镍基单晶高温合金的发展

概述了镍基单晶高温合金的发展历程,分析了其成分、相组成、热处理的特征和持久变形及强化机制,给出了其持久性能数据,并指出了发展趋势。     

高温长期时效对一种镍基单晶合金拉伸和持久性能的影响

研究了高温长期时效对一种镍基单晶合金在室温条件下瞬时拉伸强度和在950℃/240MPa条件下持久性能的影响。结果表明:1000℃短期时效100h,合金室温拉伸强度σb与屈服强度σ0.2与时效前相比没有明显变化,时效超过500h后σb和σ0.2开始显著下降,时效超过1000h后,σb和σ0.2随时效时间延长下降幅度减小;短期时效100h和500h样品在950℃/240MPa条件下的持久寿命大幅度降低,延伸率快速上升,时效时间超过1000h后,持久寿命的下降幅度减小,合金的持久寿命与延伸率均趋于稳定。长期时效后γ'相形貌改变及γ/γ'相界面高密度位错网的破坏是时效后合金室温及高温持久性能持续降低的主要原因。     

俄罗斯对两种镍基单晶合金的对比研究

在第二代和第三代单晶镍基合金中，如ＣＭＳＸ－１０及Ｎ６中都合有比较多的铼，而铼是一种很贵重的合金化元素。俄罗斯学者对含铼的Ｃ３６及不含铼的Ｃ４０单晶合金进行了一些对比性研究，本文介绍了研究的情况及结果。     

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。     

镍基单晶合金CMSX-2持久拉伸断裂时相密度及γ′相含量分布测算

测算了CMSX-2合金持久拉伸断裂时枝晶典型区域的两相密度及γ′相含量.结果表明,枝晶区域两相密度按枝晶干-枝晶臂-枝晶间的顺序依次递减,γ′相含量依次递增;随持久试验温度的升高(伴外应力下降),枝晶区域中γ和γ′相密度连续下降;与中温-高应力持久试验相比,高温-低应力持久试验所得γ′相含量分布的梯度较大.γ′相总量在枝晶区域的分配量表明,枝晶干中γ′相实际含量最低者的持久寿命最短,反之持久寿命最长.     

一种单晶镍基高温合金在不同温度下的静拉伸性能

研究了一种单晶镍基高温合金在不同温度下的静拉伸性能,初步建立了该合金不同温度下的弹性模量与任意取向之间的定量关系。在恒定温度下,该合金的弹性模量可由唯一的变量晶向参数定量描述。合金的屈服强度和抗拉强度依赖于晶体取向和温度,室温时[111]取向的屈服强度高于[001]取向,而在温度较高时,[111]的屈服强度最低。      

一种镍基单晶高温合金的高温蠕变行为

采用扫描电镜、透射电镜等方法研究了一种镍基单晶高温合金在1000℃的高温低应力蠕变行为。实验结果表明:合金蠕变速率呈现出先减小再增大的变化趋势,当应变量达到一定临界值(1±0.2)%后,变形速率迅速上升,蠕变进入第三阶段。高温蠕变初始阶段的主要变形机制为a/2〈110〉{111}型位错环在基体内运动。合金在高温蠕变稳态阶段的主要变形机制为位错切割γ’相,切割位错主要有螺型位错对和[001]超位错两种形式。     

DD3单晶高温合金慢拉伸断裂行为的研究

研究了镍基单晶高温合金ＤＤ３在五种不同温度下的慢拉伸（拉伸速率为０．０５ｍｍ／ｍｉｎ）的断裂行为。试验结果表明：杨氏模量在室温与８７３Ｋ之间具有反常变化，在８７３Ｋ以上ＤＤ３的弹性模量与温度关系具有正常变化；ＤＤ３单晶高温合金的屈服强度在室温和１０３３Ｋ（极点温度）之间保持不变，在１０３３Ｋ以上，屈服强度随温度升高急剧下降；在极点温度处ＤＤ３的延伸率最差；扫描电镜观察表明：从室温一直到１０３３Ｋ在ＤＤ３的拉伸变形过程中开动的滑移系具有强烈的择优性，从而导致变形的不均匀及断口上断面较平整。ＤＤ３的拉伸断裂在微观上主要呈现韧性断裂特征。     

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.     

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。     

W含量对单晶镍基合金组织与性能的影响

通过对两种成分单晶镍基合金进行蠕变曲线测定,长期时效处理及组织形貌观察,研究了元素W含量对单晶合金组织与性能的影响.结果表明:在Ni-A1-Cr-Ta-Co-x%W-5.5%Mo系单晶合金中,4wt%W合金在982℃,200MPa条件下,具有较长的蠕变寿命,随W含量增加到6wt%,合金的蠕变寿命明显降低.高W合金在有/无应力时效期间,析出针状μ相,使合金基体出现难溶元素的贫化区,是导致合金蠕变寿命降低的主要原因.其中μ相在(001)晶面沿<110>方向呈相互平行、或垂直的针状形貌析出,沿{111}晶面呈片状方式生长,且与γ′相相邻.     

Surface Recrystallization in Nickel Base Single Crystal Superalloy DD6

The samples of single crystal superalloy DD6 are grit blasted and then heat treated either with the standard heat treatment procedure or in the temperature range of 1 000-1 250 °C for 4-16 h at vacuum atmosphere, then the recrystallization behavior of DD6 alloy is investigated. The results show that the equiaxed recrystallization grains form in the γ phase region where the as-cast γ′ phases have been dissolved completely, and cellular recrystallization forms in the region where the as-cast γ′ phases have been dissolved partially. The cellular recrystallization area consists of cellular grains, and the cellular grain consists of cubic γ′ phase, lamellar γ′ phase and γ+γ′ The coexistence of the equiaxed recrystallization zones and cellular recrystallization zones is a recrystallized characteristic of the cold worked single crystal samples which are heat treated at a temperature lower than the solution temperature. When the heating temperature is higher than 1 150 °C, with the increase of heat treating temperature, the equiaxed recrystallization zone expands, whereas the cellular recrystallization zone shrinks. All the deformed regions are consumed by equiaxed recrystallization after annealing at solution temperature.     

一种含铼和碳的镍基单晶高温合金显微组织的研究

研究了一种含铼和碳的镍基单晶高温合金的铸态和热处理态的显微组织。结果表明:合金铸态组织中枝晶干和枝晶间区域的γ'相呈近立方状,枝晶间区域析出了少量的共晶相和MC型碳化物;合金经固溶处理后,共晶相完全消除,显微偏析得到明显改善。经标准热处理后,枝晶干和枝晶间的γ'相立方度提高,枝晶干区域γ'相的体积分数和尺寸都小于枝晶间区域的,其体积分数和尺寸分别为61%,0.32μm和68%,0.41μm,而碳化物的形貌和尺寸无明显变化。合金经1095℃/100h处理后,枝晶干析出了一定量富集Re和W的TCP相。     

FGH95粉末镍基合金热处理后的微观组织与蠕变性能

通过进行蠕变曲线测定和组织形貌观察,研究了FGH95粉末镍基合金的微观组织结构与蠕变行为。结果表明：合金经高温固溶、盐浴冷却处理后,组织结构是由细小的γ’相弥散分布在γ基体所组成,其细小（Nb,Ti）C碳化物在晶内及沿晶界不连续析出。在试验的温度和施加应力范围内,合金表现出明显的施加温度敏感性,并测算出合金在稳态蠕变期间的蠕变激活能和应力指数分别为Q=542．07kJ／mol和n=14．8。合金在蠕变期间的变形特征是孪晶和位错在晶内发生双取向滑移,其切入γ’相内的〈110〉超位错可分解形成（1／3）〈112〉超肖克莱不全位错＋层错的位错组态,发生孪晶变形的孪晶面为（111）晶面。晶界及沿晶界不连续析出的细小（Nb,Ti）C型碳化物可有效阻碍位错运动,是使合金具有较高抗蠕变能力的主要原因。     

改善铸造热强镍基合金可焊性的研究

针对铸造热强镍基合金有限可焊性的问题,介绍了俄罗斯学者经多方试验研究找出了改善其可焊性的有效途径,从而确保了它们在航空发动机零组件制造上的安全应用。     

C含量对第二代单晶高温合金组织的影响

在高温度梯度真空定向凝固炉中,制备不同C含量的单晶高温合金,研究不同C含量对第二代单晶高温合金显微组织的影响。结果表明:C含量对合金枝晶间距的影响较小;随着C含量增加,共晶含量和尺寸减小,碳化物含量增加,其形貌由块状向骨架状、汉字状转变;随着C含量增加,Ta元素枝晶偏析减轻,Re,W,Mo,Nb元素枝晶偏析加重;C含量对铸态和热处理γ'相尺寸和形貌影响较小;热处理后碳化物的形貌无明显变化。     

基于细观位错机理的单晶合金高温力学性能模拟

利用基于细观位错运动的蠕变筏化模型对镍基单晶合金CMSX-4在1223K下的拉伸、蠕变、循环、蠕变疲劳交互及各向异性进行模拟,结果表明:拉伸过程中应变率较高时应力略微下降的现象;蠕变条件下应力越大则蠕变第1阶段越明显,而蠕变稳定阶段越短的趋势;蠕变疲劳交互作用下的应力松弛和应变增大;以及单晶3个典型晶体取向的循环应变硬化特征。通过与试验结果对比,验证了此模型在较高温度下对单晶合金性能的综合模拟能力。     

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。     

表面再结晶对DD5镍基单晶高温合金组织和力学性能的影响

在不同的热处理温度和变形条件下,研究了二代单晶DD5合金的再结晶组织随温度的变化规律以及对力学性能的影响.结果表明,经过吹砂处理后的试样,在高于1050℃热处理后就出现了再结晶,初始再结晶以胞状组织呈现,随着热处理温度的提高,再结晶逐渐转变为再结晶晶粒层;干吹砂后的再结晶层明显比水吹砂的厚.研究发现,含有再结晶层试样的...