一种镍基单晶高温合金持久性能的预测

在Monkman-Grant方程的基础上计算了试验合金的Larson-Miller曲线,对预测的结果与试验结果进行了比较,计算曲线与实测曲线有较好的吻合,证明该方法能够准确地预测试验合金的持久性能。     

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%。     

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。     

一种镍基单晶高温合金高温持久性能的各向异性

测定了一种镍基单晶高温合金[001],[011]和[111]三个取向的高温持久性能。结果表明,[001]方向塑性最好,[111]方向寿命最长,而[011]方向各性能指标都较低,组织分析显示,[111]取向启动多个滑移系,形成界面位错网,且分切应力低,因而寿命长;[001]取向等价滑移系最多,可有效钝化微裂纹,因而塑性最好;而[011]取向切应力高,滑移系少,形变孪晶易促进裂纹萌生,所以寿命短且塑性也低,三种试样在持久过程中都形成一种沿枝晶方向的藤状γ′,是由各枝晶间的微小取向差引起的,这些滕状γ′可以成为一种重要的裂纹源。     

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。     

Al含量对镍基单晶合金组织及持久性能的影响

研究了铝含量对一种镍基单晶合金铸态和热处理态显微组织的影响,测试了单晶合金的高温持久性能,利用金相显微镜、SEM、TEM、XRD等考察了持久断裂试样的微观形貌.结果表明,单晶合金的铸态组织由粗大的γ'、细小的γ'和γ组成,随Al含量的增加,粗大的γ'相数量增多、尺寸增大.固溶处理不能使粗大的γ'完全固溶,持久断裂裂纹主要在粗大的γ'/γ界面产生,并沿γ'/γ界面扩展,严重损伤合金的高温持久性能.     

晶界角度对一种镍基双晶高温合金持久性能的影响

研究了晶界角度对一种镍基双晶高温合金持久性能的影响.结果表明,双晶试样的持久性能低于单晶试样.随着晶界角度的增加,试样的持久性能降低,断裂方式逐步由穿晶断裂向沿晶断裂过渡.随着温度的升高,由穿晶断裂过渡到沿晶断裂的临界晶界角度变小.871℃,552MPa条件下,12°晶界断口开始出现沿晶断裂特征;1100℃,120MPa条件下,4.5°晶界断口开始出现沿晶断裂特征.     

钴、钨和钛对镍基单晶高温合金持久性能的影响

采用正交实验设计方法，探讨了Co，W和Ti及其含量对镍基单晶高温合金持久性能的影响，通过数学分析，对合金成分进行了优化。结果表明：此合金系中Ti含量对持久寿命影响最大，Co次之，W对持久寿命影响最小；当Co，W和Ti含量（ω，％）分别为10，8和0时合金具有较好的持久性能。此合金长期时效后还显示出良好的组织稳定性。     

Ti含量对一种镍基单晶合金组织和持久性能的影响

研究了3种不同含Ti量单晶高温合金的铸态、热处理态组织及持久性能。结果表明：Ti含量对合金的微观组织和持久性能都有明显的影响。随着钛含量的增加，铸态合金枝晶间区域的共晶尺寸和含量明显增大、增多，枝晶间区域的面积也逐渐增大。热处理后，3种合金的枝晶干处的γ′相形态基本一致，都为规则的立方体γ′相，尺寸大约为400nm-500nm。随着钛含量的增加，合金的持久寿命略有降低，延伸率略有增加。     

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。     

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。     

Effect of anisotropy on microstructure and high temperature stress rupture properties of Ni3A1 base single crystal alloy

The effect of anisotropy on microstructure and high temperature stress rupture property of Ni3A1 base single crystal alloy was investigated. The single crystal specimens were produced by screw selection crystal method. The microstructures were examined by OM, SEM, TEM and X-ray EDS techniques. The stress rupture tests were can-led out in air by constant load creep machines under 1 100 ℃ and 130 MPa. The experimental results show that the dendrites preferential orientation deviates certain angles to heat flow orientation, and the secondary arms occur for different crystallographic orientations. The single crystal alloy with different orientations shows obvious anisotropy during tensile stress rupture tests under 1 100 ℃ and 130 MPa. The 〈111〉 orientation specimen has the best stress rupture life of 211 h. The high ductility at 1 100 ℃ of the 〈001〉 orientation specimen may be attributed to the most multiple equivalent slip systems.     

应变速率对单晶高温合金中温拉伸性能的影响

研究了应变速率对一种单晶高温合金760和850 ℃拉伸性能的影响,分析了试样的断口形貌和断裂组织特征。结果表明,随着应变速率的增加,合金的中温拉伸强度稍有增加,伸长率稍有减小。合金中温拉伸性能对应变速率的敏感性非常小。合金中温拉伸断裂机制为类解理断裂,随着应变速率的增加,解理面的总面积减小,滑移带间距变窄。     

钎焊温度对CMSX-4单晶高温合金接头组织与性能的影响

采用一种镍基合金钎料钎焊CMSX-4单晶高温合金,利用扫描电镜、电子探针等分析手段研究接头的微观组织与相组成,并利用高温持久试验机测试接头的高温持久性能,讨论不同钎焊工艺条件下,接头的组织与性能变化规律及接头的断裂机制。研究发现,随着钎焊温度的提高,焊缝中低熔点化合物相减少,小尺寸凝固缺陷消失,白色硼化物比例先升高后降低,γ′沉淀相增多,接头的高温组织稳定性增加。当钎焊温度不低于1 290 ℃时,CMSX-4单晶高温合金接头在980 ℃/100 MPa条件下的持久寿命可达到400 h。观察接头的断口形貌发现,断裂均发生在焊缝处,断裂模式为以脆性断裂为主的混合断裂。     

Effect of competitive crystal growth on microstructural characteristics of directionally solidified nickel-based single crystal superalloy

Directionally solidified single crystal superalloy test bars were prepared by the spiral grain selection method.The microstructural evolution and orientation characteristics of the starter block and spiral part were studied,and the influence of the competitive growth of crystals on the microstructural characteristics was analyzed.The results show that the divergent grain groups,with small size and randomly oriented grains,appear at the bottom of the start block due to the chilling effect,which is an important area for competitive growth.As the height of the starter block increases,the primary dendrite spacing increases,and the grain density decreases;furthermore,the proportion of grains with an orientation deflection angle less than 10°gradually increases.The<001>texture gradually becomes stronger as the height of the starter block increases,which indicates that the competitive growth of crystals gradually weakens.At the initial stage of the crystal selection in the spiral part,the obstacle of adjacent grains and spiral passage is the main working mechanism.The grains located at the inner side of the front edge of the spiral passage have the growth advantage.The single crystal screening process is achieved at about two-thirds of the spiral height,and the single crystal with the orientation deviation angle of 6.7°from the casting axis is prepared.     

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。     

温度对镍基单晶高温合金SRR99持久各向异性行为的影响

为了揭示单晶高温合金SRR99在650-1040°C温度范围内及典型应力条件下的持久各向异性行为,采用扫描电镜和透射电镜对持久实验后试样的断口形貌和微观组织演化进行研究。从Larson-Miller曲线看出,在中低温条件下,[001]取向单晶具有最好的持久性能,而[011]和[111]取向的持久性能相差不大;随着温度的升高,3个主取向的持久性能的差异逐渐缩小,到1040°C时几乎相同。通过断口形貌和组织观察,分析[001]取向单晶持久性能较佳的原因,同时探讨取向偏离度对[001]取向单晶持久性能的影响。     

应力对单晶高温合金再结晶的影响

通过试验和理论计算相结合的方法研究了应力对单晶高温合金再结晶形成规律的影响。结果表明,再结晶的形成与应力密切相关。当施加的应力高于临界应力时才会产生再结晶,而低于临界应力则不会产生再结晶,并且再结晶临界应力随着温度的升高而降低。在相同温度下,试验合金的再结晶层厚度随着应力的增加而呈线性增加;在相同应力下,再结晶层厚度随着温度的升高而呈指数增长。此外,随着温度的升高,再结晶层厚度的增长速率随应力的增加而增大。