单晶镍基合金拉伸蠕变期间γ‘相定向粗化的特征及影响因素

对[001]取向单晶镍基合金恒载拉伸蠕变的组织形貌进行SEM观察和EDAX成分分析,研究了γ′相定向粗化特征及影响因素.结果表明,由于应力场和温度场的差别,蠕变样品不同位置处筏状γ′相粗化尺寸及特征不同,近断口处筏状γ′相扭曲且粗化加剧,随离断口距离增加,γ′相粗化程度减弱;在γ′相定向粗化的扩散场中,分配比值较小且相对稳定的元素W可成为其他元素的扩散障碍,使合金2中γ′相的形筏时间明显延长.     

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.     

镍基单晶合金高温蠕变筏化模型研究

基于细观两相胞元结构的滑移本构模型, 引入高温蠕变筏化机制, 并与三维胞元应力应变解析模型结合, 模拟了DD3在1 223 K和SRR99在1 123 K及1 253 K下的蠕变筏化.在胞元应力模型中引入细观尺寸变化, 提出了判断γ′筏化类型和方向的准则, 定量模拟了γ′的高温筏化过程.结果表明:本模型对筏化方向的判断和筏化过程的模拟与试验相吻合, 筏化模型的引入使基于细观胞元结构的滑移本构模型可以较准确地模拟单晶材料的高温蠕变行为.      

EBPVD制备镍基高温合金中γ′相的粗化

采用电子束物理气相沉积技术制备一种新型镍基高温合金薄板.并通过显微硬度计和透射电镜研究该合金在不同时效温度下室温显微硬度的变化以及γ′相粗化行为和形貌演化.结果表明,随着时效温度升高,γ′相的形貌按"台阶机制"由最初的近似球形颗粒逐渐粗化成规则排列的立方体形貌,符合体扩散控制的"Ostwald"熟化规律,粗化激活能为266.18kJ·mol-1.同时由于合金中γ′相的粗化,室温显微硬度不断降低,合金被软化.     

GH742合金γ′相粗化及演变规律研究

研究均匀化后特殊处理方法对GH742合金铸锭γ′相的影响及γ′相的析出溶解规律.结果表明,经特殊处理后γ′相得到粗化,尺寸是铸锭原始态的4～8倍.经特殊处理后γ′相的完全溶解温度在1100℃左右.     

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。     

镍基单晶合金初始细观结构及变形影响因素研究

通过对国内外大量镍基单晶合金的细观试验现象及结论进行分析,给出了单晶合金细观2相结构的主要变形特征,并研究得到影响单晶合金初始细观结构及其变形的3个因素分别为γ′初始尺寸、形状及γ/γ′初始错配度。结果表明：在高温、较高应力的条件下,γ′的初始尺寸为0.45 μｍ（γ′体积分数约为70％）,初始形状为立方块且不发生任何预筏化,初始错配度为负且绝对值较大时,合金的综合力学性能最佳     

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     

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。     

FGH95合金连续冷却条件下γ′相析出过程的研究

研究了FGH95粉末高温合金的平衡γ′相含量与温度的关系,得到了连续冷却条件下合金的γ′相平均粒径与冷速的关系,并分析了γ′相的析出规律.研究指出,在连续冷却条件下,γ′相的析出并非由扩散长大过程所控制,而很可能是由析出形核过程控制的.同时,FGH95合金淬火时,仅在1000℃以上需要保持较高的冷速,低于此温度,γ′相几乎不再粗化,并根据这一原则为FGH95合金涡轮盘的热处理过程选取了合适的淬火介质.     

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。     

Hf和Re含量对Co-Ti-V高温合金γ/γ′两相晶格错配度的影响

通过对不同含量Hf和Re的Co-Ti-V高温合金进行组织形貌观察和X射线衍射分析,研究不同含量Hf和Re合金中γ′相形貌与γ/γ′两相晶格错配度的关系。采用EDS分析合金中各元素的分配行为与γ/γ′两相晶格错配度的关系。通过对不同成分的合金进行1000℃高温压缩实验,研究Hf和Re含量对合金高温压缩性能的影响。结果表明:随着Hf含量的增加,γ′相的形貌由立方形转变为球形,γ/γ′两相的晶格错配度减小;随着Re含量的增加,γ′相的形貌由立方形变为长条状,且γ′相变得粗大,γ/γ′两相的晶格错配度减小;通过EDS分析,Co、Hf和Re元素在γ相中富集,而Ti和V元素在γ′相中富集;随着Re含量增加,合金的屈服强度和抗拉强度均增加;随着Hf含量的增加,合金的屈服强度和抗拉强度先减小后增大。     

涡轮叶片合金筏化量化表征及寿命退化研究

针对单晶/定向凝固涡轮叶片服役过程中微观组织筏化及其造成的叶片力学性能劣化问题,发展了一种基于旋转割线方法的微结构筏化参数提取方法,并提出筏化状态的量化表征因子。对不同组织筏化和粗化状态的定向凝固高温合金开展高温低周疲劳试验,建立了量化筏化状态和合金疲劳寿命退化的映射关系。结果表明:无论是粗化还是筏化都会造成合金疲劳寿命的大幅劣化,所建立的镍基高温合金筏化量化因子能够有效地表征合金疲劳寿命的衰减。     

晶体取向对第四代单晶高温合金DD15高周疲劳性能的影响

在定向炉中分别采用籽晶法制备了[001]、[011]和[111]3种不同取向的第四代单晶高温合金DD15,在800℃研究了不同取向的高周疲劳性能,分析了合金不同取向的显微组织、疲劳断口形貌和疲劳断裂组织。结果表明:在凝固方向横截面上不同取向合金的铸态枝晶和热处理γ′相组织明显不同。合金800℃的高周疲劳性能存在各向异性,疲劳极限按[111]、[001]、[011]取向的顺序降低。不同取向合金的高周疲劳都是沿平面断裂,断裂平面与试样中心应力轴线的角度不同,角度按[011]、[001]、[111]取向的顺序逐渐减小。不同取向高周疲劳断口特征基本相同,可见疲劳源区、疲劳扩展区和瞬断区。疲劳裂纹起源于试样表面或亚表面并沿{111}平面扩展。扩展区上可见河流状花样和疲劳条带。瞬断区可见撕裂棱和解理台阶特征,其断裂机制都为类解理断裂。由于试验温度较低,不同取向疲劳断裂后的γ′相仍保持立方形状。     

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     

应力对第3代单晶高温合金超高温蠕变断裂机制的影响

对第3代单晶高温合金DD33进行了1150℃,80～150 MPa的蠕变测试,借助SEM、EBSD、EDS和TEM研究了不同应力下蠕变断口形貌和截面损伤特征,分析了应力对蠕变断裂机制的影响。结果表明,不同应力条件下近断口铸孔普遍发生多面体化且沿端角开裂,与低应力条件相比,150 MPa下可观察到较多蠕变孔及其诱发的裂纹。80 MPa下,由于长时间暴露,样品表面产生较厚的氧化影响区,使有效应力提高了35 MPa;断口附近局部可见TCP相,并在其与γ′相界面产生较多孔洞和裂纹。随着应力进一步增加,深入基体的表层裂纹增多,更多碳化物开裂,但组织中未发现TCP相。因此,不同应力下合金的最终断裂除了与内部孔洞开裂、彼此联结直接相关外,还应考虑氧化影响区、深入基体内部的表层裂纹、TCP/γ′界面裂纹以及开裂碳化物的贡献。     

W含量及组织状态对镍基高温合金晶格常数及错配度的影响

通过对镍基合金的组织形貌观察和X射线衍射分析,研究元素W及组织状态对镍基合金晶格常数及错配度的影响。结果表明,7.5%W镍基合金经完全热处理后,立方γ′相以共格方式嵌镶并均匀分布在γ基体相中。随元素W含量增加,合金中γ′和γ两相的合成衍射峰值略有左移,使γ′和γ两相的晶格常数增加,其中γ′相晶格常数增加幅度较大的原因是元素W较大比例地分布在γ′相中,并由此使合金中两相的晶格错配度由负值转变为正值。经完全热处理后,合金中γ和γ′两相有较小的晶格错配度,在高温拉伸蠕变期间外加应力的作用下,γ基体相的晶格常数值增加幅度较大,致使合金中γ′和γ两相晶格错配度的绝对值增加。     

IC10高温合金的微观组织

研究了IC10高温合金的微观组织。研究表明:铸态组织包括γ′和γ,′以及γ γ′共晶相和MC碳化物,其中γ′体积百分数为64%,碳化物相主要是TaC和H fC,碳化物呈骨架状和点状、块状分布,共晶相多为葵花状。热处理后有残留的γ γ′共晶相,碳化物分解并有γ′包覆,γ′相发生球化,晶界上MC分解,并有H fC析出。IC10合金经950℃,3000h长期时效后组织保持稳定,未析出有害的TCP相;长期时效的组织变化表现为γ′的长大和条状化;枝晶间二次析出细小的富H f的MC相;晶界上析出少量的M6C和M23C6。     

蠕变损伤DZ411合金恢复热处理组织演化

采用固溶+二级时效工艺对蠕变损伤DZ411合金进行常规恢复热处理,研究蠕变损伤合金组织恢复演化过程,并评价其力学性能。结果表明:蠕变损伤的DZ411合金中的一次γ′相发生明显球化和筏化,二次γ′相消失,未发现晶界蠕变孔洞;固溶处理对于回溶粗大形变γ′相,并重新析出细小均匀分布的γ′相至关重要,同时选择合适的固溶温度可避免初熔和再结晶;两级时效处理是优化γ′相尺寸、形态和配比的关键步骤;恢复后可获得大体积分数、双尺寸形态γ′相组织,二次和三次γ′相平均有效直径分别约为0.38μm和0.07μm,其体积分数分别约为47.5%和6.5%;恢复态合金室温强度与原始态合金相近,但在980℃/220 MPa下的持久寿命和伸长率分别达到121 h和13%,略低于原始态合金性能水平。     

镍基单晶合金高温蠕变筏化模型研究

在基于细观两相胞元结构的滑移本构模型基础上,引入高温蠕变筏化机制,并与三维胞元应力应变解析模型结合,来模拟DD3在1223K和SRR99在1123K和1253K下的蠕变筏化。文章首先给三维胞元应力应变解析模型引入细观胞元尺寸的变化,再通过对相关理论及试验观测的分析,提出以γ/γ′各界面位错密度的大小和基体各通道有效应力的状态为依据来判断 的筏化类型和方向,最后应用Avrami方程定量分析胞元中 的高温筏化过程,通过对细观胞元尺寸和应力应变状态的实时更新,再结合细观滑移本构模型得到材料的高温蠕变全过程。模拟结果表明,本模型提出的对筏化类型和方向的判断均与试验所得结论相吻合,且其筏化过程也基本符合试验观测的结果,筏化定量分析的加入使此考虑细观胞元结构的滑移本构模型可以较准确的模拟单晶材料的高温蠕变性能。