一种镍基单晶高温合金高温持久性能的各向异性

测定了一种镍基单晶高温合金[001],[011]和[111]三个取向的高温持久性能。结果表明,[001]方向塑性最好,[111]方向寿命最长,而[011]方向各性能指标都较低,组织分析显示,[111]取向启动多个滑移系,形成界面位错网,且分切应力低,因而寿命长;[001]取向等价滑移系最多,可有效钝化微裂纹,因而塑性最好;而[011]取向切应力高,滑移系少,形变孪晶易促进裂纹萌生,所以寿命短且塑性也低,三种试样在持久过程中都形成一种沿枝晶方向的藤状γ′,是由各枝晶间的微小取向差引起的,这些滕状γ′可以成为一种重要的裂纹源。     

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。     

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。     

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。     

单晶高温合金断裂特征

对单晶高温合金高温拉伸、低周疲劳、高周疲劳和持久断裂特征进行试验研究。结果表明：单晶高温合金高温拉伸断口具有类解理断裂与韧窝断裂的混合特征,断裂机制为中心微孔聚集型断裂。低周疲劳断裂在高应变幅下为多疲劳源,裂纹扩展初期断口与主应力方向垂直,随后疲劳裂纹沿特定晶体学平面扩展;在低应变幅下为单疲劳源,疲劳裂纹沿特定晶体学平面扩展。高周疲劳断裂为单疲劳源,在大应力下断口由多个相交的特定晶体学平面组成,应力较小时,断口由一个大的晶体学平面和瞬断区组成。疲劳裂纹在晶体学平面上扩展形成的疲劳条带间距很宽。高温持久断裂机制为微孔聚集型断裂,显微缩孔成为持久断裂的主要裂纹源。表面再结晶对高温持久断裂机制影响较小,但会使持久性能降低。     

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。     

DZ951合金的持久性能与断裂行为

研究了定向凝固镍基高温合金DZ951在广泛应力范围(50～970 MPa)内的高温(650～1040 ℃)持久性能.利用SEM观察了持久断裂的断口和变形后的组织结构.结果表明,DZ951合金的持久强度明显高于DZ40M合金,与DZ17G合金相当.温度低于800 ℃时,γ'相形貌基本不发生变化;温度达到900 ℃时,γ'相形成完整的筏型结构.低温(<760 ℃)下合金表现为解理断裂,中温(760～850 ℃)下为解理和准解理混合型断裂,碳化物成为有效的裂纹源.高温(>850 ℃)下合金的持久断裂转变为微孔聚集型断裂,显微疏松成为主要的裂纹源.     

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。     

NiCrAlY涂层／Ni基单晶高温合金的元素扩散及界面特性

采用磁控溅射方法在Ni基单晶高温合金上沉积NiCrAlY涂层，研究了真空热处理及高温氧化过程中，NiCrAlY涂层／Ni基单晶合金界面显微结构的变化及元素扩散行为。结果表明，原始涂层成分分布比较均匀，各元素分布在涂层／基体界面呈陡然变化。真空热处理时，涂层与基体间发生互扩散，NiCrAlY涂层的显微结构和相结构发生变化：涂层／基体界面区出现互扩散层(内、外扩散层)；出现γ-Ni3Al和α-Cr两新相，导致涂层局部区域富Cr。1000℃氧化200h后，涂层／基体界面区的互扩散层增厚，并且在其下的基体中出现扩散影响层。Ta在涂层中扩散时，置换了部分γ-Ni3Al相中的Al，导致γ相的晶格常数α0增大。     

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．     

STRESS RUPTURE PROPERTIES AND FRACTURE BEHAVIOR OF A Ni BASE SINGLE CRYSTAL

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 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, 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.     

[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.     

HIGH TEMPERATURE TENSILE FRACTURE BEHAVIOR OF ORIENTED DD100 SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY

１．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｔｕｄｉｅｓｏｆｔｈｅｒｏｌｅｏｆｃｒｙｓｔａｌｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｉｎｇｌｅｃｒｙｓｔａｌｓｕｐｅｒａｌｏｙｗｅｒｅｍｏｓｔｌｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｉｎｔｈｅｉｒｃｒｅｅｐｂｅ...     

EFFECT OF CARBON AND BORON ON MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF A SINGLE CRYSTAL SUPERALLOY RR 2072

Carbon and boron have been considered to strengthen grain boundaries that might form during single crystal casting. In this study the effect of boron on solidification behavior and creep properties of the carbon doped single crystal RR 2072 has been investigated. In order to understand solidification behavior with boron addition, the solid/liquid interface morphology and solidification microstructare were examined with solidification rate. The relationship between microstructaral evolution and creep properties of the carbon and boron modified single crystal has been also investigated.     

拉晶速率对Ni3Al基单晶合金IC6SX凝固组织和高温持久性能的影响

采用螺旋选晶法制备Ni3Al基单晶合金IC6SX试棒,研究了不同拉晶速率对凝固组织和高温持久性能的影响.结果表明,Ni3Al基单晶合金IC6SX凝固组织为树枝状,随着拉晶速率从1.5 mm/min增加到6 mm/min,一次枝晶间距逐渐减小.与普通镍基高温合金不同,位于枝晶干处的次生γ'相尺寸比枝晶间处的大.随着拉晶速率的增加,枝晶干和枝晶间处的γ'相尺寸都逐渐减小,由不规则形状逐渐立方化,枝晶间处的初生γ'相的数量逐渐增多.一次枝晶间距和γ'相尺寸对高温持久性能影响显著,随着拉晶速率的增加,组织细化,铸态IC6SX单晶合金的高温持久寿命增加.     

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。     

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.