Ru对镍基单晶高温合金凝固特性、TCP相析出及蠕变性能影响的研究进展EI北大核心CSCD

镍基单晶高温合金因优异的高温力学性能而被广泛应用于航空发动机和地面燃气轮机的涡轮叶片等关键热端部件。Ru元素作为第四代、第五代镍基单晶高温合金的主要特征元素,其添加对合金从凝固特性到最终的服役性能都起到关键的影响。本文从镍基单晶高温合金的凝固特性、凝固组织、TCP相析出及蠕变性能等方面出发,综述了Ru元素对镍基单晶高温合金影响的研究进展,系统分析了Ru的添加对合金凝固路径、凝固特征温度、微观偏析等凝固特性及共晶、碳化物等凝固组织的影响规律,并重点探究了Ru的添加能抑制TCP相析出及提高合金蠕变性能的原因。目前由于多组元交互作用对组织与性能影响机理的复杂性,使得含Ru高温合金的成分设计与优化具有更高的挑战,建议未来含Ru高温合金的相关研究从富Ru新相的析出原因及抑制、Ru添加对凝固缺陷的影响及Ru与其他元素交互作用对“逆分配”效应及TCP相析出的影响机制等方面做进一步探究,为发展新型高性能含Ru高温合金的设计提供思路。     

氟硼铍酸钾热分解过程和热分解动力学研究

氟硼铍酸钾KBe2BO3F2(KBBF)晶体是至今发现可相位匹配的倍频波长最短的晶体之一。采用TGDSC热分析技术研究了KBBF的热分解动力学特性,发现其分解为单向非可逆的过程。利用Doyle法和Kissinger法求得了KBBF热分解反应的活化能E和指前因子A分别为440.988kJ/mol和1.414×1019s-1。通过Coats-Redfern方程的线性回归处理并结合Malek法和反应前后的扫描电镜图建立了KBBF的热分解动力学方程,研究发现KBBF的热分解动力学过程符合R3机理,即球形对称的三维相界面反应模型。     

镍基高温合金微孪晶形成机制的研究进展

镍基高温合金具有优良的成分兼容性、良好的组织稳定性、抗氧化和抗腐蚀性能,被广泛用于航空发动机和地面燃气轮机的涡轮叶片等关键的热端部件。沉淀相γ'对位错运动的阻碍是镍基高温合金的主要强化作用之一。一般而言,这种阻碍作用不仅与γ'相的形貌、体积分数及尺寸有关,也取决于γ'相与位错的交互作用。通常这种交互作用机制可分为三种:切割机制、Orowan绕过机制和热激活攀移机制。当不同类型的位错切割γ'相时,在γ'相中会形成不同的高能缺陷,能够阻碍位错运动,延缓材料软化。这类结构或成分缺陷包括:反相畴界(APB)、复杂层错(CSF)、超点阵内禀层错(SISF)、超点阵外禀层错(SESF)和微孪晶。微孪晶化(Micro-twinning)是镍基高温合金中一种重要的变形机制,主要发生在中温高应力条件下。此外,中温拉伸变形过程中也有微孪晶产生。早期研究表明,微孪晶的产生与SESF有关,可以认为SESF是"胚体孪晶",且SESF是由a/3〈112〉超点阵不全位错切入γ'相产生的。基于溶质原子短程扩散的原子重排(Reordering)机制被用来解释微孪晶的形成,即a/6〈112〉不全位错切入γ'相中先产生CSF,而后CSF通过原子重排转变为SESF,最终形成微孪晶。最近的研究表明,在微孪晶产生过程中,Co和Cr原子会在成分偏析和柯氏气团的作用下发生长程扩散,因此有学者指出微孪晶的形成是原子重排短程扩散机制和偏析主导的长程扩散共同作用的结果。同时,对于高温合金微孪晶机制的研究,研究人员不再局限于其形成机制,而对微孪晶的长大机制有了进一步的理解。共格的纳米孪晶界作为金属材料中的一种特殊缺陷,可以有效阻碍位错运动,从而强化材料,这种强化方式已经在纳米铜、TWIP钢以及Ti Al合金中得到应用。研究人员发现,孪晶能够强化固溶强化的镍合金;同时,有学者发现镍基高温合金中退火孪晶界对位错运动有明显的阻碍作用。因此,微孪晶化有望成为一种强化镍基高温合金的方法。本文归纳了镍基高温合金中微孪晶形成机制的发展和演变,分析了不全位错、内禀层错、外禀层错、复杂层错、元素偏析以及柯氏气团(Cottrell atmospheres)在微孪晶化中所起的作用,同时也阐述了孪晶界面处元素偏析在孪晶长大中的作用。此外,本文还综述了微孪晶在镍基高温合金强化中的作用,指出了通过微孪晶强化高温合金过程中存在的问题,展望了微孪晶在高温合金强化中的应用,为研究高温合金的中温变形机制和孪晶强化机制提供参考。     

镍基单晶高温合金叶片模拟件平台处的枝晶生长和取向演化

制备了带平台的DD403合金变截面单晶铸件,分析了不同抽拉速率下平台区域的枝晶生长和取向演化。结果表明,平台底面由3种类型的区间构成:叶身区、二次枝晶区、平台边缘枝晶的"回路式"生长区。在平台边缘枝晶的"回路式"生长区与二次枝晶区之间的枝晶汇聚界面上,两侧枝晶的取向差由一侧向另一侧逐渐增大。随着抽拉速率的增大,枝晶汇聚界面上的取向差增大,其成为大角度晶界的倾向性增强,且枝晶偏转是枝晶汇聚界面上大角度晶界形成的主要原因。与晶粒间大角度晶界和亚晶粒间小角度晶界上恒定的取向差不同,枝晶汇聚界面上大角度晶界与小角度晶界的取向差是变化的。     

低层错能镍基单晶高温合金压缩行为和变形组织的温度相关性（英文）

在室温至1000℃的范围内，研究温度对一种低层错能镍基单晶高温合金压缩行为和变形组织的影响。研究结果表明，压缩行为和变形组织均表现出温度相关性。室温下该合金具有较高屈服强度，600℃时屈服强度有所下降；随后，随着温度的升高，屈服强度持续增加，并在800℃时达到最大值；在800℃以上时，屈服强度迅速降低。通过透射电子显微镜观察揭示合金变形机制。位错缠结和位错对塞积是室温下屈服强度较高的主要原因。在600℃时，变形机制从反相畴界切割向堆垛层错切割转变，这导致屈服强度略有下降。在800℃时，变形机制以堆垛层错切割为主，而Lomer-Cottrell锁和不同方向堆垛层错之间的反应导致最大的屈服强度。在900℃及以上时，虽然仍存在一些层错，但主要变形机制为位错绕过机制。最后，讨论变形机制和压缩行为的温度依赖性。