镍基单晶高温合金蠕变行为研究进展

从镍基单晶高温合金蠕变中γ'相定向粗化和筏化、蠕变各向异性、蠕变寿命预测及Re和Ru元素对蠕变性能的影响方面,综述了镍基单晶高温合金蠕变行为的研究进展,并对镍基单晶高温合金的发展方向进行了展望。     

镍基单晶高温合金组织稳定性的数学统计分析

镍基单晶高温合金的组织稳定性与难熔元素铼(Re)和钌(Ru)的含量之间有着紧密的联系。总结了在镍基单晶高温合金的发展过程中难熔元素Re和Ru添加的特点;综述了难熔元素Re和Ru对镍基单晶高温合金的组织稳定性的影响,并指出了其中存在的问题,展望了未来研究发展的方向。     

镍基单晶高温合金雀斑组织特征

采用OM、SEM、EBSD、TEM等方法研究了第3代单晶高温合金DD9雀斑铸态、热处理态组织及化学成分特征。结果表明：雀斑是由取向杂乱、细小的等轴晶粒组成,通常平行于晶体生长方向,呈链状分布在铸件的表面,其深度与宽度为400~800 μm;雀斑区域含有大量γ/γ''共晶,且出现一定量的MC、M₆C型碳化物和疏松。热处理后雀斑区域等轴晶粒边界出现大尺寸γ''相及颗粒状的M₆C相。雀斑区域含有较多Ta、Al等元素,而Re、W等元素含量较少,雀斑区域成分更加接近枝晶间成分。     

镍基单晶合金的高温蠕变行为研究

航空发动机、燃汽轮机等高温部件长期工作在高温、高压等严酷环境下,蠕变和疲劳成为制约其使用寿命的重要因素之一,近年来日益受到广泛关注。从镍基单晶合金的高温蠕变现象出发,结合高温蠕变行为中的定向粗化、蠕变各向异性、位错演化、损伤力学模型等问题,介绍了国内外单晶高温合金蠕变行为的研究现状及发展趋势。     

镍基单晶高温合金CMSX—2持久拉伸的显微组织形态及力学行为

在７６０－１０５０℃和７８０－１１５ＭＰａ范围内。选择不同温度应力配合进行了持久拉伸实验。研究了温度和应力的变化对试件断裂寿命的影响。以及温度、应力和断裂寿命与共格相特征尺寸（基体相γ水平通道宽度、筏形析出相γ′厚度）和试件延伸率及断面收缩率的关系,结果表明,在各实验条件下,γ′除了进行定向粗化以外,相邻数裂γ′不可沿外应力轴方向发生不同程度的纵向合并,尽管在较高的温度下外应力较低,γ′纵向合并的     

镍基单晶高温合金微观组织的研究

采用选晶法在改进型Bridgman定向凝固炉上制备了镍基单晶高温合金DD403、DD407和Alloy A试样,研究了三种不同成分单晶合金铸态微观组织差异。结果表明,抽拉速率为6 mm/min时,DD403、DD407和Alloy A合金一次枝晶间距分别为217、221、225μm;三种合金共晶含量的体积分数分别为0.24%、4.61%和2.96%。     

镍基高温合金单晶叶片凝固组织模拟

采用CAF模型对DZ445高温合金单晶叶片定向凝固组织进行了数值模拟,在CAF模型中分别采用高斯分布连续形核模型和扩展KGT模型描述晶粒形核和枝晶尖端生长速率,研究了组模方式和抽拉速率对叶片凝固组织的影响。结果表明,倾斜组模可消除缘板杂晶,但可能会引入新的杂晶;抽拉速率越小越易形成单晶,抽拉速率越大越易形成杂晶;分段变速抽拉可消除缘板杂晶,但变速的位置距缘板应保持一定距离,此距离随叶片尺寸和抽拉速率而发生变化。     

镍基单晶高温合金微观孔洞缺陷研究进展

微观孔洞是镍基单晶高温合金的主要缺陷之一,会显著降低合金的力学性能,因此一直是高温合金领域的研究重点。总结了单晶高温合金中包含显微疏松和固溶微孔在内的微观孔洞缺陷形成机制,并分析了抽拉速度、温度梯度和合金成分等因素对显微疏松形成的影响规律。综述了热等静压对显微疏松的消除机制及其对力学性能的改善作用。     

镍基高温合金U720Li的组织稳定性及蠕变行为

研究了新型镍基高温合金U720Li在650和700℃时组织稳定性,蠕变和变形机制。结果表明,在长期时效过程中,初生γ‘、二次γ‘相以及晶界析出相的形态几乎不发生变化,三次γ‘相经历一个粗化长大和溶解消失的过程中,蠕变第一阶段的形变量随着施加应力的增加单调增大,而在700℃蠕变时,蠕变第一阶段的形变量随着施加应力的增加先降后升。合金650和700℃蠕变断裂寿命和最小蠕变速率在低应力区和高应力区服从于不同斜度的双对数线性规律。在高温低应力下,合金的蠕变机制为位错攀移机制,而在低温高应力下,蠕变过程由位错切割机制控制。     

电磁场对镍基单晶高温合金组织的影响

利用定向凝固技术,通过改变石墨套厚度获得不同强度的磁场,研究了通电感应线圈产生的磁场对DD90单晶高温合金凝固组织的影响规律,同时结合Ansys有限元分析对合金熔体内磁场、流场分布进行了模拟。结果表明:当石墨套厚度为10～30 mm时,单晶性保持完好;随石墨套厚度的增加一次枝晶间距变大,二次枝晶间距变化规律与之相反,铸态组织析出相g′的尺寸、共晶组织含量明显增加,元素偏析增大。合金熔体内磁场、流场的Ansys有限元模拟表明,随石墨套厚度的增加,熔体内磁场强度、流速均逐渐减弱。在此基础上,从磁场作用下热电磁对流和熔体流动的角度对结果进行了分析和讨论。     

镍基单晶合金高温蠕变变形与损伤行为

通过蠕变性能测试和组织观察,研究了镍基单晶合金在高温蠕变期间的变形和损伤行为.结果 表明,该合金在1040℃/137 MPa条件下的蠕变寿命为556 h,表现出优异的蠕变抗力.合金在稳态期间的蠕变特性是位错在γ基体中滑移和攀移越过筏状γ'相.在蠕变后期,合金的变形特征是位错剪切进入筏状γ'相,剪切γ'相的位错可以交滑移...     

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。     

镍基单晶高温合金TLP连接

采用自制的镍茯合金柔性布作为中间层合金对DD98单晶高温合金进行瞬态液相（TLP）连接,TLP连接在1473-1523K,0.5-24H真空条件下进行。利用光学显微镜、扫描电镜对接头的微观结构和化学成分进行观察和分析,利用电子背散衍射测定了连接层和基体之间的结晶学取向。结果表明接头区域由连接区,中间金属／基体金属界面扩散区、基体金属区组成,均匀化处理后的接头与基体上的γ‘沉淀相的尺寸趋于一致,连接层与基体之间的取向匹配良好。     

W对第三代镍基单晶高温合金组织稳定性的影响

通过对3种不同W含量(6%、7%、8%,质量分数)的第三代镍基单晶高温合金铸态、热处理态和热暴露后的组织观察和成分分析,研究了W对元素偏析、热处理组织及热暴露过程中组织演化的影响。结果表明:W含量的提高对合金元素的铸态偏析、完全热处理后的γ′相形貌、尺寸和体积分数均无明显影响。在950℃热暴露过程中,W含量的提高抑制了γ′相的粗化,但加速了γ′相的连接变形。3种合金在热暴露过程中析出的TCP相主要为m相和s相,且TCP相析出量随W含量的增加而缓慢增大。此外,3种合金在1000℃热暴露时TCP相析出量最大,在950℃热暴露时次之,在1050℃热暴露时析出量最小。     

镍基单晶高温合金涡轮叶片薄壁效应研究进展

镍基单晶高温合金具有优异的高温综合性能,是航空发动机涡轮叶片和导向叶片等部件的首选材料,承受高温度和高应力的严苛服役环境。目前,高冷效叶片的结构设计中采用多种复杂冷却结构以提高其承温能力,其中以层板冷却和双层壁冷却为代表的微型冷却结构是其主流发展方向。但由于这类复杂涡轮叶片中存在超薄壁结构,已成为叶片制造的关键点和难点。本文综述了镍基单晶高温合金薄壁结构的发展趋势,分析了薄壁受限空间的缺陷产生及枝晶生长规律,阐述了薄壁结构对力学性能的影响,展望了先进涡轮叶片的制备及其组织控制的发展趋势。     

镍基单晶高温合金DD10的恒温氧化行为

采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)及能谱(EDX)等方法研究了不同钴含量的两种镍基单晶高温合金在900,1000和1100 ℃的恒温氧化行为。研究发现,增加合金中的Co含量,会降低合金的扩散激活能,引起氧化速率的略微增加。在900和1000 ℃氧化时符合抛物线规律,氧化膜分为3层：外层主要由Cr2O3和TiO2组成;中间层是很薄的CrTaO4和Ta2O5氧化层;内层是连续的Al2O3氧化层。在1100 ℃时氧化膜的严重剥落和CrO3的挥发使增重曲线略微偏离抛物线规律,生成了NiCr2O4, CoAl2O4, CoNiO2和Co2TiO4等尖晶石相,并发生了内氮化     

一种镍基单晶高温合金的恒温氧化行为

通过静态增重法对一种镍基单晶高温合金在900℃和1000℃的恒温氧化行为进行了测定,并利用X射线衍射和扫描电镜对氧化产物进行了分析。结果表明,该合金在900℃和1000℃均为完全抗氧化级,900℃的氧化速率明显低于1000℃的氧化速率。合金的氧化产物以(Ni,Co)O为主,并形成了较多的α-Al₂O₃ 和较少量的Cr₂O₃,同时形成了CrTaO₄及（Ni,Co）Al₂O₄和 Co(Al,Cr)₂O₄等尖晶石氧化物。氧化物呈层状分布,(Ni,Co)O在最外层,而Al₂O₃在内层。另外,在靠近α-Al₂O₃层的合金基体中出现了内氮化物。     

单晶镍基高温合金的蠕变断裂

本文研究了〈001〉取向的CMSX—2,SRR99和RR2000三种单晶镍基高温合金,从750-1000℃温度范围和从150—680MPa应力下的蠕变断裂特征;用扫描电镜对上述各种实验状态下的蠕变断口和纵向剖面进行了详细观察。结果表明:单晶的蠕变断裂具有明显的晶体学特征,蠕变裂纹总是从已有的铸造的显微疏松处萌生;对于含碳量较高的材料,碳化物及其与基体的界面也是裂纹萌生的有利位置;这些已萌生的裂纹在外加应力轴垂直的(001)面上各向异性地扩展,直到由于承载截面的逐渐减小而导致最终破坏。虽然在较高的实验温度下,断口被强烈地氧化,但是蠕变断裂特征没有改变,在对三种材料断口上(001)面的大小和面积分数的测量和计算表明,用面积分数来表征蠕变损伤程度是可行的。     

镍基单晶高温合金性能的研究

研究在两种凝固条件下,热处理对镍基单晶高温合金性能的影响。研究表明：γ相为0．5时,镍基单晶高温合金在950～1050℃有最佳的蠕变性能;显微疏松对850℃的高周疲劳以及750℃低周疲劳有明显的影响,采用高的温度梯度下的铸造处理可以使性能得到改善;该合金的耐腐蚀性较高。     

镍基单晶高温合金的研发进展

本文概述了近年来镍基单晶高温合金的研发进展。在合金研制方面,总结了单晶合金近几年的发展及其成分设计方法。针对单晶合金常见的变形和损伤、失效机制,分别介绍了单晶合金蠕变、疲劳、氧化及热腐蚀机理,以及单晶合金中常见缺陷对力学性能的影响。在单晶叶片制造工艺方面,总结了高速凝固、气冷、液态金属冷却、以及流态床冷却等几种常见定向凝固工艺的研发和应用现状,并介绍了单晶叶片中几种常见缺陷的形成机制和相关控制技术。此外,本文还讨论了单晶高温合金及单晶叶片在应用基础研究领域面临的困难和挑战。