单晶Ni基合金高温蠕变期间γ'相定向粗化驱动力的有限元分析

为研究γ‘相定向粗化现象,采用有限元方法（ＦＥＭ）计算了单晶Ｎｉ基γ和γ’双相合金有／无外加勒荷时的热错配应力及应变能密度。结果表明：外加载荷改变了γ和γ‘相内的ｖｏｎＭｉｓｅｓ应力及应变能密度分布。与弹性应变相联系的共格应变能变化是γ’相定向粗化的驱动力,外加拉伸或拉缩应力,此起立方γ‘相不同界面晶格发生挤压或扩张应变,晶格的挤压应变可排斥γ’相中原子半径较大的Ａｌ,Ｔａ等溶质元素;扩张的晶格可     

镍基单晶高温合金定向粗化行为的取向依赖性Ⅱ有限元分析

本文对点阵错配力和施加外载后的内应力大小及分布进行了有限元计算。结果表明,基体通道的应力分布与γ＇颗粒的定向粗化有密切联系。定向粗化的驱动力是塑性变形不均匀分布导致的错配力各向异性松弛。     

一种镍基单晶高温合金中γ‘沉淀的定向粗化

研究「００１」取向单晶高温合金ＣＭＳＸ－４在１２５３Ｋ，３５０ＭＰａ拉伸蠕变中γ沉淀沿生趣于外应力轴说话方向的粗化过程及其机理。发现在定向粗化期间立方形γ沉淀的边缘部分优先生长，γ－γ’界面呈内凹面方式推进，进而封闭了与之相邻的基体通道；相互γ’沉淀逐渐消耗并最终耗尽被封闭的垂直通道而发展成完整的筏形组织。     

镍基单晶高温合金定向粗化行为的取向依赖性Ⅰγ'形态的SEM观察

利用ＳＥＭ对镍基单晶高温合金中γ＇颗粒定向粗化及其取向依赖性进行了观察,结果显示,γ＇颗凿形态脐带３于应力轴承向,面粗化方向均为（１００）。     

镍基单晶高温合金γ‘的定向粗化机理

研究了外应力作用下［００１］取向镍基单晶高温合金γ／γ＇共格弹性应变各向异性及γ＇定向粗化驱动力问题;针对γ＇析出相由立方形演变成杆状、片状和块状筏形组织的实验现象,描述了γ＇发生Ｐ型、Ｎ型和Ｐ－Ｎ型定向粗化时原子的扩散途径以及共格相界的迁移行为;分析了γ＇沿不同取向定向粗化时对总相界面能的贡献并讨论了γ＇的纵向合并行为。     

一种单晶镍基合金压缩蠕变期间γ′相的定向粗化

对［001］取向单晶镍基合金恒温恒载压缩蠕变不同时间的组织形貌进行SEM和TEM观察表明：蠕变初期,两立方γ′相沿平行于应力轴方向扩散相连定向生长成为条形筏结构;垂直通道中基体[001］晶向共格应变量减小,应变能降低是合金元素定向扩散形成γ′相筏结构的驱动力;压缩与拉伸蠕变相比较,γ′相形筏所需要的时间较长,应力较大     

一种镍基单晶高温合金中γ＇沉淀的定向粗化

研究了［００１］取向单晶高温合金ＣＭＳＸ—４在１２５３Ｋ，３５０ＭＰａ拉伸蠕变中γ＇沉淀沿垂直于外应力轴方向的粗化过程及其机理。发现在定向粗化期间立方形γ＇沉淀的边缘部分优先生长，γ—γ＇界面呈内凹形方式推进，进而封闭了与之相邻的垂直基体通道（平行于［００１］）；相互连接的γ＇沉淀逐渐消耗并最终耗尽被封闭的残余垂直通道而发展成完整的筏形组织。定向粗化导致了γ＇沉淀沿［００１］方向的尺寸逐渐减小，水平基体通道（垂直于［００１］）的宽度大幅度增加。对γ＇沉淀的特殊生长方式和两共格相形貌的演变特征进行了分析与讨论。     

[011]取向镍基单晶合金高温蠕变期间γ′相定向粗化行为研究

研究了980 ℃, 200 MPa拉伸蠕变期间[011]取向镍基单晶高温合金中γ'相的演化方式.采用有限元方法计算了单晶合金在有/无外加载荷时Von Mises应力及弹性应变能密度在γ和γ'两相中的分布.结果表明:沿[011]取向施加拉伸应力时,与应力轴呈45°角基体通道(roof)的Von Mises应力远高于与应力轴平行的基体通道(gable)中的Von Mises应力,两通道中应变能密度的差异驱动γ'相形成元素从变形较大的通道向变形较小的通道扩散,而γ相形成元素反向扩散,导致γ'相沿[010]和[100]取向扩散生长,形成垂直于[001]方向且与应力轴倾斜成45°角的层片状筏形组织.     

镍基单晶高温合金CMSX—2原始树枝状晶中γ相的定向粗化

在７６０－１０５０℃和７５０－１４０ＭＰａ范围内，选择不同温度和应力的配合对ＣＭＳＸ－２合金进行持久拉伸至断裂，观察了试件原始树枝状晶区域（枝晶干、枝晶屑及枝晶间）中γ相的定向粗化及合金元素的分布特征。结果表明，γ的定相经程度在枝晶干内最大，在枝晶内次之，在枝晶间最小，在所有这些区域中，试验温度较高者的暄向粗化程度较大；各试件在持久试验后，γ形成元素Ｗ，Ｃｒ和Ｃｏ，γ形成元素Ａ１和Ｔａ，在原始支状     

镍基单晶高温合金γ′的定向粗化机理

研究了外应力作用下［００１］取向镍基单晶高温合金γ／γ′共格弹性应变各向异性及γ′定向粗化驱动力问题;针对γ′析出相由立方形演变成杆状、片状和块状筏形组织的实验现象,描述了γ′发生Ｐ型、Ｎ型和Ｐ－Ｎ型定向粗化时原子的扩散途径以及共格相界面的迁移行为;分析了γ′沿不同取向定向粗化时对总相界面能的贡献并讨论了γ′的纵向合并行为．     

一种镍基单晶合金长期时效过程中γ'相的粗化行为

研究了一种新型镍基单晶高温合金长期时效过程中γ'相形貌的变化。结果表明,在950、1 000、1 050℃下时效0~1 500 h时,γ'相形态从最初的立方体形貌逐渐演化形成了不规则的条形、L形、迷宫形等。时效过程中,枝晶间γ'相的粗化速率明显高于枝晶干处的粗化速率。随时效温度地提高,γ'相的粗化速率加快。枝晶干处与枝晶间区域γ/γ'相界面共格应变能的差异是枝晶间与枝晶干区域γ'相粗化程度存在差异的主要原因。枝晶干处γ'相的粗化激活能与枝晶间处γ'相的粗化激活能分别为451 kJ·mol-1和345 kJ·mol-1。     

定向凝固及单晶Ni基超耐热合金在高温下γ′相的长大

随着航空发动机及工业用气体涡轮零件的高性能化，对其所用的叶片以及活阀，均采用高温性能优异的Ni基超耐热合金定向凝固材料及单晶材料。众所周知，这些合金在高温下，耐高温的γ′相产生粗大化，引起了材料性能的恶化。可是，实际应用的合金中，关于γ′相的长大及加热条件定量分析报告的实例很少。本文采用已实际应用的CM－247LC（定向凝固材料），CMSX－2（单晶材料）及CMSX－4（单晶材料）三种材料，探讨了关于这三种合金在高温加热下γ′相的粗大化。从而得出，γ′相的粗大化和表示体积扩散率的LSW理论相一致。     

单晶镍基合金蠕变期间γ＇相的定向生长及影响因素

通过测算不同成分Ni-Cr-Co—W-Mo-Al-Ta系单晶合金在蠕变期间元素扩散的迁移率和γ＇相定向粗化速率，研究了元素之间相互作用对扩散速率及γ＇相定向粗化速率的影响。结果表明：在γ＇相定向粗化期间，合金中γ＇相的筏形化速率随成分和应力不同而变化，且γ＇相筏形化时间随施加应力的提高而缩短，其中，元素扩散及γ＇相定向粗化的驱动力与施加应力及弹性模量相关。元素之间的相互作用对元素Al的扩散速率有影响，随合金中难熔元素Ta＋Mo总含量及Ta／W的比值增加，可提高Al的扩散激活能，降低Al的扩散速率，延长γ＇相的筏形化时间。在γ＇相定向筏化的扩散场中，由原子偏聚形成有序相是自由能降低的自发过程，其中较大半径的Al、Ta原子迁移至{100}晶面，可形成异类原子结合键及稳定的原子堆垛方式，是形成三Ll2结构γ＇有序相的主要原因。     

单晶镍基合金蠕变期间γ￠相的定向生长及影响因素

通过测算不同成分Ni-Cr-Co-W-Mo-Al-Ta系单晶合金在蠕变期间元素扩散的迁移率和γ'相定向粗化速率,研究了元素之间相互作用对扩散速率及γ'相定向粗化速率的影响.结果表明:在γ'相定向粗化期间,合金中γ'相的筏形化速率随成分和应力不同而变化,且γ'相筏形化时间随施加应力的提高而缩短,其中,元素扩散及γ'相定向粗化的驱动力与施加应力及弹性模量相关.元素之间的相互作用对元素Al的扩散速率有影响,随合金中难熔元素Ta+Mo总含量及Ta/W的比值增加,可提高Al的扩散激活能,降低Al的扩散速率,延长γ'相的筏形化时间.在γ'相定向筏化的扩散场中,由原子偏聚形成有序相是自由能降低的自发过程,其中较大半径的Al、Ta原子迁移至{100}晶面,可形成异类原子结合键及稳定的原子堆垛方式,是形成Ll2结构γ'有序相的主要原因.     

铸造镍基合金K44的高温蠕变行为

研究了铸造镍基高温合金K44在850——900℃，225—380 MPa的高温拉伸蠕变行为，结果表明，实验合金蠕变曲线具有较短的初始阶段和较长的加速阶段，加速阶段较长是由于筏形化的γ粒子和位错相互作用促成的，加速蠕变为应变软化阶段时，可以由关系式ε=εmin(1 c△ε)exp(n△ε)来描述，蠕变断裂数据遵守Monkman-Grant规律，裂纹起源于晶界或枝晶界的空洞。     

一种镍基单晶高温合金蠕变机制的研究

对一种镍基单晶高温合金在两种蠕变条件下（760℃／780MPa和982℃1248MPa）的变形机制进行分析．结果表明：在中温高应力条件下（760℃／780MPa）,在低应变阶段,位错以堆垛层错的形式切入γ’相;高应变阶段,位错以位错对的方式切入γ’相．在高温低应力条件下（982℃／248MPa）的低应变阶段,母相a／2（110）位错在基体中运动弓出,并绕过γ’相,发生位错反应而形成位错网;高应变阶段与中温高应力条件的切入机制相同．     

施载方向对定向凝固镍基高温合金高温蠕变行为的影响

研究了施载方向对定向凝固镍基高温合金９８０℃,１３０－１９０ＭＰａ蠕变及断裂性能的影响。结果表明,三种取向试样的蠕变曲线相似,稳态蠕变均由位错的攀移过程所控制。因蠕变断裂机制不同,纵向试样比横向及倾斜试样表现了高得多的蠕变塑性,前者为完全穿晶断裂,后两者为明显的沿晶断裂。     

镍基单晶高温合金的蠕变损伤规律研究

基于镍基单晶合金蠕变过程中的细、微观组织结构变化及损伤特点，本文建立了考虑材质劣化和空洞损伤的双参数蠕变损伤本构方程及寿命预测模型。利用ＤＤ３单晶材料〈００１〉晶体取向的７６０，８５０和１０００℃实验结果考核表明，所建模型可以比较准确地预测蠕变第二、第三阶段变形状态及破坏特征。第二阶段持续时间、第三阶段开始时间可以表示成蠕变应力的指数函数；随着温度的升高，材料劣化加剧，空洞损伤也增加。     

一种单晶镍基合金蠕变初期的位错组态

利用ＴＥＭ研究了单晶镍基合金平行于应力轴的（１００）晶面拉伸蠕变初期的位错组态,表明：形变特征是错在γ相八面体滑移系中运动,在基体通道中,１／２〈１１０〉型位错运动相遇,发生反应而增殖;由于（１００）晶面的基体通道受压应力,位错运动阻力大,密度小,位错运动多以交滑移和Ｏｒｏｗａｎ弓入方式进行;当受拉应力通道中弓出的位错环经交滑移进入压应力通道后,入口两侧被钉扎,位错可定向弓入成为形貌类似于双端Ｆ－     

单晶镍基合金在拉伸蠕变期间的组织演化与分析

通过[001]取向镍基单晶合金拉伸蠕变期间的组织形貌观察,采用应力应变有限元方法计算出立方γ/γ′两相共格界面的vonMises应力分布,研究了合金在蠕变期间γ′相的定向粗化规律。结果表明,施加拉应力可改变立方γ/γ′两相的应力分布,使不同晶面发生晶格收缩与扩张应变,其中,(001)晶面产生晶格收缩可排斥较大半径的Al、Ti原子,(100)和(010)晶面沿平行于应力轴方向产生晶格扩张应变,可诱捕较大半径的Al、Ti原子,是使其γ′相沿扩张晶格的法线定向生长成为类似筛网层状结构的组织演化规律。并进一步提出蠕变期间发生元素扩散和γ′相定向生长的驱动力。