Re对γ′相粗化行为的影响

研究了三种不同Re含量 (wt % )的新型单晶高温合金 (DD6 0Re合金 ,DD6 1Re合金 ,DD6 2Re合金 )在 110 0℃下的γ′粗化动力学。结果表明 ,Re可以有效地阻碍γ′相的粗化 ,提高γ′相的粗化激活能 ,从而可以Re改善单晶高温合金的高温力学性能     

Ru对DD22镍基单晶高温合金组织和持久性能的影响

通过对两种不同Ru含量(0％和2％,质量分数)的新一代镍基单晶高温合金DD22铸态及热处理态组织定量表征与1100～ 1150 ℃持久性能测试,研究了Ru对相转变温度、(γ+γ')共晶组织、凝固偏析、合金元素相成分、合金元素分配比及持久性能的影响.结果表明:Ru降低了合金的固液相线、铸态共晶组织体积分数以及凝固偏析程度.合金热处理后,与无Ru合金相比,含Ru合金γ '尺寸更为细小,γ/γ'两相中对TCP相析出有重要影响的Re和Cr元素分配更加均匀.Ru通过降低γ'相尺寸,增加γ/γ'错配度,提高固溶强化效果,抑制持久加载过程中TCP相析出,显著提高DD22合金持久性能.     

一级时效对DD3单晶高温合金蠕变性能的作用

根据DD3合金的热分析和相分析结果,设计了以增大.γ'平均尺寸、改善γ'尺寸分布和提高析出相含量为目的的时效和固溶处理制度,进行了提高DD3单晶高温合金蠕变性能的热处理工艺研究.结果表明,增加一级高温时效处理可使γ'相尺寸明显增大;高温时效温度高于1080℃时,γ'相过分长大;1060℃/4h时效处理后,γ'相组织最优;配合在1265℃/4h的固溶处理,γ'相含量得到提高的同时,合金蠕变、拉伸性能优异.组织与性能研究证明,加入一级高温时效处理的新工艺可使DD3合金组织得到明显优化,760～1038℃范围内的蠕变性能获得显著提高.根据该结果,新的热处理工艺确定为:1265℃/4h,AC+1060℃/4h,Ac+870℃/32h.     

DD6单晶高温合金760℃和1070℃拉伸行为与变形机制

采用拉伸测试、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等手段研究了第二代单晶高温合金DD6在760℃和1070℃拉伸行为与变形机制。结果表明:DD6单晶高温合金760℃拉伸变形时,大量位错和层错切割γ'相,出现热激活硬化,拉伸应力-应变曲线表现双重阶段,断口为类解理断裂特征;1070℃拉伸变形时,位错主要以绕过γ'相方式在γ相通道运动,拉伸应力-应变曲线表现曲线特征,断口为韧窝断裂特征。     

持久应力对DD10单晶高温合金1100℃组织稳定性的影响

通过对DD10单晶高温合金1100℃长时时效组织以及在1100℃/140MPa下持久试样断裂后不同部位的组织进行观察分析,研究应力对该合金组织稳定性的影响。结果表明:DD10单晶高温合金经1100℃/253h长时时效和1100℃/140MPa持久断裂后析出的TCP相均为富集Re,W,Cr和Mo元素的μ相。1100℃/140MPa持久条件下,应力的引入促进μ相的析出,且μ相的析出量随着应力的增大而增大,但应力未改变TCP相的析出种类和形貌。此外,应力促进γ'相的筏排化过程。     

铼(Re)对定向高温合金组织与性能的影响

以第二代定向柱晶DZ9合金成分为基础,调整Re含量,通过对三种不同Re含量的定向合金的研究,探讨了Re含量的变化对定向高温合金组织和性能的影响。结果表明:加入Re可提高合金的初熔温度和γ'相的回溶温度;Re的含量显著影响合金的γ+γ'共晶相形态和γ'相的尺寸和形态;增加Re含量,可提高合金的室温拉伸强度和合金的高温持久寿命。     

Re对定向凝固Ni基高温合金组织及性能的影响

采用真空感应熔炼和定向凝固重熔技术制备了不同Re含量的Ni基高温合金试样,分析了合金微观组织,测试了热处理后其室温拉伸和高温持久性能。结果表明:Re主要分布于γ基体中,在γ′强化相中分布很少。随着Re含量的增加,γ+γ′共晶体积分数略有增多,枝晶杆γ′细化明显。热处理后γ′立方化程度增加,共晶相含量明显减少。Re的加入显著提高了合金的室温拉伸屈服强度和高温持久寿命,但室温和高温塑性有所降低。Re主要通过固溶在γ基体中来阻碍γ′粗化,增大错配度,从而提高合金综合性能。     

镍基单晶高温合金DD6的表面再结晶(英文)

对单晶高温合金DD6进行吹砂处理,然后在真空条件下对单晶合金吹砂试样进行标准热处理以及在1000-1250℃温度范围内加热4h-16h,采用SEM、HRSEM以及TEM研究了DD6合金的表面再结晶行为。结果表明,等轴状再结晶在γ′相完全溶解的γ相中形成,而胞状再结晶在γ′相部分溶解的区域形成。胞状再结晶由胞状粒子组成,而胞状粒子由立方化的γ′相,长条状的γ′相以及γ+γ′组成。等轴状再结晶与胞状再结晶共存是冷变形单晶合金在低于固溶温度条件下加热时的再结晶特征。加热温度高于1150℃,随着加热温度的升高,等轴状再结晶区域逐渐增大,而胞状再结晶区域逐渐减小。在固溶温度条件下,整个变形区域都形成了等轴状再结晶     

一种低密度镍基单晶高温合金的组织与性能研究

研究了一种低密度镍基单晶合金的铸态及热处理态微观组织,测试了该合金的拉伸与持久性能,并与DD3合金进行比较.结果表明:合金一次枝晶间距为400μm左右,具有较高的γ/γ'共晶组织百分含量.热处理态合金的残余共晶和粗大初生γ'相百分含量控制在2%以下.合金在760℃拉伸试验时出现强度峰值,之后屈服强度随着温度升高而逐渐降低.合金具备较好的持久性能,其热强曲线与DD3合金相当,说明合金在具备密度和成本优势的同时保证了高温力学性能.     

定位于材料基因组计划的镍基高温合金互扩散系数矩阵的高通量测定

寻找新一代镍基单晶高温合金中Re的替代元素以实现少Re甚至无Re化是当前高温合金领域的研究热点。从扩散系数角度出发寻找具有与Re相当或者更低扩散系数的元素是有效的研究策略之一。在多元合金中,互扩散系数矩阵可全面表征任一合金元素的扩散能力。因此,精确测定不同合金元素在镍基高温合金γ和γ'相中随成分和温度变化的互扩散系数矩阵是当务之急。首先,概述当前镍基高温合金互扩散系数矩阵测定的现状,以及用于多元合金互扩散系数测定的传统Matano-Kirkaldy方法和新型数值回归方法。由于传统Matano-Kirkaldy方法效率低,文献中鲜有镍基高温合金三元及更高组元体系互扩散系数矩阵的报道。本研究小组最近基于Fick第二定律和原子移动性概念发展起来的新型数值回归方法,可用于任意组元合金精准互扩散系数矩阵的高通量测定。随后以Ni-Al-Ta三元合金γ相为例详细阐述新型数值回归法用于合金互扩散系数矩阵高通量测定以及测定结果的可靠性验证过程。之后,简述本研究小组关于镍基高温合金γ和γ'相互扩散系数矩阵测定的最新进展。目前已经完成了核心三元合金体系Ni-Al-X(X=Rh,Ta,W,Re,Os和Ir)γ及γ'相互扩散系数矩阵的高通量测定,并对结果可靠性进行了细致的验证。通过对比不同元素在镍基高温合金中的互扩散系数,初步提出新一代镍基高温合金中Re的可能替代元素及合金成分设计的关键。最后,指出镍基高温合金互扩散系数矩阵测定的下一步工作和互扩散系数矩阵高通量测定的发展方向。     

一种含Re单晶镍基合金的高温蠕变行为

通过测定蠕变曲线及位错运动的内摩擦应力(σ0),研究了一种含Re单品镍基合金的蠕变行为,并计算出稳态蠕变期间的表观蠕变激活能及应力指数.结果表明:在稳态蠕变期间位错运动的内摩擦应力(σ0),随外加应力的提高略有提高,随温度的升高而明显降低.在蠕变初期,γ'相沿垂直于应力轴方向形成N型筏状结构,随蠕变进行,筏状γ'相发生粗化,且距离断口越近,筏状γ'相粗化及扭曲程度越严重,其中,由于颈缩使样品近断口区域承受最大有效应力,是使筏状γ'相粗化及扭曲加剧的主要原因.蠕变后期,合金的变形机制是位错剪切筏状γ'相.     

DD100镍基单晶合金的高温断裂分析

通过对DD100单晶合金组织、断裂等方面的研究，探讨了影响单晶的断裂延性的因素。当DD100单晶合金中加入适量Hf元素后，单晶合金中无明显的疏松孔洞，γ／γ'共晶数量增加。发生瞬间断裂的不含Hf元素的试样中存在亚晶界、疏松孔洞以及γ／γ'共晶，但亚晶界的危害超过后两者。     

单晶高温合金DD3的相特征

利用物理化学相分析方法研究第一代单晶高温合金DD3的相特征。通过相萃取分析热处理前后γ′相和碳化物相的组成、含量及其结构式,并对比分析不同状态下DD3合金的强化相粒度、基体相成分及元素分配行为的变化。热处理前后的相特征分析表明,热处理不仅提高DD3合金γ′相含量、减小γ′相粒度,还改变合金元素的分配行为,提高γ′相的强度和稳定性。热处理的过程是γ′相得到强化的过程。     

改进DD3单晶高温合金热处理工艺的研究

对DD3合金进行差热分析和物理化学相分析,并依据该结果确定了改进的热处理工艺.研究了该热处理工艺对DD3合金的组织及性能的影响.试验结果表明,改进的热处理工艺改善了组织均匀性,增大了γ'平均尺寸,改善了γ'尺寸分布范围,同时提高了γ'含量,特别是大尺寸γ'相含量,从而显著提高了DD3合金760～1038℃的蠕变性能.     

Ru过渡层对NiCoCrAlY涂层与DD6单晶高温合金界面扩散行为的影响

针对第二代单晶高温合金DD6开展了一种具有阻扩散功能的金属防护涂层的探索性研究.采用电镀和电子束物理气相沉积(EB-PVD)方法在DD6单晶高温合金上制备了NiCoCrAlY/Ru双层结构涂层,同时采用EB-PVD在单晶合金上沉积了单层NiCoCrAlY涂层.研究结果表明,在1 050℃大气环境中扩散处理300 h后,...     

DD5镍基单晶高温合金凝固过程元素偏析的相场模拟

作为航空发动机涡轮工作叶片的主要材料,镍基单晶高温合金凝固过程中的元素偏析易造成组织的不均匀性,进而影响其高温力学性能。选取国产二代单晶高温合金DD5作为研究对象,以3mm/min的抽拉速率制备单晶试棒,通过组织观察与热力学计算确定其铸态组织的相组成,包括γ相,γ’相与碳化物。采用电子探针显微分析对合金元素在枝晶干与枝晶间的偏析行为进行了线扫描,确定Re、W的正偏析及Al、Ta负偏析特性,且枝晶间的碳化物中Ta含量较高,推测其为MC型碳化物。在此基础上借助Micress相场软件,对凝固过程的组织形貌演化与元素偏析行为进行了模拟,其形貌特征与光镜组织观察结果相一致,元素分布与EPMA结果相符。     

热暴露对带热障涂层DD6单晶高温合金组织的影响

采用0.3 MPa压力对DD6单晶高温合金进行水吹砂,然后用电子束物理气相沉积的方法在DD6合金基体上制备了热障涂层,将带热障涂层试样置于1100℃空气气氛中分别进行50 h和100 h热暴露,在1100℃/130 MPa条件下测试持久性能。研究了水吹砂及高温热暴露对带热障涂层DD6合金组织的影响。结果表明：0.3 MPa压力水吹砂制备热障涂层并高温热暴露后没有发现再结晶组织;热暴露过程中,基体和涂层之间的元素会发生不同程度的互扩散;表面残余应力和元素互扩散导致了γ′相粗化方向的变化;性能测试后试样断口附近的涂层与基体界面下方局部区域形成了二次反应区。     

冷却速率、保温时间对DD3单晶合金TLP连接接头组织和性能的影响

对DD3单晶合金进行1250℃保温不同时间的TLP扩散连接研究。降温过程采取了随炉冷却和充氩快冷两种方式,随后对接头进行了870℃/32h/空冷的时效处理。分析了不同规范下的焊缝及母材的组织,同时测定了接头的980℃持久性能。结果发现:炉冷并时效处理试样的焊缝及母材中的γ'相的尺寸随着保温时间增加而增加,且形状趋于不规则。而充氩冷却并时效处理试样的焊缝及母材中的γ'相的尺寸和形状基本一致,随保温时间的增加没有明显变化,立方化较好。低的冷却速率使焊缝和母材中的γ'相粗化从而降低了接头和母材的性能,而高的冷却速率促使焊缝及母材中形成细小立方化的γ'相,不仅使接头性能明显提高,同时母材性能也没有降低。     

不同热处理温度对吹砂后DD3合金持久性能的影响

对标准热处理后的第一代单晶高温合金DD3吹砂,然后采用不同温度进行热处理,研究了吹砂后热处理温度对合金1000℃/195 MPa持久性能的影响.结果表明,1050℃时,合金未发生再结晶,但析出粗大γ′相,持久性能有所降低;1150℃时,合金发生再结晶,再结晶使合金的持久性能明显降低;1250℃时,合金也发生再结晶,但由于合金母体组织均匀,γ′相细化且立方化较好,致使该条件下合金持久性能仍然保持在较高水平.     

DD6单晶高温合金横向拉伸性能及其断裂行为

用籽晶法制备了DD6单晶高温合金横向试样,研究了DD6单晶高温合金在760℃,850℃和980℃下的横向拉伸性能及其断裂行为.结果表明,在上述三个温度条件下,DD6单晶高温合金垂直于[001]方向的横向拉伸性能与[001]方向的纵向拉伸性能水平相当,这表明DD6合金有优异的横向拉伸性能;760℃和850℃下的横向拉伸断裂为类解理断裂.980℃条件下的横向拉伸断裂为韧窝断裂.