Effects of Long-Term Aging on the Microstructures and Tensile Properties of Ni-Based Single Crystal Superalloy

利用微观分析方法研究了第二代镍基单晶合金 DD6 标准热处理和980 ℃/1050 ℃/1200 ℃/长期时效对γ/γ′形态演化和拉伸性能的影响。结果显示：镍基单晶合金DD6在较高温度时效处理后会发生形态不稳定,1050 ℃/时效800 h后γ′强化相逐渐连接成筏;1200 oC时效100 h后,γ/γ′微结构的立方度明显下降并逐渐向球形边界转化,并伴有少量细小基体相嵌入强化组织。在γ/γ′界面附近分布着大量位错线,位错运动随着时效处理时间和温度的增长而加强。1050 ℃/时效1000 h后在固溶元素富集区析出块状沉淀相,其脆性特征在低温拉伸时会塞积位错运动形成应力集中。760 ℃高温下的抗拉强度、屈服强度和延伸率随着时效时间增长而减小,断面收缩率有所波动     

长期时效对镍基单晶合金微结构演化和拉伸性能的影响（英文）

利用微观分析方法研究了第二代镍基单晶合金DD6标准热处理和980℃/1050℃/1200℃/长期时效对γ/γ′形态演化和拉伸性能的影响。结果显示:镍基单晶合金DD6在较高温度时效处理后会发生形态不稳定,1050℃/时效800 h后γ′强化相逐渐连接成筏;1200oC时效100 h后,γ/γ′微结构的立方度明显下降并逐渐向球形边界转化,并伴有少量细小基体相嵌入强化组织。在γ/γ′界面附近分布着大量位错线,位错运动随着时效处理时间和温度的增长而加强。1050℃/时效1000 h后在固溶元素富集区析出块状沉淀相,其脆性特征在低温拉伸时会塞积位错运动形成应力集中。760℃高温下的抗拉强度、屈服强度和延伸率随着时效时间增长而减小,断面收缩率有所波动。     

镍含量对Co-8.8Al-9.8W基合金时效组织演变与γ′相溶解行为的影响

为了研究镍含量(5、15、25和35,at%)对Co-8.8Al-9.8W基高温合金时效组织演变及γ′强化相溶解行为的影响,运用SEM、XRD等对时效处理后合金的γ′相微观组织结构演变、γ′相相转变温度和显微硬度进行了研究。结果表明,Ni含量增加,γ′相溶解温度出现不同程度的提高,γ′相的体积分数也在逐渐增加。当Co-8.8Al-9.8W合金中Ni添加量为25%时,γ′强化相的溶解温度达到了1100℃。合金固相线温度和γ′相的形貌未发生明显变化。4种不同镍含量合金经900℃/50 h热处理后,基体均为典型的γ/γ′两相组织。经900℃/100 h热处理后,γ′相的体积分数出现不同程度的降低,且γ′相发生了明显的粗化。对4种合金900℃/50 h和900℃/100 h的显微硬度测量结果表明,当Ni含量由5%增加至15%时,其显微硬度升高;当Ni含量进一步增加时,合金的显微硬度却降低。合金的时效处理时间由50 h延长至100 h时,γ′相的体积分数减少并伴随着γ′相的粗化,导致Co-8.8Al-9.8W基合金的显微硬度降低。     

热力耦合对一种第四代镍基单晶高温合金1100℃蠕变组织演变的影响

以一种第四代镍基单晶高温合金为研究对象,采用变截面蠕变试样,在1100℃、43~96 MPa条件下进行200 h蠕变中断实验,利用SEM和TEM观察了微观组织演变规律,利用同步辐射高能XRD和EPMA分析了高温低应力条件下镍基单晶高温合金的蠕变组织演变。结果表明:随着应力的增大,镍基单晶高温合金的γ′相体积分数降低,筏化程度增大且筏排厚度下降,同时,γ相通道宽度逐渐增大,而γ/γ’两相界面位错网间距逐渐减小。固溶强化元素Re、Mo和Cr等在γ相中的富集导致γ/γ’两相错配度绝对值增大。蠕变过程中γ’相体积分数降低和γ’相筏排厚度减小显著降低了合金的强度。另外,位错在γ′相溶解所导致的弯曲相界处的塞积,使位错易于切入γ′相,也是镍基单晶高温合金室温硬度下降的重要原因。     

镍基高温合金端淬梯度冷却过程中γ′相演化规律

研究热处理过程中不同冷却速率对镍基高温合金中γ′相析出的影响;采用Thermal-calc热力学计算、差热分析技术,确定新型镍基高温合金的γ′相完全固溶温度;采用有限元模拟、扫描电镜分析等方法,研究端淬梯度冷却过程中合金的温度场分布及γ′相析出和演化规律。结果表明:该合金γ′相完全固溶温度为1140℃,在端淬梯度冷却过程中,距离喷水端越远,冷却速度越低;随着冷却速度的逐渐减小,γ′析出相的体积分数逐渐增加,γ′析出相的形貌由球形向方形逐渐转变,平均尺寸逐渐增大;时效后合金中析出大量细小三次γ′相,合金硬度增加。     

含铼镍基单晶高温合金阶段时效过程中γ/γ′相的微观组织形貌与化学成分(英文)

利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和扫描透射电子显微镜(STEM)研究了含铼镍基单晶高温合金经二次时效处理后的γ/γ′相微观组织结构。实验所用单晶体用悬浮区熔法(FZ)制备。结果表明:二次时效后合金中有方形和球形γ′相析出,方形γ′相的尺寸随着二次时效时间的延长先增大后减小;合金元素Re、Co和Cr严重偏聚于γ相中,而Ni和Al则偏聚于γ′相中。并借助JMatPro热力学计算软件分析了实验现象。     

扫描电镜下一种镍基单晶高温合金在长期时效过程中的界面位错演化

利用场发射扫描电镜观察分析了一种镍基单晶高温合金在长期时效处理过程中的位错网演化过程。结果表明:在1100℃时效过程中合金γ/γ′界面形成了大量界面位错,界面位错反应形成位错网。随着长期时效时间的增加,界面位错网的间距逐渐减小。随着位错反应的进行,部分初始为四边形的界面位错网逐渐转化为八边形,最后形成方形位错网。界面位错处γ′相溶解形成凹槽,与空冷相比,炉冷获得的界面凹槽更深。     

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。     

Ni对Co-Al-W基合金时效组织演变和γ′相溶解行为的影响

以4种不同Ni含量(15%~45%,原子分数)的新型γ′相强化Co-Al-W基合金为研究对象,通过时效与高温热处理显微组织分析以及显微硬度测试,研究了Ni对相转变温度、γ/γ′两相组织演变、γ′相高温溶解行为和显微硬度的影响.结果表明:随着Ni含量的增加,γ′相溶解温度升高,固相线温度未发生明显变化.4种合金经900℃,50 h热处理后,基体均为γ/γ′两相组织;随着Ni含量的增加,γ′相形貌由立方形逐渐向近似球形转变,γ′相体积分数不断降低.经300 h长时间热处理后,合金的γ′相形貌没有明显改变,γ′相体积分数出现不同程度的降低.对900℃,300 h热处理的合金进行970~1060℃高温处理后,γ′相体积分数随着热处理温度的升高而逐渐减少,并最终全部溶解而消失;低Ni含量(15%和25%)合金和高Ni含量(35%和45%)合金的γ′相形貌分别转变为球形和立方形.900℃,50 h和300 h显微硬度测试结果表明:随着Ni含量的增加,合金的硬度降低;热处理时间的延长使合金的硬度小幅增加.     

激光冲击强化对镍基单晶高温合金SRR99组织及性能的影响

目的 解决镍基单晶高温合金航空发动机涡轮叶片在服役时发生表面损伤的问题,探究激光冲击强化对镍基单晶高温合金SRR99的强化变形机制。方法 采用高功率（8 J）短脉冲激光分别对试样进行1、2、3次表面强化,使用白光干涉仪、显微硬度仪、X射线分析仪对强化前后的镍基单晶高温合金试样表面形貌、粗糙度、显微硬度、残余应力进行测试,通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪分析激光冲击强化对镍基单晶高温合金微观组织和物相组成的影响。结果 经过1、2、3次激光冲击后,单晶高温合金试样表面发生了塑性变形,表面凹坑随着冲击次数的增加逐渐加深,表面粗糙度分别为1.566、1.868、2.265μm,显微硬度分别增加了15.3%、25.8%、32.1%,表面残余压应力分别提高为–790、–870、–917 MPa。经强化后,试样表层形成了畸变层,γ′相的面积和体积分数均增大,合金未发生相变,但两相发生了严重的晶格畸变,晶格常数和晶面间距的变化导致两相晶格发生失配,经强化后在试样表层γ′强化相、γ通道、γ/γ′界面观察到大量位错结构,此外还观察到贯穿γ′相、γ相的位错滑移带和致密的位错网络。结论 激光冲...     

热处理对新型镍钴基高温合金组织及硬度的影响

利用CALPHAD方法设计了3种不同(W+Ta)含量的新型镍钴基高温合金,并根据平衡相图确定合金固溶及时效处理制度。利用OM、SEM以及EDS等手段对新型镍钴基高温合金热处理后的微观组织特征进行了分析。结果表明,3种镍钴基高温合金,铸态组织均由γ相、γ′相、γ+γ′共晶组织及碳化物组成,γ+γ′共晶组织呈放射状。经固溶处理后,铸态一次γ′相完全消除,800℃时效后析出三次γ′相。随着时效时间的增加,合金中γ′相尺寸增大,合金的硬度也呈上升趋势,但W+Ta含量高的合金在800℃时效析出的γ′相发生了分裂,硬度先增加后减少。     

晶体取向对镍基单晶高温合金纳米压痕行为的影响（英文）

为了研究晶体取向对镍基单晶高温合金纳米压痕行为的影响,采用带原子力显微镜的Berkovich压头对[001],[011]和[111]取向的镍基单晶高温合金开展了纳米压痕试验。试验结果显示:晶体取向对压痕载荷-深度曲线、硬度和弹性模量有显著影响。晶体取向会影响γ′强化相的形状和体积分数,进而会影响其力学性能。采用晶体塑性理论对3种典型晶体取向下的纳米压痕响应和分解切应力分布开展有限元模拟,模拟结果与试验结果符合得较好。     

镍基单晶合金热处理的组织演化与有限元分析

通过对一种含Re单晶镍基高温合金热处理期间及不同时效温度组织形貌的观察,结合有限元分析,研究合金中γ′相在热处理期间及蠕变期间的组织演化规律。结果表明,在固溶热处理期间,γ′相以蝶形组合从基体中析出;一次时效期间,γ′相长大为立方体形貌;二次时效期间,γ′相略有长大,排列更加规则。经不同温度的一次时效后γ′相尺寸逐渐长大,立方度增加。最后确定出该合金合理的热处理工艺。     

高温时效对高温镍基合金沉淀强化的影响

研究了750～1050℃下长期时效对Ni3Al基高温合金沉淀强化的影响.结果表明:镍基高温合金在不同温度时效处理一定时间后,γ'沉淀强化相呈球形分散在γ基体上,随时效温度升高,γ'沉淀相微粒粗化,合金屈服强度降低,拉伸塑性提高.随着时效时间的延长,合金的屈服强度增大,但当时效时间超过1000 h之后,屈服强度和伸长率开始下降.Ni-Al合金的性能和沉淀相的颗粒大小、分布、体积分数及粗化速率等因素有关.     

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。     

激光立体成形Rene88DT高温合金γ′相的高温粗化行为研究

采用激光立体成形技术(LSF)制备Rene88DT高温合金,对其在760～840℃温度区间进行高温短时(4～16h)时效处理,采用微观测试分析方法对高温短时时效处理后γ′相形态、尺寸变化及粗化动力学行为进行了研究。结果表明:激光立体成形Rene88DT高温合金在高温短时时效条件下,γ′相分布均匀,形态基本为球形,时效温度对γ′相的影响比时效时间更为显著;γ′相的粗化规律符合Lifshitz-Slyozov-Wagner(LSW)理论,γ′粗化激活能Q=211.65kJ/mol,γ′相的粗化行为主要由Ti和Al在基体中的扩散所控制。     

高温时效时间对定向凝固DZ951镍基高温合金组织和持久性能的影响

采用光学显微镜和扫描电子显微镜研究了高温时效时间对DZ951合金组织及其持久性能的影响。结果表明,合金在1130℃高温时效时,碳化物由铸态时的骨架状变成块状,呈不连续状分布在晶界。随着保温时间的延长,γ′立方度降低,尺寸增加。保温6h时,γ′粗化形筏。合金在1130℃高温时效时,由于γ′部分固溶,并在随后的冷却过程中析出细小球形γ′相,随着保温时间的增加,细小γ′相的体积分数增多。DZ951合金在1100℃,60MPa的持久寿命随保温时间增加而降低,延伸率增加。γ′粗化形筏对合金持久寿命是不利的。     

W含量对镍基合金显微组织和高温抗拉强度的影响

对不同W含量的镍基高温合金的显微组织和1 100℃的抗拉强度进行了对比研究。结果表明,随着W含量的增加,合金次生γ′相形貌由规则的方块状聚集长大为不规则形状,体积分数由51.1%先增加至61.8%后下降至55.3%,在1 100℃的抗拉强度从405MPa先增至488MPa后降至433MPa。低W含量合金由于次生γ′相的体积分数较少而具有较低的高温抗拉强度,高W含量合金高温抗拉强度下降的主要原因是析出的α(W)相引起的次生γ′相的体积分数的下降。W含量为13.0%和15.5%的合金在1 100℃具有较高的抗拉强度,达440~488 MPa。     

扫描电镜下一种镍基单晶高温合金 长期时效过程中的界面位错演化

利用场发射扫描电镜观察分析了一种镍基单晶高温合金在长期时效处理过程中的位错网演化过程.结果 表明:在1100℃时效过程中合金γ/γ'界面形成了大量界面位错,界面位错反应形成位错网.随着长期时效时间的增加,界面位错网的间距逐渐减小.随着位错反应的进行,部分初始为四边形的界面位错网逐渐转化为八边形,最后形成方形位错网.界面...     

Ta对一种抗热腐蚀镍基单晶高温合金长时热暴露组织和蠕变性能的影响

为进一步提高燃机叶片的服役温度,获得综合性能更优的镍基单晶高温合金,本工作研究了Ta含量对镍基单晶高温合金在900℃长时热暴露过程中组织损伤和性能退化规律的影响。利用SEM和TEM-EDS分析了Ta含量对抗热腐蚀镍基单晶高温合金微观组织及900℃、275 MPa蠕变性能的影响。通过对比相同热暴露时间的不同Ta含量合金(2Ta、5Ta和8Ta)组织发现,随Ta含量的增加,γ’相尺寸无明显变化,但立方度有所提高,γ基体中的三次γ’相数量减少。随Ta含量由2%增加到5%,除热暴露4000 h时2种合金γ’相体积分数较为接近外,其余热暴露时间下5Ta合金的γ’相体积分数均高于2Ta合金;Ta含量进一步增加至8%,热暴露不同时间后γ’相体积分数均有所增加。随热暴露时间的延长,3种合金的900℃、275 MPa蠕变性能变化趋势存在差异：2Ta合金热暴露0～4000 h无明显变化,热暴露8000 h后性能明显降低;5Ta和8Ta合金的持久寿命均随热暴露时间的延长先升高后降低,分别在热暴露500和2000 h时达到峰值。随Ta含量的增加,合金稳态蠕变速率不断降低、蠕变寿命明显延长、峰值蠕变寿命向后推移...