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     

DD3单晶高温合金的高温蠕变断裂行为

通过对DD3单晶高温合金试棒进行1030℃／196MPa、1040℃／177MPa和1050℃／140MPa蠕变实验,并对试样断口形貌及其组织进行观察和分析,研究了第一代单晶高温合金DD3的高温蠕变断裂行为。蠕变试验结果表明：在1030～1050℃条件下,DD3合金具有优良的蠕变性能;蠕变开始不到10h,合金即进入稳态蠕变阶段。断口形貌及组织分析表明：高温条件下的DD3单晶高温合金蠕变断裂裂纹萌生于微孔,断裂模式为微孔聚集型断裂。     

镍基单晶高温合金的蠕变损伤规律研究

基于镍基单晶合金蠕变过程中的细、微观组织结构变化及损伤特点，本文建立了考虑材质劣化和空洞损伤的双参数蠕变损伤本构方程及寿命预测模型。利用ＤＤ３单晶材料〈００１〉晶体取向的７６０，８５０和１０００℃实验结果考核表明，所建模型可以比较准确地预测蠕变第二、第三阶段变形状态及破坏特征。第二阶段持续时间、第三阶段开始时间可以表示成蠕变应力的指数函数；随着温度的升高，材料劣化加剧，空洞损伤也增加。     

晶体取向对镍基单晶高温合金纳米压痕行为的影响

为了研究晶体取向对镍基单晶高温合金纳米压痕行为的影响，采用带原子力显微镜的Berkovich压头对[001], [011]和[111]取向的镍基单晶高温合金开展了纳米压痕试验。试验结果显示晶体取向对压痕载荷-深度曲线、硬度和弹性模量有显著影响。晶体取向会影响γ^"强化相形状和体积分数，进而会影响其力学性能。采用晶体塑性理论对三种典型晶体取向下的纳米压痕响应和分解切应力分布开展有限元模拟，模拟结果与试验结果符合得较好。     

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蠕变机制的研究

对一种镍基单晶高温合金在两种蠕变条件下（760℃／780MPa和982℃1248MPa）的变形机制进行分析．结果表明：在中温高应力条件下（760℃／780MPa）,在低应变阶段,位错以堆垛层错的形式切入γ’相;高应变阶段,位错以位错对的方式切入γ’相．在高温低应力条件下（982℃／248MPa）的低应变阶段,母相a／2（110）位错在基体中运动弓出,并绕过γ’相,发生位错反应而形成位错网;高应变阶段与中温高应力条件的切入机制相同．     

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。     

镍基单晶合金压痕蠕变研究

为了探索用压痕法确定晶体学蠕变应力指数的可行性,采用晶体塑性理论模型对不同取向镍基单晶合金压痕蠕变行为进行了有限元模拟。研究表明,晶体学对称性会导致压痕表面应力呈现特定的对称性;晶体取向对压痕蠕变深度及其扩展速率具有显著的影响。通过开展不同载荷下的压痕蠕变模拟,获得相应的稳态压痕深度扩展速率,再通过线性回归的方法可有效获得晶体学蠕变应力指数。本文提出的确定蠕变应力指数的方法不受晶体取向的影响,有望应用于各向异性高温合金蠕变性能评估。     

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。     

C对镍基单晶高温合金DD90组织的影响

研究了不同含量C对镍基单晶高温合金DD90凝固组织的影响。结果表明：随着C含量的增加,一次枝晶间距逐渐增大,凝固范围逐步扩大。随着C含量的增加,合金中碳化物数量逐渐增加。碳化物形貌从块状变为汉字体状,最后连接成复杂的骨架状。随着C含量的增加,γ/γ′共晶体积分数减少,粗大的初生相γ’减少。C的添加增大了Al的偏析,减弱了Re、Mo、W的偏析。     

DD6单晶高温合金的等温氧化行为(英文)

研究第二代单晶高温合金DD6在1050℃和1100℃下的等温氧化行为,分别采用SEM、XRD和EDS对氧化产物进行分析。结果表明,在1050℃和1100℃温度下,DD6合金的100h氧化动力学曲线遵循亚抛物线规律。在1050℃时,氧化产物分为两层,外层为NiO和少量的Al2O3,内层为Al2O3。而在1100℃时,氧化产物分为三层,外层为Al2O3和少量的NiO,中间层为Cr2O3和TaO2,内层由Al2O3组成。在这2种温度下的氧化物下面都形成了无γ′相的区域。     

Temperature dependence of deformation mechanism in single crystal Ni-base superalloy

The tensile behavior of a new single crystal Ni-base superalloy was studied at various temperatures.Specimens were strained to fracture in the temperature range from 20 ℃ to 1 000 ℃. σ0.2 is essentially unaffected by temperatures between 20 ℃ and 400 ℃. At higher temperatures it increases until it reaches a maximum at about 800 ℃. Beyond 800 ℃ a sharp decrease of strength is observed. There is a slight fluctuation in ductility between 20 ℃ and 800 ℃. The elongation to fracture increases from 10% to 36% as the temperature increases from 800 ℃ to 1 000 ℃. The deformation is dominated by γ' shearing and the high-density dislocations are observed in matrix channels at low temperatures. The dislocation microstructure is inhomogeneous due to the formation of dislocation concentrations with high-density tangling at intermediate temperatures. The networks deposited at the γ'/γ'interfaces prevent dislocations from entering the γ' precipitates at high temperatures.     

第二代单晶高温合金的低周疲劳行为

研究了含0.34%Hf DD6单晶高温合金在760℃下的低周疲劳行为,对其疲劳裂纹的萌生与扩展进行了分析。结果表明,含0.34%Hf DD6合金比含0.10%Hf的疲劳寿命稍有降低;其损伤以弹性损伤为主。疲劳裂纹萌生于试样表面、亚表面或试样内部后,先沿垂直应力轴方向扩展,后沿{111}面扩展。其断裂机制为类解理断裂。断口上有典型的疲劳条带。断裂组织分析表明,位错主要在基体通道中扩展,变形后期切过γ'相,形成滑移带。     

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。     

晶体取向对镍基单晶合金蠕变行为的影响

通过蠕变曲线测定及组织形貌观察,研究[001]、[011]取向镍基单晶合金在蠕变期间的组织演化及变形特征。结果表明:经完全热处理后,[001]和[011]取向合金中立方γ′相均以共格方式镶嵌在γ基体相中,并沿〈100〉取向规则排列。蠕变期间,[001]取向合金中γ′相沿垂直于应力轴方向形成N-型筏状组织,而[011]取向合金中γ′相沿[001]取向形成纤维状筏形组织,且在(100)晶面的筏状γ′相与施加应力轴方向呈45°角排列,其中,立方γ′相不同晶面中扩张晶格的法线方向是筏状γ′相的生长方向。在试验温度和应力范围内,与[011]取向合金相比,[001]取向合金具有较好的蠕变抗力。在高温蠕变后期,两取向合金中的筏状γ′相均发生粗化和扭折,其中,[001]取向合金在蠕变后期的变形机制是位错剪切γ′相,而[011]取向合金的变形特征主要是形变位错在基体通道中滑移。     

Effect of long-term thermal exposure on microstructure and creep properties of DD5 single crystal superalloy

The effect of thermal exposure on the microstructure and creep properties of the Ni-based single crystal superalloy in different test conditions was studied. Long-term exposure was performed at 1,000 °C and 1,100 °C for 500 h prior to the creep tests. The creep lifetime is found to be improved after the long-term exposure at 1,000 °C for 500 h as a result of the formation of secondary M₂₃C₆ in the interdendritic region. The coarsening of γ′ precipitates accompanied by the formation of TCP phase lead to the degradation of alloy, which is responsible for the reduction of the creep lifetime of Ni-base single crystal superalloy after long-term exposure at 1,100 °C for 500 h. The creep lifetime of 1,000 °C thermally exposed sample under the conditions of 1,093 °C/137 MPa is lower than that of heat-treated state. Thermal exposure at 1,100 °C for 500 h causes the creep lifetime to drop drastically.

     

熔体过热处理对DD98镍基单晶高温合金持久性能的影响

研究了在不同熔体过热处理条件下一种镍基单晶高温合金的高温持久性能,并观察了持久断裂后的断口及变形组织。结果表明:随着熔体处理温度的提高和保温时间的加长,γ’筏型组织的完善程度增加,厚度减小;断口上韧窝数量、尺寸、形状均不同,显示出韧性断裂特征;热处理态单晶高温合金在1010℃,248 MPa下的高温持久寿命有大幅度提高、高温伸长率增加38.9%。     

喷丸强化对DD6单晶高温合金高温旋转弯曲疲劳性能的影响

研究了DD6单晶高温合金的喷丸强化,通过对比喷丸强化试样与未强化试样在760 ℃和650 ℃高温下的旋转弯曲疲劳寿命的增益特性,来确定单晶合金的喷丸强化效果.结果表明,喷丸强化可以提高DD6单晶高温合金在高温下的疲劳寿命,而且随着温度的升高疲劳寿命增益系数下降,在高温疲劳试验条件下喷丸试样形变表层中未发生再结晶.     

偏离度对抗热腐蚀单晶高温合金DD483拉伸性能的影响

用螺旋选晶器法制备DD483抗热腐蚀单晶高温合金,在偏离度小于100时测试合金从室温到1 000℃的瞬时拉伸性能:研究0～30.范围内偏离度对合金室温和950℃拉伸性能的影响.结果表明:由于单相γ'的反常屈服行为,750 ℃时合金的抗拉强度达到峰值1 300 MPa,屈服强度达到1 105 MPa;偏离度在0～30°范围内,DD483合金室温及950℃时的屈服强度和抗拉强度均随偏离度增加而减小,塑性随偏离度的增加而增大;不同偏离度样品的室温拉伸的变形机制并没有明显差别,拉伸性能的差异主要在于Schmid因子和弹性模量的不同;950℃时由于开动滑移系数目的增加,偏离度对合金拉伸强度的影响相对室温的影响减小.     

[111]取向镍基单晶合金的组织结构与蠕变行为

通过蠕变曲线的测定及微观组织形貌观察,研究[111]取向镍基单晶合金在高温低应力条件下的组织结构与蠕变行为。结果表明:经完全热处理后,[111]取向单晶合金的组织结构是立方γ′相以共格方式嵌镶在γ基体中,并沿100方向规则排列;在1 040~1 080℃、137~180 MPa的温度和应力范围内,该取向单晶合金表现出明显的温度和施加应力敏感性。蠕变期间,γ′相沿与应力轴呈一定角度形成筏状组织,蠕变后期在近断口区域筏状γ′相发生粗化和扭折。[111]取向单晶合金在蠕变期间的变形特征是位错在γ基体通道中运动和剪切筏状γ′相,由于形变量较大,较多位错切入筏状γ′相后使其形成亚晶结构,其中,蠕变后期大量位错切入筏状γ′相导致合金的蠕变抗力降低,是合金发生蠕变断裂的主要原因。