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。     

一种镍基单晶高温合金持久各向异性行为

研究了一种镍基单晶高温合金DD499的[001],[011]和[111]3个晶体取向在典型应力条件下的持久性能。结果表明,持久寿命的取向依赖性与温度和应力有关。760℃,790MPa时,[001]取向的持久寿命明显高于[011]和[111]取向;1040℃,165MPa时,持久寿命由大到小顺序为[111]>[001]>[011],但不同取向的各向异性减弱。利用SEM观察持久断裂后的断口和组织结构表明,760℃,790MPa时,[001]取向试样的断裂特征为解理和准解理混合型断裂,[011]取向为单系滑移引起的剪切断裂,而[111]取向为多系滑移引起的剪切断裂;1040℃,165MPa时,3种取向都为微孔聚集型断裂。     

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。     

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。     

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。     

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。     

一种镍基单晶高温合金压缩蠕变强度的各向异性

研究了镍基单晶高温合金压缩蠕变强度的各向异性．结果表明,压缩蠕变强度的取向依赖性与温度有关,其由大到小的排序分别为：１０２３Ｋ－［１１０］,［１１１］,［００１］;１１２３Ｋ－［１１０］,［００１］,［１１１］,当蠕变速率小于８×１０－５ｓ－１时,［００１］与［１１０］间的各向异性减弱;１２２３Ｋ－［１１０］,［００１］,［１１１］,但［００１］与［１１０］间的各向异性变得非常弱,通过蠕变门槛应力分析,确定了上述取向在不同区域中的蠕变控制机制,拼据此解释了压缩蠕变强度的各向异性．     

一种镍基单晶高温合金的蠕变各向异性

分别制备了[001]和[011]取向的Ni-Co-Cr-Mo-w-Al-Ti-Ta镍基单晶高温合金试样.在750℃/750 MPa条件下,[001]取向合金的平均蠕变寿命叫显高于[011]取向合金,[011]取向合金延伸率稍高.在982℃/248 MPa条件下,[001]取向合金的平均蠕变寿命和延伸率均高于[011]取向合金,各向异性上要表现在加速蠕变阶段,但各向异性程度比低温高应力时显著降低.存高温低应力条件下,2种取向合金中γ'相均已形筏,[001]取向合金的筏化方向垂直于应力轴,而[011]取向合金的筏化方向与应力轴的夹角约为45°.γ'相形筏后,阻碍了位错运动,导致加工硬化,因此,γ'相筏化是各向异性程度降低的主要原因.在[011]取向合金的蠕变后期观察到挛品组织同时穿越γ和γ'相,导致试样塑性人幅度降低,迅速断裂.     

一种Ni基单晶高温合金[001]方向的持久性能与断裂行为

利用SEM观察了一种Ni基单晶高温合金[001]方向持久断裂的断口、纵向剖面和变形后的组织结构．结果表明：在760-1100℃温度范围内,合金的断裂均属于韧性断裂．在低于800℃的低温高应力下,合金中的γ’相不形成筏形组织,合金的断裂特征为纯剪切型断裂,对显微疏松缺陷不敏感;随着温度的增加和应力的降低,γ’相逐渐发生定向粗化,形成筏形结构,合金的持久断裂逐渐转变为微孔聚集型断裂,气孔和疏松成为主要的裂纹源．     

一种单晶高温合金的泊松比的各向异性

以一种第3代单晶高温合金为实验材料,通过籽晶法制备了<001><100>(2个指数分别为一次和二次取向)和<011><110>2种取向的单晶料板,采用敲击共振法测试了从室温到1100℃范围内第1种试样的Young’s模量和剪切模量及第2种试样的剪切模量,根据测试结果,计算出单晶高温合金的3个弹性常数C₁₁、C₁₂和C₄₄,从而得到单晶高温合金各个取向的泊松比。绘制了泊松比的最大值及最小值的三维取向分布图,分析了泊松比随晶体取向的变化规律。当一次取向沿着<001>和<111>时,泊松比在面内具有各向同性。当一次取向沿着<011>时,泊松比随着二次取向的变化而显著改变,二次取向在以<110>为中心的约60°的范围内泊松比为负值,在其他角度范围内为正值,且在<100>时具有最大值。     

Effect of pre-compression on the stress rupture properties of single crystal superalloy：Ⅰmicrostructure and stress rupture properties of pre-compressed samples

研究了单轴预压缩对镍基单晶高温合金DD98的微观组织和持久性能的影响及其原因．在热处理态的基础上，于真空中1050℃下分别实施了180MPa／6h和220MPa／6h两种预压缩、观察到预压缩后的试样中形成了与应力轴平行的P型γ’筏．同时，在竖直通道内的γ／γ界面上形成了位错网．单轴预压缩对持久寿命的影响因测试条件不同而变化，但预压缩试样的延伸率均得到提高．在高温低应力持久时，预压缩形成的P型筏转化为宽度不同的波浪状N型筏，导致位错越过γ’方式有所差异．在低温高应力时，P型筏仅表现出微弱的向N型筏转化的趋势．此时，两种预压态试样中均形成位错缠结．在中等温度及应力时，两种预压态中的P型筏则转化为较混乱的N型筏，其位错特征是不规则位错网．     

熔体过热处理对M963合金组织和高温持久性能的影响

对M963合金熔体进行了过热处理并在1248K／225 MPa条件下测试了其持久性。结果表明,随熔体过热温度的升高,铸态组织中的初生MC碳化物不断细化和均匀分布,合金的持久断裂寿命和塑性明显提高,但温度高达2023K的熔体过热处理,使合金中的气体含量升高,导致显微疏松增加,持久性能降低。在1923K温度下进行熔体过热处理,可使M963合金在1248K／225MPa条件下的持久寿命和持久塑性同时提高一倍以上。     

[011]取向镍基单晶合金蠕变特征

研究了一种[011]取向镍基单晶合金的拉伸蠕变特征及其变形期问的微观组织结构.结果表明:在750℃/680 MPa条件下,合金的初期蠕变和稳态蠕变速率相对较高,蠕变寿命较短.TEM观察显示,蠕变期间的变形特征是1/20<110>位错在基体中运动,发生反应形成1/3<112>超Shockley不全位错切入γ'相后产生层错;在870℃/500 MPa条件下,蠕变中期出现不均匀滑移带并有大量超不全位错剪切γ'相,使合金具有较高的应变速率;在980℃/200 MPa条件下,合金具有较长的蠕变寿命和较低的稳态蠕变速率.不同Burgers矢量的位错相遇发生反应形成界面位错网,位错网可以阻止位错切入γ'相,γ'相沿[010]方向扩散生长,逐渐转变成筏形组织.蠕变后期位错切入,γ'相,是合金变形的主要方式.     

直流电场对一种镍基单晶高温合金力学性能的影响

采用电场凝固技术在自制电场定向凝固装置上进行电场单晶生长，研究了直流电场对一种镍基单晶高温合金室温拉伸性能和高温持久性能的影响．结果表明，随着电流密度增大，合金的室温屈服强度明显提高，但抗拉强度无明显改善，且塑性降低；在980℃和221MPa条件下，高温持久时间显著延长，持久塑性得到改善．利用扫描电镜和电子探针对该合金的凝固组织、合金成分分布和断口形貌进行了分析．结果表明，直流电场引起枝晶间距及γ′相尺寸减小、成分偏析减轻，共晶和亚晶界减少．直流电场作用导致的γ′相尺寸减小及成分偏析减轻导致的γ／γ′错配度变化，对合金的屈服强度和高温持久性能的提高有贡献．     

HIGH TEMPERATURE TENSILE FRACTURE BEHAVIOR OF ORIENTED DD100 SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY

１．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｔｕｄｉｅｓｏｆｔｈｅｒｏｌｅｏｆｃｒｙｓｔａｌｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｓｕｐｅｒａｌｏｙｗｅｒｅｍｏｓｔｌｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｉｎｔｈｅｉｒｃｒｅｅｐｂｅ...     

单晶高温合金定向凝固过程中晶体竞争生长观察

本文选用镍基单晶高温合金，用籽晶法控制各晶粒的晶体取向，进行了多晶组合的竞争生长实验，模拟了定向凝固中不同晶体取向晶粒间的生长过程与竞争规律，结果表明：晶粒的竞争生长过程取决于晶粒的相对取向关系及其与热流方向的夹角，择优生长方向与热流方向最接近的晶粒将淘汰其它晶粒并逐渐占据整个试样截面，当两个晶粒的择优生长方向都与热流方向不平行且大发散角方式组合时，两晶粒间可出现第三个晶粒并最最终扩展至整个试样截     

DD8单晶镍基高温合金的热机械疲劳

对DD8合金进行了同位相(IP)与反位相(DP)热机械疲劳(TMF)实验。结果表明：当以机械应变幅作为参量时,在高应变幅下,IP疲劳寿命均低于OP的寿命;随着应变幅的降低,IP疲劳寿命有向OP寿命靠近的趋势,扫描电镜观察表明,IP和OPTMF试样的断口形貌有明显的不同,在IP实验中,裂纹萌生于试样内的铸造孔洞,垂直于加载轴方向扩展;而OP裂纹则是萌生于试样的自由表面,沿着{111}晶面扩展,不同的裂纹萌生和扩展机制是导致IP和OPTMF寿命差异的主要原因。