扫描电镜下一种镍基单晶高温合金 长期时效过程中的界面位错演化

利用场发射扫描电镜观察分析了一种镍基单晶高温合金在长期时效处理过程中的位错网演化过程.结果 表明:在1100℃时效过程中合金γ/γ'界面形成了大量界面位错,界面位错反应形成位错网.随着长期时效时间的增加,界面位错网的间距逐渐减小.随着位错反应的进行,部分初始为四边形的界面位错网逐渐转化为八边形,最后形成方形位错网.界面...     

DD5单晶高温合金在长期时效和持久性能试验中的γ′相演化

研究了DD5单晶高温合金在热处理态、长期时效态(1 100℃/500 h)和持久性能测试过程中的γ′相演化。结果表明:1 100℃时效500 h后,γ′相全部由立方体形态转化成条状组织,基体通道宽度接近γ′相宽度并析出大量粒状二次γ′相,γ/γ′相界面形成大量错配位错网。与热处理态相比,长期时效态合金在871℃/552 MPa和1 038℃/172 MPa条件下持久寿命明显降低。长期时效态合金在871℃/552 MPa条件下持久试验后,一次γ′相保持长期时效后形态,但基体通道中的二次γ′相形成了N型筏形组织。长期时效态合金在1 038℃/172 MPa条件下持久试验后一次γ′相形成垂直于拉应力的N型筏。     

长期时效对镍基单晶合金微结构演化和拉伸性能的影响（英文）

利用微观分析方法研究了第二代镍基单晶合金DD6标准热处理和980℃/1050℃/1200℃/长期时效对γ/γ′形态演化和拉伸性能的影响。结果显示:镍基单晶合金DD6在较高温度时效处理后会发生形态不稳定,1050℃/时效800 h后γ′强化相逐渐连接成筏;1200oC时效100 h后,γ/γ′微结构的立方度明显下降并逐渐向球形边界转化,并伴有少量细小基体相嵌入强化组织。在γ/γ′界面附近分布着大量位错线,位错运动随着时效处理时间和温度的增长而加强。1050℃/时效1000 h后在固溶元素富集区析出块状沉淀相,其脆性特征在低温拉伸时会塞积位错运动形成应力集中。760℃高温下的抗拉强度、屈服强度和延伸率随着时效时间增长而减小,断面收缩率有所波动。     

Effects of Long-Term Aging on the Microstructures and Tensile Properties of Ni-Based Single Crystal Superalloy

利用微观分析方法研究了第二代镍基单晶合金 DD6 标准热处理和980 ℃/1050 ℃/1200 ℃/长期时效对γ/γ′形态演化和拉伸性能的影响。结果显示：镍基单晶合金DD6在较高温度时效处理后会发生形态不稳定,1050 ℃/时效800 h后γ′强化相逐渐连接成筏;1200 oC时效100 h后,γ/γ′微结构的立方度明显下降并逐渐向球形边界转化,并伴有少量细小基体相嵌入强化组织。在γ/γ′界面附近分布着大量位错线,位错运动随着时效处理时间和温度的增长而加强。1050 ℃/时效1000 h后在固溶元素富集区析出块状沉淀相,其脆性特征在低温拉伸时会塞积位错运动形成应力集中。760 ℃高温下的抗拉强度、屈服强度和延伸率随着时效时间增长而减小,断面收缩率有所波动     

FGH95粉末镍基合金蠕变期间位错网的形成与分析

采用TEM观察和衍衬分析研究了FGH95粉末镍基合金蠕变期间的位错组态.结果表明,蠕变初期,1/2〈110〉位错在γ基体{111}晶面开动,使位错不断增殖.蠕变稳态阶段,2组不同Burgers矢量的位错可能滑移至同一晶面并相遇,反应后形成六角位错网络,或在不同滑移晶面相交.形成具有四边形特征的位错网络.位错网的形成可降低位错可动性并抑制位错交滑移,提高合金蠕变抗力.蠕变后期变形特征是形变位错在γ/γ′界面位错网损坏处切入γ′相,切入γ′相的位错可发生分解,形成不全位错和层错的位错组态.     

温度对高W含量K416B镍基合金拉伸行为的影响

在不同温度对高W含量K416B镍基合金进行拉伸性能测试及组织形貌观察,研究了温度对合金拉伸行为的影响规律.结果表明,在20~800℃,合金的屈服强度与抗拉强度随着温度的升高而增加,高于800℃后,合金的拉伸性能逐渐降低.合金室温拉伸变形特征为位错剪切γ′相或以Orowan机制越过γ′相,且切入γ′相位错可分解形成层错.随着温度升高,合金基体内的位错密度逐渐增加,其中,800℃拉伸时,合金基体内形成高密度位错缠结,可起形变强化作用,是合金具有较高拉伸强度的主要原因.随着温度进一步升高,切入γ′相的位错数量增加,致使合金强度逐渐降低.在中低温条件下,裂纹主要沿大尺寸M6C碳化物处萌生与扩展,致使合金发生脆性断裂.而高温拉伸期间,合金主要以微孔聚集方式沿γ+γ′共晶界面发生连接开裂,是合金发生韧性断裂的主要原因.     

同位相热机械疲劳形变后γ／γ′相界面上的位错网分析

DD8单晶镍基高温合金经过同位相热机械疲劳（TMF）后，在垂直于应力轴的γ/γ′相界面上存在着大量的六角形位错网。对位错网中的位错进行的分析表明，六角形位错网中的位错都是刃型位错，而且这些位错的Brugers矢量都不与滑移过程开始的滑移系相对应。利用双交滑移模型说明了位错网的形成机制。     

DD8单晶镍基高温合金热机械疲劳后的微观结构

透射电镜(TEM)观察表明、DD8单晶镍基高温合金经过热机械疲劳(TMF)后，在同位相(IP)和反位相(OP)加载的条件下，合金内部的位错组态和γ′沉淀相的形貌有很大的区别．在IP加载条件下，垂直应力轴的γ／γ′相界面上存在着密集的六角形位错网、平行应力轴的相界面上存在的是四边形的位错网，而且在小机械应变幅下，γ′相出现明显的筏化现象、并且随着应变幅的增加，γ′沉淀相的筏化现象也越来越不明显．在OP加载条件下，在γ／γ′相界面上则没有位错网被观察到，γ′被层错剪切，并且没有明显的筏化出现．     

Inconel 751合金长期时效过程中γ′析出相的长大行为

对经过标准热处理的Inconel 751合金,在700℃和850℃进行了长期时效处理。对长期时效处理后的合金组织进行了观察,采用Thermo-calc软件对合金γ′相的析出进行了热力学验证计算。结果表明,Inconel 751合金在700℃时效时,γ′相长大较为缓慢,而在850℃时效时γ′相迅速长大;随着时效温度的升高和保温时间的延长,合金中小颗粒γ′相数量减少,单位面积内的γ′颗粒数目减少,大γ′颗粒数目增加,即发生了Ostwald熟化;Inconel751合金中γ′相主要为N i3(A l,Ti),在700℃和850℃时效过程中,γ′颗粒长大受A l和Ti扩散控制。     

Calculation of the internal stresses at the γ/γ’ interface of DD8 single crystal nickel base superalloy after thermo-mechanical fatigue

计算了DD8单晶镍基高温合金在同相(IP)和反相(OP)热机械疲劳(TMF)后γ／γ′相界面上产生的位错网的内应力．结果表明：IPTMF条件下，γ／γ′相界面上产生的位错网可以释放掉大部分错配应力，同时因位错网的存在导致了γ′沉淀相发生了明显的筏化现象．OP条件下产生的层错未造成基体内应力分布的不同，因此未发生γ′沉淀相的筏化。     

K439B铸造高温合金800℃长期时效组织与性能演变

对K439B合金开展800℃、3000 h长期时效,研究合金显微组织及力学性能的演变,分析室温拉伸及815℃、379 MPa持久性能的变形机制。结果表明：热处理态K439B合金中的γ’相呈球状,晶界存在MC及M₂₃C₆ 2种碳化物,而枝晶间仅存在MC碳化物。在800℃长期时效过程中,γ’相的粗化遵循Ostwald熟化机制且形貌趋于立方化,γ′相粗化速率为71.7 nm³/h;晶界和枝晶间MC碳化物发生退化,M₂₃C₆碳化物析出含量逐渐增加。时效3000 h后晶界γ’相与M₂₃C₆碳化物存在■的位向关系。热处理态合金的室温抗拉强度和屈服强度分别为1159.0和911.5 MPa,815℃、379 MPa持久寿命为150.4 h。长期时效后γ’相尺寸增加使得位错的运动方式由以位错在基体中滑移为主向位错切入γ′相为主转变,γ′相中出现了更多的堆垛层错,合金室温拉伸强度和815℃、379 MPa持久寿命均降低。     

Re含量对DD15单晶高温合金显微组织和持久性能的影响

在定向凝固炉中制备了3种不同Re含量（5%,6%,7%,质量分数）、其它合金元素相同的第4代单晶高温合金DD15,将其完全热处理后在1100℃长期时效1000 h,在1100℃/137 MPa条件下测试合金的持久性能。研究了Re含量对DD15单晶高温合金组织稳定性和持久性能的影响。结果表明,随着Re含量增加,γ′相尺寸减小,其体积分数和立方化程度稍有增加,长期时效时γ′相粗化、筏排化速率和TCP相析出量增加,合金的组织稳定性降低。合金的持久性能随着Re含量增加而显著降低。3种断裂试样中均发现了TCP相,其含量随着Re含量增加而增多,这是合金持久性能随Re含量增加而降低的主要原因。γ/γ′相界面位错网密度随着Re含量增加而增加。Re元素在γ基体中有强烈的偏析倾向,分配比随Re含量增加而显著升高。随着Re含量增加,合金的晶格错配度向负方向增加。     

镍基合金617B的微观组织与力学性能（英文）

采用SEM、TEM和力学性能测试研究镍基合金617B在750°C下时效5000h过程中的微观组织稳定性和力学性能。在时效过程中,合金617B析出M23C6碳化物和γ′相,前者分布于晶界和晶内,后者分布于晶内。随着时效时间的延长,析出物颗粒尺寸逐渐增大。碳化物和γ′相颗粒起到析出强化作用,并提高时效态合金的硬度和强度。在时效过程中,时效态合金的强度和硬度具有良好的稳定性。合金617B时效后的韧性降低是由于γ′相抑制晶界附近的弹性变形,导致晶界裂纹形成;此外,晶界碳化物析出导致其与基体相的界面强度降低,晶界处易产生裂纹。这使得时效态合金的冲击韧性降低。但在时效过程中,时效态合金的韧性具有较好的稳定性是由于时效5000 h过程中析出相的分布未发生明显变化。     

热力耦合对一种第四代镍基单晶高温合金1100℃蠕变组织演变的影响

以一种第四代镍基单晶高温合金为研究对象,采用变截面蠕变试样,在1100℃、43~96 MPa条件下进行200 h蠕变中断实验,利用SEM和TEM观察了微观组织演变规律,利用同步辐射高能XRD和EPMA分析了高温低应力条件下镍基单晶高温合金的蠕变组织演变。结果表明:随着应力的增大,镍基单晶高温合金的γ′相体积分数降低,筏化程度增大且筏排厚度下降,同时,γ相通道宽度逐渐增大,而γ/γ’两相界面位错网间距逐渐减小。固溶强化元素Re、Mo和Cr等在γ相中的富集导致γ/γ’两相错配度绝对值增大。蠕变过程中γ’相体积分数降低和γ’相筏排厚度减小显著降低了合金的强度。另外,位错在γ′相溶解所导致的弯曲相界处的塞积,使位错易于切入γ′相,也是镍基单晶高温合金室温硬度下降的重要原因。     

长期时效对GH4586B合金组织及室温拉伸性能的影响

利用扫描电镜对GH4586B合金在750℃下时效1500 h过程中的显微组织和室温拉伸断口进行观察分析。结果表明,GH4586B合金在时效过程中无有害TCP相(拓扑密堆相)析出,晶内析出尺寸差异较大的两种γ′相粒子,随着时效时间的延长,大尺寸的γ′相逐渐长大,形貌由球形逐步转变为方形,且间距也逐渐变大,这种γ′相析出的特征有利于合金强韧性的匹配;合金在室温下随着时效时间的延长,强度和塑性发生变化,时效500 h后合金具有较好的强度和塑性的匹配,这与γ′相析出的形貌、分布、数量直接相关;通过室温拉伸断口的形貌分析,合金断裂均具有塑性断裂特征。     

时效处理对镍基单晶高温合金显微组织和硬度的影响

针对不同γ′相体积分数(30%和60%)、经不同时间时效后(0、100、500和1000 h)的镍基单晶高温合金,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM),并结合纳米压痕试验研究了时效处理对镍基单晶高温合金微观结构和硬度的影响。结果表明,随着时效时间的增加,合金γ′相尺寸逐渐增大。γ′相体积分数为30%和60%的合金中γ′相的形态分别为球形和立方形,γ′相的形态并未随着时效时间增加而发生明显变化;同时,由于60%γ′相体积分数的合金难熔元素含量较高,在时效处理过程中产生了TCP相。时效后,两种沉淀体积分数的合金都呈现出显著的硬化效应,分析认为γ′相强化机制未发生转变。合金在压痕周围的堆积高度随着时效处理时间的增加逐渐增高,而堆积影响的范围逐渐减小。     

热处理制度对超超临界电站用GH80A合金组织和性能的影响

系统研究了不同固溶处理、固溶+时效处理以及550~750℃长期时效10000h后GH80A合金组织和性能的变化规律。结果表明:γ′相的开始析出温度为930~950℃;冷却介质比固溶温度对冷却γ′相的影响大,水淬能够抑制GH80A合金γ′相的析出;时效温度对一次γ′相有重要影响;双时效处理才析出二次γ′相;随固溶温度升高,合金单/双时效后的强度稍有降低而塑性升高;长期时效温度不高于700℃时合金的组织稳定性良好,一次γ′相的粗化机制在700℃以下以扩散控制为主,750℃以界面控制为主。     

[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.     

基于γ′相尺寸的新型Ni-Cr-Co基合金高温变形行为研究

本文在600 ℃、5×10_^-4 s_^-1条件下对不同γ′相尺寸的毫米级粗晶新型Ni-Cr-Co基合金进行高温拉伸实验,并结合OM,SEM和TEM研究γ′相尺寸对合金高温变形行为和锯齿流变效应的影响。结果表明,γ′相尺寸对合金力学性能影响显著,随着γ′相尺寸的增加,材料强度呈先提高后降低的趋势,合金的主要变形机制由位错切过γ′相转变为位错绕过γ′相;当γ′相尺寸持续增加时,位错运动受阻难以绕过γ′相,溶质原子钉扎可动位错,当应力增大至一定程度时位错脱钉,反复的钉扎与脱钉即动态应变时效导致合金在变形过程中出现锯齿流变效应。可通过调控γ′相尺寸弱化,当γ′相平均尺寸为57.18 nm时,锯齿流变效应微弱,临界应变最大,力学性能较高,因此γ′相最佳尺寸为57.18 nm。     

FGH95合金长期时效过程中二次γ′相的“反粗化”分裂行为

利用场发射扫描电镜研究了FGH95粉末冶金高温合金在750℃/5000h时效过程中二次γ′相的尺寸、分布和形貌变化,为其在新型航空发动机中的应用提供理论依据。结果表明,随着时效时间增加,二次γ′相形态不稳定,其尺寸变化不符合体扩散控制的LSW规律。二次γ′相在0~500h发生"反粗化"的分裂,由碟状分裂为块状。在500~1000h阶段分裂的细小γ′相发生粗化,在1000h粗化到一定程度后又开始分裂,2000h后随着时效时间延长又逐渐粗化,椭球状二次γ′相逐渐增多。研究证明,γ′相粒子之间的弹性交互作用是导致其形态变化的主要原因,它属于降低界面能与弹性交互作用能总量的形貌转变机制。