聚集回溶成高位错密度的胞状组织,对合金仍起强化作用。γ相是合金的强化相。     

一种4.5%Re镍基单晶合金在980℃蠕变期间的变形与损伤机制

通过蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了一种Re含量为4.5%Re(质量分数,下同)的镍基单晶合金的高温蠕变行为、变形和损伤机制。结果表明,4.5%Re合金在980℃/300MPa的蠕变寿命为169h。蠕变初期,合金中立方γ′相转变为垂直于应力轴的N型筏状结构。稳态蠕变期间,合金的变形机制为位错在基体中滑移和攀移越过筏状γ′相。蠕变后期,合金的变形机制为位错在基体中滑移和剪切进入筏状γ′相。由于γ基体通道较窄,位错在基体通道中滑移所需的阻力较大。剪切进入γ′相的110超位错可由{111}面交滑移至{100}面,形成K-W锁,从而抑制位错的滑移和交滑移,这是合金具有较好蠕变抗力的主要原因。主/次滑移位错的交替开动,可致使筏状γ′相扭曲,并促使裂纹在筏状γ/γ′两相界面萌生;裂纹沿垂直于应力轴方向扩展,直至断裂,这是合金的蠕变断裂机制。     

γ′相对高钨镍基高温合金拉伸和持久变形行为的影响

对K416B高钨高温合金进行固溶和时效处理以调整其中γ?相的形貌使其具有两种尺寸,研究了铸态和热处理态合金的拉伸和持久变形行为。结果表明,铸态K416B合金中的γ?相在基体中分布均匀,其平均尺寸为200 nm,能有效阻碍位错在基体中运动从而使其屈服强度提高。在热处理态的K416B合金中析出了两种γ?相,其尺寸分别为1μm和100 nm。在热处理态K416B合金的室温拉伸过程中全位错剪切大尺寸初生γ?相和以Orowan机制绕过小尺寸二次γ?,使其屈服强度降低。在高温下二次γ?相更容易粗化而使γ基体的宽度增大,促进位错剪切γ?相而使持久应变速率提高。同时,在持久变形过程中纳米级W6C颗粒在γ-γ?相界面弥散析出消耗大量W元素降低γ-γ?两相的错配度,使合金的强化水平下降而导致其持久寿命大幅度降低。     

Anisotropy of Stress Rupture Properties of DD6 Single Crystal Superalloy at 980℃/250MPa Near [001] Orientation

通过不同取向DD6单晶高温合金980℃/250MPa持久测试,研究了取向对980℃持久性能的影响.结果表明:[001]取向偏离主应力轴15°以内,DD6单晶高温合金980℃/250MPa持久寿命相当,没有各向异性.这主要是由于近[001]取向DD6单晶高温合金多个<110>{111}滑移系共同作用的结果.同时,原子扩散造成的γ’筏排和γ/γ’相界面形成的位错网也降低持久性能各向异性.     

一种镍基单晶合金高温长期时效后的组织与力学性能

研究了高温长期时效对一种镍基单晶合金组织和在1010℃/248MPa条件下的持久性能的影响.结果表明:950℃时效500h以前,合金的持久性能变化不大,时效1000h后合金的持久性能大幅度降低,1050℃时效100h后,合金的持久性能便开始明显下降,持久性能降低的原因是γ′相尺寸的增大及形状不规整.合金在950℃时效500h和1050℃时效100h后,γ′相开始沿不同的[100]方向长大,γ/γ′相界面能和弹性应变能的降低是γ′相长大的驱动力.     

近[001]取向DD6单晶高温合金980℃/250MPa持久性能各向异性研究

通过不同取向DD6单晶高温合金980℃/250MPa持久测试,研究了取向对980℃持久性能的影响。结果表明:[001]取向偏离主应力轴15°以内,DD6单晶高温合金980℃/250MPa持久寿命相当,没有各向异性。这主要是由于近[001]取向DD6单晶高温合金多个〈110〉{111}滑移系共同作用的结果。同时,原子扩散造成的γ′筏排和γ/γ′相界面形成的位错网也降低持久性能各向异性。     

TLP连接对一种镍基单晶高温合金高温蠕变变形组织的影响EI北大核心

采用Ni-Cr-B非晶中间层瞬态液相连接(Transient Liquid Phase bonding,TLP bonding)了一种镍基单晶高温合金DD98。着重研究了1010℃/248MPa和982℃/248MPa条件下,蠕变变形过程中TLP接头与母材样品的显微组织变化,并分析了二者之间差别的产生原因。实验结果表明,在两种蠕变条件下,接头与母材的蠕变寿命相当,但接头的蠕变塑性低于母材。高温蠕变变形后,接头与母材的立方体γ′相均已形筏,但二者的筏型形貌存在明显差别。接头样品纵截面上γ′相筏型形貌基本相同,没有发生明显粗化;母材样品纵截面上筏型形貌变化明显,距离断口越近,筏型厚度越大,在断口附近,筏型的γ′相不再与应力轴垂直,发生了倾斜。二者组织不同的原因是接头与母材蠕变变形能力不同,接头的塑性变形量小,筏型γ′相粗化不明显。     

长期时效对DD6单晶高温合金组织和力学性能的影响

采用螺旋选晶法制备DD6合金单晶试棒,标准热处理后在980℃长期时效2000 h,研究980℃长期时效对DD6单晶高温合金的组织演化及力学性能的影响.结果表明:随着长期时效时间的延长,合金中γ'相的尺寸增大,2000 h后γ'相尺寸约为1μm,没有TCP相析出,合金具有较好的组织稳定性.2000 h长期时效试样在980℃/243 MPa下持久寿命为180.16 h,为热处理态的56.3％;在1070℃/130 MPa下持久寿命为144.42 h,为热处理态的35.31％,断裂模式均为微孔聚集型断裂;相比热处理态的合金,2000 h长期时效态试样760℃的抗拉强度和屈服强度分别降低5.55％和5.88％;980℃的抗拉强度和屈服强度分别下降11％和10.59％.     

Ru对单晶高温合金拉伸性能的影响

为了研究Ru在含Re单晶高温合金的作用,利用扫描电镜和透射电镜以及电子拉伸实验机对不同Ru含量的三种单晶高温合金的拉伸性能和变形组织及形貌进行观察和分析,研究结果表明:三种合金随着Ru含量的增加,合金热处理态γ′相尺寸逐渐减小,立方度明显增加。900℃下的拉伸实验表明随着Ru含量的增加,合金的屈服强度和抗拉强度都略有增加。900℃下三种合金的断裂方式均为纯剪切型断裂。变形机制为位错切割γ′位错对夹着反相畴界模式。因此,Ru的加入略微增加了合金的强度,但没有改变合金的变形机制和断裂特征。     

单晶镍基合金的层错能及其对蠕变机制的影响

通过对合金进行不同温度层错能的计算、蠕变性能测试及位错组态的衍衬分析,研究温度对单晶镍基合金层错能和蠕变机制的影响。结果表明:合金在760℃具有较低的层错能,其蠕变期间的变形机制是〈110〉超位错剪切进入γ′相,其中,切入γ′相的位错可分解形成(1/3)〈112〉位错+(SISF)层错的位错组态。随温度的提高,合金的层错能增大,合金在1070℃蠕变期间的变形机制是〈110〉螺、刃超位错剪切进入γ′相。在980℃,合金的层错能介于760~1070℃之间,蠕变期间的主要变形机制是〈110〉螺、刃超位错剪切进入γ′相,其中,剪切进入γ′相的螺位错由{111}面交滑移至{100}面,形成(1/2)〈110〉不全位错+反向畴界(APB)的K-W锁位错组态,这种具有面角非平面芯结构的K-W锁可抑制位错的交滑移,提高合金的蠕变抗力。其中,蠕变期间较低的应变速率仅释放较少的形变热,不足以激活K-W锁中的位错在{111}面滑移,是K-W锁在980℃得以保留的主要原因。     

定向凝固Ni3Al基高温合金IC10的760℃蠕变机理

研究了定向凝固高温合金IC10在760℃/750MPa条件下的恒载拉伸蠕变机理.结果表明:在760℃/750MPa条件下蠕变时,IC10合金组织稳定,TEM位错形貌中有反向畴和层错,位错切过γ′是合金的主要蠕变机制.蠕变裂纹均产生于γ基体和碳化物界面上,并沿着垂直于应力轴方向在基体中扩展.     

定向凝固Ni3Al基高温合金IC10的760℃蠕变机理EI北大核心

研究了定向凝固高温合金IC10在760℃/750MPa条件下的恒载拉伸蠕变机理。结果表明:在760℃/750MPa条件下蠕变时,IC10合金组织稳定,TEM位错形貌中有反向畴和层错,位错切过γ′是合金的主要蠕变机制。蠕变裂纹均产生于γ基体和碳化物界面上,并沿着垂直于应力轴方向在基体中扩展。     

Ru对一种高W镍基单晶合金蠕变性能的影响

设计并制备了4%W/无Ru、6%W/无Ru以及6%W/2%Ru三种镍基单晶高温合金,通过蠕变性能测试、组织形貌观察、元素分布测定以及XRD谱线测定,研究Ru对一种高W镍基单晶合金蠕变性能的影响。结果表明,提高W含量会促进拓扑密堆相(TCP)析出,从而影响蠕变寿命,6%W/无Ru合金在1070℃/137 MPa条件下的蠕变寿命仅为58 h。元素Ru可改善元素W在γ/γ两相的浓度分布,高温蠕变期间元素Ru可抑制元素W由γ相向γ相扩散。6%W/2%Ru合金经高温蠕变无TCP相析出,其在1070℃/137 MPa条件下的蠕变寿命高达383 h。三种合金在高温蠕变期间,γ相均可形成垂直于应力轴方向的筏状结构,TCP相可破坏筏状结构的连续性,导致γ/γ两相扭折程度加剧,是6%W/无Ru合金蠕变寿命较低的主要原因。