CREEP FRICTION STRESS OF γ' STRENGTHENED Ni-BASE SUPERALLOYS

<正> 一、蠕变摩擦应力 在高温和中等应力下,金属和合金的稳态蠕变速率ε_s符合指数律,即 ε_s=Aσ~nexp(-Q_c/RT)(1)其中,A是材料常数,σ是外应力,n是外应力指数,Q_c是蠕变激活能.但是,复杂合金的外应力指数和表观蠕变激活能比纯金属的高得     

镍基铸造合金稳态蠕变行为的研究

本文研究了一种高粒子含量镍基铸造合金稳态蠕变行为。通过对不同温度(800,850,900℃),不同应力(22,24,28kgf/mm~2)蠕变变形测量,得出稳态蠕变速率表达式分别为: ε_s=8.01×10~(15)exp(-53170/T) ε_s=2.01×10~(18)σ~(9.58) ε_s=1.06×10~2σ~(9.58)exp(-53170/T) 蠕变速率与应力满足乘方关系,应力指数n=9.58;蠕变速率与温度满足指数函数关系,蠕变激活能Qc=445千焦耳/克原子。本文初步探讨了合金稳态蠕变过程的机制。薄膜透射电镜和蠕变过程分析指出,带割阶位错通过间隙原子扩散由位错攀移粒子控制蠕变过程。     

固溶时效处理Ti-600合金的蠕变行为研究

研究了经α+β两相区固溶+时效处理的Ti-600合金3种温度(550、600、650℃)、3种应力(250、300、350 MPa)下的蠕变性能,通过合金的稳态蠕变速率数值求解了合金的蠕变激活能和蠕变应力指数n,并引入临界应力σ0获得合金的真实应力指数p,最后对合金的蠕变机制进行了分析。结果表明,蠕变温度升高、蠕变应力增加时,Ti-600合金的稳态蠕变速率增大,稳态蠕变时间缩短。Ti-600合金的名义蠕变激活能为473.5 k J/mol。600和650℃下,合金的临界应力σ0值分别为103.1和42.1 MPa;应力指数n分别为6.5和4.9;真实应力指数p值分别为4.23和4.22。同时构建了该合金600和650℃下的稳态蠕变速率本构方程。本实验条件下合金的蠕变均为位错攀移机制。     

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。     

稳定化处理对ZA27合金压蠕变的影响

采用自制的试验装置研究了稳定化处理对ZA2 7合金在常温及高温时的压蠕变行为的影响。研究表明 ,在试验温度为2 0℃到 16 0℃和压应力为 5 0MPa到 137 5MPa的范围内 ,合金在稳定化处理及铸态下的压蠕变量均随着温度和应力的升高而增大 ,稳定化处理状态下的压蠕变速率大于铸态下的蠕变速率。稳定化处理后 ,合金在压蠕变过程中的负蠕变量及出现负蠕变的温度和应力范围减小。两种状态下的稳态蠕变速率均符合于半经验公式ε·s=Aσnexp(-Qa/RT)。但在不同的温度稳定化处理后 ,合金的应力指数n和表观激活能Qa 均低于铸态时的应力指数和表观激活能 ,而合金的材料结构常数 (A =0 0 7)高于铸态时的材料结构常数 (A =0 0 0 2 )。在两种状态下 ,合金的稳态蠕变速率均是由锌的点阵自扩散和位错的攀移所控制     

Mg-Y-LPC合金的压蠕变行为

采用自制的试验装置研究了Mg- Y- LPC合金在铸态条件下的压蠕变行为。结果表明,在试验温度为180℃到280℃和压应力为183MPa到231.6MPa的范围内,合金的压蠕变量随着温度和应力的升高而增大。合金的稳态蠕变速率符合Dorn方程εs=Aσnexp(- Qa/RT)。合金的应力指数n为2.49,表观激活能Qa为88.42kJ/mol。合金的压蠕变速率由镁的点阵自扩散和位错攀移所控制,同时,晶界滑移起了重要作用。     

砂型及金属型铸造ZA27合金的压蠕变行为

采用自制的试验装置研究了ZA27合金在砂型和金属型铸造条件下的压蠕变行为。结果表明，合金第一阶段的压蠕变量和稳态蠕变速率随着温度和应力的增高而增大，在较低温度时，金属型铸造合金第一阶段的蠕变量低于砂型铸造合金的。合金的压蠕变符合经验公式ln(t/s)=C-nln(σ/MPa) Q/(RT)，砂型铸造合金的应力指数n和蠕变激活能Q分别为3.88和85.44kJ/mol，而金属型铸造合金的应力指数和蠕变激活能分别为3.49和81.02kJ/mol，合金的压蠕变由锌的点阵自扩散和位错的攀移控制，在整个试验温度和应力范围内，砂型铸造合金的压蠕变抗力高于金属型铸造合金的。     

Mg-6Al-1Nd-1.5Gd合金的高温蠕变机制

采用高温蠕变装置,研究了Mg-6Al-1Nd-1.5Gd合金在150、175、200℃以及50、70、90 MPa条件下的高温压缩蠕变行为,分析合金在高温蠕变过程中的蠕变机制。结果表明,Mg-6Al-1Nd-1.5Gd合金的平均应力指数及蠕变激活能分别为4.64和73.87kJ/mol,其主要蠕变机制是由位错攀移和晶界扩散共同作用,合金的蠕变本构方程为:ε=1.877×10-8σ4.641exp[-73 865/(RT)];合金在高温蠕变过程中,微观组织中的位错密度逐渐增大,出现位错缠结及位错堆积,合金蠕变后的晶粒变得粗大,金属间化合物Al3Nd和Al3Gd在晶界上出现偏聚。     

时效态Mg-12Gd-3Y-1Sm-0.5Zr合金的拉伸蠕变行为

利用RC-1130型蠕变持久试验机测试了时效态Mg-12Gd-3Y-1Sm-0.5Zr合金在(200、250、300℃)/(50、70、90 MPa)的条件下的拉伸蠕变行为。结果表明：当蠕变温度一定时,合金的蠕变应变随蠕变应力增加而增大;当蠕变应力一定时,蠕变应变随蠕变温度增大而增大,合金的蠕变应变对蠕变温度更敏感。由应力指数和蠕变激活能计算可知,蠕变应力为50～90 MPa,在200℃时,合金的应力指数为1.560;在250和300℃时,应力指数分别为2.230和3.602。蠕变温度为200～250℃,50 MPa下,合金的蠕变激活能为111.9 kJ/mol;当应力增大至70 MPa和90 MPa时,蠕变激活能分别为137.4 kJ/mol和142.6 kJ/mol;在250～300℃/50～90 MPa条件下,合金的蠕变激活能为126.2～87.0 kJ/mol。随着蠕变温度和应力的提高,合金的蠕变机制由晶界滑移为主转变为位错滑移为主。     

Zn-11Al-2Cu-0.8Si-0.3Ti-0.05Mg合金的拉伸蠕变行为

采用熔铸方法制备了Zn-11Al-2Cu-0.8Si-0.3Ti-0.05Mg合金,通过电子万能拉伸试验机测定了合金的拉伸蠕变行为,利用扫描电镜和能谱仪对合金显微组织进行分析.结果 表明:Zn-11Al-2Cu-0.8Si-0.3Ti-0.05Mg合金在载荷为2827～3958 N和温度为80～120℃的条件下进行拉伸蠕变时,合金的拉伸蠕变本构方程为εs=1.43×10-6σ4.58exp(-64060/RT),其平均应力指数为4.58,平均表观蠕变激活能为64.06 kJ/mol.Zn-11Al-2Cu-0.8Si-0.3Ti-0.05Mg合金的蠕变机制包括位错攀移机制、自扩散机制和晶界滑动机制.     

Ti-600合金的高温蠕变行为

研究了Ti-600合金在550～650℃下的高温蠕变行为,实验应力为150～300 MPa.计算了合金在不同应力、不同温度下的稳态蠕变速率、应力指数及蠕变激活能,并在此基础上研究了其蠕变强化机制.蠕变应力为300 MPa时,Ti-600合金的蠕变激活能Q=490.1 kJ/mol;650 ℃,合金的蠕变应力指数n值在6.5～8.5之间变化,表明在实验温度范围内合金的蠕变变形以位错攀移为主,以位错的滑移为辅.     

锰对ZA27合金压蠕变行为的影响

采用自制的实验装置研究了锰对 ZA2 7合金在常温及高温时的压蠕变行为的影响。研究表明 ,在所试验的温度为 2 0℃到 16 0℃和压应力为 5 0 MPa到 137.5 MPa的范围内 ,加入锰的合金 ZA2 7- Mn和未加锰的 ZA2 7合金的压蠕变量均随着温度和应力的升高而增大 ,ZA2 7- Mn合金的压蠕变速率小于 ZA2 7合金的压蠕变速率。加入锰后 ,合金在压蠕变过程中的负蠕变量及出现负蠕变的温度和应力范围增大。两种合金的稳态蠕变速率均符合于半经验公式 εs=Aσnexp(- Qa/RT)。但在不同的温度 ,ZA2 7- Mn合金的应力指数 n和表观激活能 Qa 均大于 ZA2 7合金的应力指数和表观激活能 ,而 ZA2 7- Mn合金的材料结构常数 A为 1.5 4× 10 - 4,低于 ZA2 7合金的材料结构常数 A(0 .0 0 2 )。两种合金的稳态蠕变速率均是由锌的点阵自扩散和位错的攀移所控制。     

Mg-4Al-RE-0．8Ca-0．8Si合金压入蠕变性能研究

用自制的装置对Mg-4Al-RE-0.8Ca-0.8Si(AECS410808)合金进行压入蠕变试验,用OM、SEM和EDS等方法对合金实验前后的组织成分进行分析.结果表明,AECS410808合金的稳态蠕变速率随温度或压力的增加而增大.稳态阶段的蠕变速率的对数lnε分别与应力的对数lnσ和温度倒数1/T均有较好的线件关系.在不同温度和应力条件下,合金的应力指数和蠕变表观激活能相差不大,其均值分别为n=3.04和Q=30.06 kJ/mol.AECS410808合金在稳态蠕变阶段的蠕变机制为晶界滑移主导的位错粘滞运动.合金中的Ca溶入β-Mg17Al12相中,提高了β的熔点,弥散分布的Mg2Si的枝臂伸入与其相邻的α-Mg晶粒内部,对晶粒产生了良好的钉扎作用,阻碍了晶界的滑移和佗错的运动,从而提高了合金的抗蠕变性能.     

含2% Ru单晶镍基高温合金蠕变行为的研究

测定了一种含2%Ru单晶镍基高温合金的蠕变性能,观察了它的组织形貌。据此计算了合金在不同温度和应力条件下的蠕变激活能和应力指数,以研究合金的蠕变行为和组织演变规律。结果表明,合金在高温、低应力条件下的蠕变激活能Q为484.6 kJ/mol,应力指数n为4.5;在中温、高应力条件下的蠕变激活能Q为496.9 kJ/mol,应力指数n为12.3。这说明,合金在高温低应力条件下的蠕变机制为位错在基体中滑移以及位错越过γ′相攀移,而在中温高应力条件下的蠕变机制为位错剪切进入γ′相。对蠕变试件近断口区组织形貌的观察发现,在高温、低应力条件下,γ′相形成N形筏状结构;在中温、高应力条件下,γ′相尺寸增大但不发生筏状转变,γ相和γ′相发生扭曲。     

不同取向镍基单晶高温合金的蠕变参数及其与蠕变行为的关系研究

通过蠕变性能的测试和内摩擦应力的测定,研究了[001]、[011]和[111]取向镍基单晶高温合金分别沿[001]、[011]和[111]取向在高温/低应力条件下拉伸蠕变至稳态阶段的有效蠕变参数及其与蠕变性能和变形机制之间的关系。结果表明,随着温度的升高和外加应力的降低,3种取向合金的内摩擦应力降低。在相同条件下,3种取向合金的内摩擦应力顺序为σ_(i[001])σ_(i[111])σ_(i[011])。蠕变前后[011]和[111]取向合金内相对于应力轴倾斜连贯的"屋脊"型基体通道是2种合金具有较低内摩擦应力和较差蠕变抗力的重要原因。[001]取向合金在1040℃/137 MPa条件下的有效蠕变激活能为Q_(e[001])=281.32 kJ/mol,表明其稳态阶段的变形机制为元素扩散控制的位错攀移。[011]取向合金的有效蠕变激活能为Q_(e[011])=146.87 kJ/mol,其较低的数值与其内部开放的基体通道对位错滑移较小的阻碍作用有关;[111]取向合金较[011]取向合金较高的有效蠕变激活能Q_(e[111])=182.61 kJ/mol与其内部片层状的γ′相和位错的交滑移有关。     

Mg-5.5Zn-2Gd-0.6Zr铸造镁合金的蠕变机制

在ZM-1(Mg-5Zn-0.6Zr)合金的基础上,适量增加Zn的含量并加入重稀土元素Gd,设计了Mg-5.5Zn-2Gd-0.6Zr实验合金。采用砂型铸造工艺制备实验合金试样,在不同温度和应力条件下对该实验合金和ZM-1合金的蠕变曲线进行了测试。结果表明:在相同条件下,Mg-5.5Zn-2Gd-0.6Zr实验合金的稳态蠕变速率较ZM-1合金的降低了一个数量级;当施加应力为40 MPa时,实验合金的蠕变激活能Q200-250℃=142.0 kJ/mol,接近镁的自扩散激活能,蠕变受位错攀移控制,而ZM-1合金在相同应力下蠕变激活能Q200-250℃=88.5 kJ/mol,接近镁的晶界扩散激活能,蠕变受晶界滑移控制。合金在200℃条件下的应力指数n=4.21,而ZM-1合金的应力指数n=2.21。因此,认为加入重稀土元素Gd后实验合金的蠕变机制发生改变,200℃时的蠕变机制为位错攀移机制。     

添加Ca对Mg-4Sn合金组织演变和蠕变性能的影响（英文）

通过压入蠕变试验,研究Ca添加量(最高达4%,质量分数)对Mg-4Sn合金的显微组织和蠕变性能的影响。压入蠕变试验的操作温度为445~475K,归一化应力(σ/G,σ为应力;G为剪切模量)为0.0225~0.035。利用光学显微镜和扫描电子显微镜对样品的显微组织进行研究。结果表明,Ca的加入量大于2%(质量分数)可抑制较不稳定Mg Sn2相的形成,从而使晶界处形成热稳定性较高的Ca-Mg-Sn相和Mg2Ca,提高Mg-4Sn合金的抗蠕变性能。根据压入蠕变试验所得的应力指数(6.04n6.89)和激活能(101.37 k J/molQ113.8 k J/mol)可得出结论:管扩散攀移控制的位错蠕变是合金主要的蠕变机制。     

AgInCd合金压缩蠕变性能研究

用RDL-50型拉伸蠕变试验机进行改装后的实验装置研究了铸态AgInCd合金在温度300~400℃及应力范围12~24 MPa内的压缩蠕变行为,分析了稳态速率与温度和应力的关系,计算了应力指数(n)和蠕变激活能(Q_a),并结合蠕变后样品在透射电子显微镜下的微观形貌及位错组态,探讨了合金的压缩蠕变机制。结果表明:随温度和应力水平的升高,合金的稳态蠕变速率增加。相比较指数关系,蠕变速率与应力之间更符合幂函数关系。300、350和400℃条件下,合金的蠕变应力指数n分别为3.31、4.09和5.77;12、18和24 MPa条件下,合金的蠕变激活能Q_a分别为68.1、103.7和131.6 kJ/mol。微观形貌以层错为主,孪生为300℃的主要蠕变机制,位错攀移生成位错墙为400℃的主要蠕变机制。     

某些镍基高温合金蠕变性能的研究

对镍基高温合金的持久性能、蠕变性能的研究虽多,但有关稳态蠕变速率的研究却比较少。研究稳态蠕变速率(?)_s对应力σ和温度T的依赖关系可以提供有关蠕变过程的基本参数,同时,借助于(?)_s和持久时间t_r之间的关系,它又可以反映合金的持久性能。为了研究γ′相对蠕变参数的影响,在本工作中我们一方面研究了两种不含γ′相的单相合金,另一方面也研究了四种含γ′相的高温合金,其主要成分见表1。