W和Co对Ni-20Cr基合金高温蠕变行为的影响

本文研究了不同W和Co含量的Ni-20Cr基合金的高温稳态蠕变行为。结果表明,W和Co均可提高合金的蠕变激活能Q_c,它服从Q_c=Ae~(kx/lge的关系.Ni-Cr-Co-W合金的稳态蠕变速率(?)_s也服从(?)_s=Cσ~mexp(-Q_c/RT)的关系。还指出,Ni-Cr-Co-W合金的稳态蠕变速率(?)_s与堆垛层错能γ之间,有(?)_s ∝γ~(1.4)的关系。     

INFLUENCE OF W AND Co ON HIGH TEMPERATURE CREEP BEHAVIOUR OF Ni-20Cr BASE ALLOYS

本文研究了不同W和Co含量的Ni-20Cr基合金的高温稳态蠕变行为。结果表明,W和Co均可提高合金的蠕变激活能Q_c,它服从Q_c=Ae~(kx/lge的关系.Ni-Cr-Co-W合金的稳态蠕变速率(?)_s也服从(?)_s=Cσ~mexp(-Q_c/RT)的关系。还指出,Ni-Cr-Co-W合金的稳态蠕变速率(?)_s与堆垛层错能γ之间,有(?)_s ∝γ~(1.4)的关系。     

一种2%Ru镍基单晶合金的高温蠕变行为及断裂特征

通过蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了一种新型2%Ru镍基单晶高温合金的蠕变行为及断裂特征。结果表明,合金在1 070～1 100℃、127～147 MPa条件下具有较好的蠕变性能,合金在稳态蠕变阶段的表观蠕变激活能Q=410.5 kJ/mol,应力指数n=4.74。合金在蠕变稳态阶段的变形机制是位错在基体中滑移和攀移越过γ′相,蠕变后期,位错可剪切进入γ′相。在高温/低应力条件下,合金中的γ′相可形成筏状组织,裂纹由筏状γ′相与基体相界面处萌生,随裂纹扩展、聚集、连通,合金蠕变抗力急剧下降,最终导致合金蠕变断裂。     

一种含Re单晶镍基合金的组织结构与蠕变性能

通过组织形貌观察及蠕变曲线测定,研究了一种含Re镍基单晶合金在高温的蠕变行为。结果表明,合金经完全热处理后的组织结构是立方γ′相以共格方式嵌镶在γ基体中。在试验的温度和应力范围内,与无Re合金相比较,含Re合金有较好的蠕变抗力及较长的蠕变寿命,并测算出合金在稳态期间的蠕变激活能与应力指数。通过分析位错攀移越过筏状γ′相及影响合金应变速率的因素,研究了合金在稳态蠕变期间的变形机制,其中,元素Re溶入γ基体后可有效阻碍位错运动,降低合金的应变速率,是使合金具有较低应变速率和较长蠕变寿命的主要原因。     

定向凝固对一种高强度铸造镍基高温合金的组织和性能的影响

研究了定向凝固对一种高强度铸造镍基高温合金的组织和性能的影响,发现合金的低倍和显微组织与定向凝固速度及凝固后的冷却速度密切相关。定向凝固可以大幅度提高合金的塑性、热疲劳和中温持久性能,瞬时拉伸及高温持久性能也有显著改善。中温(～760℃)持久寿命的提高主要由于蠕变第二阶段的延长,而高温(～980℃)持久寿命提高主要是蠕变第三阶段延长的结果。定向凝固改善铸造镍基高温合金高温机械性能的主要原因是消除了垂直于应力轴的横向晶界;另一原因是获得〈100〉方向择优生长的柱状晶。高温固溶热处理可降低第二阶段的蠕变速率,延长这个阶段,从而进一步大幅度提高中温持久寿命。这主要归因于冷却析出的细小γ′相代替了铸态粗大γ′相。通过定向凝固及高温固溶处理可提高合金的中温(～760℃)持久寿命和延伸率达3—4倍,热疲劳性能达5倍。消除了横向晶界的定向凝固合金中,初生MC是蠕变及热疲劳裂纹的策源地。预计降低合金的碳含量从而减少MC数量将进一步改善合金的高温机械性能。     

AN INVESTIGATION OF THE DIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF A NICKEL-BASE SUPERALLOY

研究了定向凝固对一种高强度铸造镍基高温合金的组织和性能的影响,发现合金的低倍和显微组织与定向凝固速度及凝固后的冷却速度密切相关。定向凝固可以大幅度提高合金的塑性、热疲劳和中温持久性能,瞬时拉伸及高温持久性能也有显著改善。中温(～760℃)持久寿命的提高主要由于蠕变第二阶段的延长,而高温(～980℃)持久寿命提高主要是蠕变第三阶段延长的结果。定向凝固改善铸造镍基高温合金高温机械性能的主要原因是消除了垂直于应力轴的横向晶界;另一原因是获得〈100〉方向择优生长的柱状晶。高温固溶热处理可降低第二阶段的蠕变速率,延长这个阶段,从而进一步大幅度提高中温持久寿命。这主要归因于冷却析出的细小γ′相代替了铸态粗大γ′相。通过定向凝固及高温固溶处理可提高合金的中温(～760℃)持久寿命和延伸率达3—4倍,热疲劳性能达5倍。消除了横向晶界的定向凝固合金中,初生MC是蠕变及热疲劳裂纹的策源地。预计降低合金的碳含量从而减少MC数量将进一步改善合金的高温机械性能。     

固溶处理对提高定向凝固镍基高温合金蠕变强度的作用

本文研究高温固溶处理对一种定向凝固高强度镍基高温合金的组织和性能的影响。实验结果表明,细小γ′尺寸(α)和体积分数(ν_f)都随固溶温度的升高而增大。随着固溶温度的升高,持久寿命延长,而第二阶段蠕变速率降低。经1210—1250℃高温固溶并900℃,16h时效处理(空冷)后,合金可成倍延长760℃,66kgf/mm~2的持久寿命(τ_f),而第二阶段蠕变速率((?))却随之降低,它们之间的关系符合(?)~(m·τ_f=c,其中m≈1,c=8.0.第二阶段蠕变速率((?))是细小γ′尺寸(α)和体积分数(ν_f)综合作用的结果,且εαα/ν_f~(2/3)。用透射电镜观察了第二阶段蠕变过程位错亚结构的变化。在中温第二阶段蠕变下,在γ基体上存在高密度的不规则的三维位错网络,而在γ′粒子中,只发现少数位错对;在高温第二阶段蠕变下,在γ/γ′界面上形成规则的二维位错网络。按照位错攀移模型,提出一种第二阶段蠕变机理。     

ROLE OF SOLUTION TREATMENT IN IMPROVING THE CREEP STRENGTH OF A DIRECTIONALLY SOLIDIFIED NICKEL-BASE SUPERALLOY

本文研究高温固溶处理对一种定向凝固高强度镍基高温合金的组织和性能的影响。实验结果表明,细小γ′尺寸(α)和体积分数(ν_f)都随固溶温度的升高而增大。随着固溶温度的升高,持久寿命延长,而第二阶段蠕变速率降低。经1210—1250℃高温固溶并900℃,16h时效处理(空冷)后,合金可成倍延长760℃,66kgf/mm~2的持久寿命(τ_f),而第二阶段蠕变速率((?))却随之降低,它们之间的关系符合(?)~(m·τ_f=c,其中m≈1,c=8.0.第二阶段蠕变速率((?))是细小γ′尺寸(α)和体积分数(ν_f)综合作用的结果,且εαα/ν_f~(2/3)。 用透射电镜观察了第二阶段蠕变过程位错亚结构的变化。在中温第二阶段蠕变下,在γ基体上存在高密度的不规则的三维位错网络,而在γ′粒子中,只发现少数位错对;在高温第二阶段蠕变下,在γ/γ′界面上形成规则的二维位错网络。按照位错攀移模型,提出一种第二阶段蠕变机理。     

含Re/Ru镍基单晶合金的高温蠕变行为和损伤特征

通过蠕变性能测试和组织观察,研究4.5％Re/3％Ru镍基单晶合金在高温的蠕变行为和损伤特征.结果表明:测定出该合金在(1100℃,140 MPa)下的蠕变寿命为476 h.合金在高温稳态蠕变期间的变形机制是位错在γ基体中滑移和攀移越过筏形γ′相,在蠕变后期的变形机制是位错在基体中滑移和剪切筏状γ′相.其中,剪切进入γ...     

Co对镍基高温合金热强性能影响的研究

本文以Udimet500合金为基,研究了不同Co含量对镍基高温合金的蠕变速率、蠕变激活能、持久性能及组织结构的影响。结果表明:在780—860℃范围内,稳态蠕变速率以10—15%Co的合金为好,持久断裂时间在15%Co时出现峰值。无Co合金有单一蠕变激活能值,含Co合金有两个蠕变激活能值,激活能转变温度随Co含量增加而提高。Co主要固溶在基体中,γ′相数量随Co含量变化较小;Co有抑制γ′相长大的作用。综合实验结果,提出了Udimet 500型合金降低Co含量的可能性。     

EFFECT OF Co ON HIGH-TEMPERATURE STRENGTH OF γ'-PRECIPITATED Ni-BASE ALLOYS

本文以Udimet500合金为基,研究了不同Co含量对镍基高温合金的蠕变速率、蠕变激活能、持久性能及组织结构的影响。结果表明:在780—860℃范围内,稳态蠕变速率以10—15％Co的合金为好,持久断裂时间在15％Co时出现峰值。无Co合金有单一蠕变激活能值,含Co合金有两个蠕变激活能值,激活能转变温度随Co含量增加而提高。Co主要固溶在基体中,γ′相数量随Co含量变化较小;Co有抑制γ′相长大的作用。综合实验结果,提出了Udimet 500型合金降低Co含量的可能性。     

含Mo单晶镍基合金的高温蠕变及损伤行为

通过蠕变性能测试及组织形貌观察,研究含3%和5%(质量分数)Mo无Re单晶镍基合金的高温蠕变和损伤行为。结果表明:与3%Mo单晶合金相比,5%Mo无Re单晶合金具有较好的蠕变抗力和较长的蠕变寿命,测定出5%Mo单晶合金在1040℃、137 MPa的蠕变寿命为556 h。在施加的温度和应力范围内,测定出合金在稳态蠕变期间的表观蠕变激活能Q=484.7 kJ/mol。合金在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;合金在蠕变较后阶段的变形机制是位错剪切进入筏状γ′相。随蠕变进行,位错的交替滑移致使合金中筏状γ′相发生扭曲,并在筏状γ′/γ两相界面发生裂纹的萌生和扩展,直至断裂,是合金在高温蠕变后期的损伤与断裂机制。     

Ru对一种第四代单晶高温合金γ/γ′相中元素分布及高温蠕变性能的影响

摘 要: 研究了不同Ru含量（0和2wt.%）的高Re镍基单晶高温合金在1120 ℃/140 MPa条件下的蠕变性能,采用SEM、STEM/TEM以及EDS等方法分析了Ru对合金γ/γ′相组织、合金元素成分分配比、蠕变变形组织和位错形态的影响。结果表明,与无Ru合金相比,含Ru合金γ′尺寸更为细小,γ相通道更窄,γ/γ′两相中对TCP相析出有重要影响的Re、Mo和Cr元素分配更加均匀。Ru通过降低γ′相和γ相通道尺寸,降低γ/γ′界面平均位错间距,抑制蠕变加载过程中TCP相析出,显著提高合金的高温蠕变性能。本文研究结果对认识单晶合金高温蠕变过程中Ru的强化机理方面具有理论指导意义。     

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。     

再热恢复处理对蠕变损伤定向凝固高温合金γ'相的影响

以定向凝固GTD111合金为研究对象,采用蠕变中断实验获得蠕变损伤合金,之后对损伤合金进行简单再热恢复处理,研究了恢复参数对合金组织的影响以及γ′相的恢复演化过程。结果表明,1180～1220℃下固溶处理可有效溶解粗化形变γ′相并析出二次γ′相,且二次γ′相尺寸随固溶温度和冷却速率的增加而减小,但当固溶温度增至1240℃,合金发生初熔;高温时效是二次γ′相长大和三次γ′相析出的过程,且二次γ′相尺寸和立方度随时效温度和保温时间的增加而增大;低温时效中三次γ′相继续析出和长大。GTD111损伤合金的合适恢复参数为:1220℃、2 h、AC+1121℃、2 h、AC+843℃、24 h、AC。由于恢复态合金具有更大体积分数的双尺寸形态γ′相,其在750℃、843 MPa下的持久寿命达到65 h,是原始合金持久寿命的1.3倍。     

Ru对一种高Re单晶高温合金γ/γ′相中元素分布及高温蠕变性能的影响

研究了不同Ru含量(质量分数,0%和2%)的高Re镍基单晶高温合金在1120℃/140 MPa条件下的蠕变性能,采用SEM、STEM/TEM以及EDS等方法分析了Ru对合金γ/γ′相组织、合金元素成分分配比、蠕变变形组织和位错形态的影响。结果表明,与无Ru合金相比,含Ru合金γ′尺寸更为细小,γ相通道更窄,γ/γ′两相中对TCP相析出有重要影响的Re、Mo和Cr元素分配更加均匀。Ru通过减小γ′相尺寸和γ相通道宽度,降低γ/γ′界面平均位错间距,抑制蠕变加载过程中TCP相析出,显著提高合金的高温蠕变性能。     

Nb对Ni-Cr-Ti型变形高温合金稳态蠕变行为的影响

Nb在合金中以大约5∶3∶1的比例分布在γ,γ′和碳化物相中,随着合金中Nb含量增加,应力指数m减小,Q_(app)增加,并满足关系式 Q_(app)=Be~(kx/lge) Nb降低合金晶粒度和γ基体堆垛层错能,稳态蠕变速率服从 _s∝L~b γ_SFE)~α Nb增加γ′相体积分数,颗粒半径和长程有序度。若引进有效应力(σ-σ_b)来描述稳态蠕变速率的应力关系,蠕变表达式为 _s=A_1L~bγ_(SFE)~α(σ-σ_b)~n0exp[-(Q_(app)/RT)]薄膜透射电镜观察表明:在(111)滑移面上α/2[10]全位错切割γ′相时被分解为α/6[11]和α/6[2]偏位错。测得超点阵位错对间距约为100—165,与所测得的γ′相颗粒尺寸相近。     

INFLUENCE OF Nb ON STEADY-STATE CREEP BEHAVIOUR OF Ni-Cr-Ti TYPE WROUGHT SUPERALLOY

Nb在合金中以大约5∶3∶1的比例分布在γ,γ′和碳化物相中,随着合金中Nb含量增加,应力指数m减小,Q_(app)增加,并满足关系式 Q_(app)=Be~(kx/lge) Nb降低合金晶粒度和γ基体堆垛层错能,稳态蠕变速率服从 _s∝L~b γ_SFE)~α Nb增加γ′相体积分数,颗粒半径和长程有序度。若引进有效应力(σ-σ_b)来描述稳态蠕变速率的应力关系,蠕变表达式为 _s=A_1L~bγ_(SFE)~α(σ-σ_b)~n0exp[-(Q_(app)/RT)]薄膜透射电镜观察表明:在(111)滑移面上α/2[10]全位错切割γ′相时被分解为α/6[11]和α/6[2]偏位错。测得超点阵位错对间距约为100—165,与所测得的γ′相颗粒尺寸相近。     

固溶强化高温合金堆垛层错能与高温蠕变性能的关系

本研究采用Dillamore等人提出的X射线织构法,测定了Ni-Cr-W-Co固溶强化型高温合金基体层错能与合金化元素Co和W含量的关系,研究了合金层错能γ与合金高温稳态蠕变速率ε_s(1000℃,39MPa)的关系.试样经1230℃,10min固溶处理后空冷,再冷轧至0.075mm,形     

不同固溶冷速GH4096高温合金在高温蠕变测试中γ′相的演变行为

采用5种常见的冷却方式对析出强化型GH4096高温合金进行固溶冷却,分别制备了5种冷速下的标准尺寸涡轮盘挡板件。试样在700 ℃、690 MPa下进行高温蠕变测试,比较了5种冷却工艺下GH4096高温合金的性能。通过引入一种新颖的原位统计表征手段,以图像的形式跨尺度地实现了对合金材料中的强化相——一次、二次、三次γ′相的原位观察和统计定量分布观察,并比较和探讨了高温蠕变前后材料中γ′相形貌和尺寸分布的变化。结果表明:5种冷速方式得到的GH4096高温合金均展现较好的高温蠕变性能。5种工艺下的材料中γ′相分布密度为210~260个/μm²,经过高温蠕变测试以后,γ′相数量显著减少,γ′相分布密度降为150~200个/μm²。其中γ′相密度的降低,主要是由直径小于36 nm的γ′相减少所导致。