镍基单晶高温合金蠕变行为研究进展

从镍基单晶高温合金蠕变中γ'相定向粗化和筏化、蠕变各向异性、蠕变寿命预测及Re和Ru元素对蠕变性能的影响方面,综述了镍基单晶高温合金蠕变行为的研究进展,并对镍基单晶高温合金的发展方向进行了展望。     

Ru对镍基单晶高温合金微观组织的影响

为了提高镍基单晶高温合金的高温强度和其他综合性能,第四代合金中加入了铂族元素Ru。Ru的加入降低了γ相的堆垛层错能,减少了γ＇相的体积分数。作为一种有效的固溶强化元素,Ru对γ相和γ＇相的强化均起到了很显著的作用,提高了合金的蠕变性能,同时Ru也影响了难熔元素在合金中的偏析行为,降低了难熔元素在γ相中的过饱和度,并能抑制TCP相等有害相的析出,显著提高了合金的抗蠕变性能和合金显微组织的稳定性。综合分析了Ru的加入对镍基单晶高温合金微观组织结构的影响。     

镍基单晶高温合金组织稳定性的数学统计分析

镍基单晶高温合金的组织稳定性与难熔元素铼(Re)和钌(Ru)的含量之间有着紧密的联系。总结了在镍基单晶高温合金的发展过程中难熔元素Re和Ru添加的特点;综述了难熔元素Re和Ru对镍基单晶高温合金的组织稳定性的影响,并指出了其中存在的问题,展望了未来研究发展的方向。     

纵向静磁场对单晶高温合金DD483组织及蠕变性能的影响

在静磁场下进行高温合金DD483的定向凝固实验,研究了不同磁场强度对单晶镍基高温合金DD483凝固组织枝晶形貌、合金元素偏析系数、析出相和蠕变性能的影响.结果表明:纵向静磁场的施加使高温合金DD483单晶生长性受到破坏,强的磁场使得枝晶定向生长形态受到破坏,形成“雀斑组织”,对一次枝晶间距影响不大.施加磁场使得该单晶合金中合金元素的偏析降低;也使单晶高温合金DD483凝固态组织中γ’析出尺寸降低、碳化物和共晶组织尺寸和含量显著减小.同时磁场对该合金的单晶性和枝晶的定向生长行为的破坏使得合金的蠕变性能降低.     

Mo和W在镍基单晶高温合金中的作用研究进展综述

镍基单晶高温合金因其优异的高温性能而广泛应用于航空发动机涡轮叶片的制备。经过几十年的发展,国外已发展至第六代镍基单晶高温合金,合金体系中的Re和Ru等贵重金属元素的含量也不断增加。贵重元素的添加导致合金的成本和密度上升,对合金的研制和批量商业化应用不利。Mo和W作为较低成本的强化元素,在镍基单晶高温合金中发挥了重要的作用。Mo 和W在镍基单晶高温合金中的作用已有较为广泛的研究,本文简单综述了Mo和W在镍基单晶高温合金中对微观结构,包括元素分布、γ/γ′相两相结构、组织稳定性等方面,以及高温持久性能、对凝固缺陷和抗氧化及抗热腐蚀性等的影响,并提出了未来潜在的研究方向。     

基于计算机仿真镍基单晶高温合金再结晶过程分析

再结晶是影响高温合金高温蠕变性能的重要因素.以DD6镍基单晶高温合金为研究对象,建立了再结晶过程中形核生长、储能分布、晶粒长大的数学模型,利用计算机模拟技术分析了材料热处理过程中再结晶的整个过程和动力学曲线.该研究为镍基单晶高温合金生产过程中的蠕变性能优化提供了参考.     

基于计算机仿真镍基单晶高温合金再结晶过程分析（英文）

再结晶是影响高温合金高温蠕变性能的重要因素。以DD6镍基单晶高温合金为研究对象,建立了再结晶过程中形核生长、储能分布、晶粒长大的数学模型,利用计算机模拟技术分析了材料热处理过程中再结晶的整个过程和动力学曲线。该研究为镍基单晶高温合金生产过程中的蠕变性能优化提供了参考。     

Ru和Cr在一种无Re镍基单晶高温合金凝固过程中的作用

在一种高性能无Re镍基单晶高温合金中分别添加一定质量分数的Ru和Cr,通过DTA,OM,SEM和EPMA等分析方法,研究Ru添加以及Cr含量变化对无Re合金凝固特性的影响.结果表明,Ru添加会增加共晶面积分数,使铸态组织中析出富Ru相,富Ru相析出量随Ru和Cr的同时添加而大量增加;Ru添加能促进TCP相形成元素W向枝晶干偏聚,抑制Mo向枝晶间偏聚;Cr含量增加能降低W的偏析系数,但对Mo的偏析系数无明显影响;Ru和Cr会共同作用影响合金的凝固组织及偏析,从而影响合金热处理工艺的制定和合金的组织稳定性.     

镍基单晶高温合金的小角度偏离[001]取向对蠕变性能的影响

小角度偏离[001]取向的镍基单晶高温合金的蠕变性能受温度、γ?尺寸的大小和应力条件的影响。本文综述了镍基单晶高温合金的[001]取向小角度偏离对蠕变性能的影响。不同程度的偏离引起的不同蠕变性能变化,源于不同的蠕变变形机制。不同的蠕变变形机制对应着引起蠕变率发生的不同临界应力。在中温(760℃-850℃),合金的蠕变性能对[001]取向的角度偏离很敏感,即使角度有一点变化也会引起蠕变性能的很大的差异,但是在温度高于850℃以上小角度的取向偏离对蠕变性能影响不大。γ?尺寸的大小对小角度偏离的合金的蠕变性能的影响受温度的制约。在中温,γ?尺寸的大小变化影响着不同的小角度偏离是否引起蠕变性能的变化,但是在高温γ? 相快速伐化,变形机制和γ?尺寸变化无关。     

镍基单晶高温合金的小角度偏离[001]取向对蠕变性能的影响（英文）

小角度偏离[001]取向的镍基单晶高温合金的蠕变性能受温度、γ'尺寸和应力条件的影响。本文综述了镍基单晶高温合金的[001]取向小角度偏离对蠕变性能的影响。不同程度的偏离引起的不同蠕变性能变化,源于不同的蠕变变形机制。不同的蠕变变形机制对应着引起蠕变发生的不同临界应力。在中温(760～850°C),合金的蠕变性能对[001]取向的角度偏离很敏感,即使角度有轻微变化也会对蠕变性能有明显影响,但是温度高于850°C时,小角度的取向偏离对蠕变性能影响不大。γ'尺寸对小角度偏离的合金蠕变性能的影响受温度制约。在中温,γ'尺寸的变化影响着小角度偏离引起的蠕变性能变化,但是在高温γ'相快速伐化,变形机制和γ'尺寸变化无关。     

Ru对铸造镍基高温合金凝固行为的影响

采用等温凝固实验与差热分析相结合的方法 ,对无Ru和含 3.0 %(质量分数 )Ru的两种低Cr高W铸造镍基高温合金的凝固过程进行了比较分析 ,得到两种合金在不同温度下的凝固组织、凝固顺序图和凝固特性曲线。结果显示 :Ru的加入对低Cr高W铸造镍基高温合金的液相线温度无明显影响 ,但对初生MC碳化物以及γ γ′共晶的析出温度有明显作用。Ru是一个偏析倾向很弱的元素 ,且不改变其他合金元素的偏析特性。加Ru可以起稳定γ的作用 ,能有效抑制大块初生M6C碳化物的形成。显示了Ru对低Cr高W铸造镍基高温合金显微组织稳定性的有利作用。     

镍基单晶高温合金再结晶过程仿真分析

以DD6镍基单晶高温合金为对象,建立了合金再结晶过程中晶粒形核长大、储能分布的数学模型,利用计算机模拟技术分析了材料热处理过程中再结晶的动力学曲线。模拟结果和文献实验结果具有很高的吻合度,为镍基单晶高温合金蠕变性能的优化提供了参考。     

抽拉速率对含Ru镍基单晶高温合金凝固组织的影响

研究了不同抽拉速率对含Ru镍基单晶高温合金凝固组织的影响.结果表明,随着抽拉速率的加快,单晶合金的铸态组织由粗枝状晶向细枝状晶演变,枝晶干和枝晶间的γ′相尺寸减少,合金元素的偏析降低,γ-γ'共晶含量减少,NiAl基β相含量逐渐降低.同时,抽拉速率对合金的相变温度影响不大.     

Ru对一种高Cr镍基单晶高温合金凝固组织的影响

以一种新型高Cr镍基单晶高温合金为基础,调整Ru的添加量,通过对3种不同Ru含量合金铸态组织的观察,研究了Ru对合金相析出特征与元素分布规律的影响。结果表明,随着Ru含量(0、1.5%、3%,质量分数)的增加,合金一次枝晶间距与二次枝晶间距逐渐减小,(γ+γ′)共晶含量先增后降,γ′相尺寸逐渐变小;3%的Ru添加使合金凝固组织中析出β-NiAl相,该相除Ni、Al基本组成元素外,还包含一定量的Cr、Co和Ru;Ru对合金中其它元素具有典型的"逆分配"作用,β-NiAl相的析出降低了Ru对其它元素"逆分配"的影响程度;Ru提高了正偏析元素Ta、Al和负偏析元素Re的偏析程度,降低了正偏析元素Mo、Cr的偏析程度。     

Ru对一种第四代单晶高温合金γ/γ′相中元素分布及高温蠕变性能的影响

摘 要: 研究了不同Ru含量（0和2wt.%）的高Re镍基单晶高温合金在1120 ℃/140 MPa条件下的蠕变性能,采用SEM、STEM/TEM以及EDS等方法分析了Ru对合金γ/γ′相组织、合金元素成分分配比、蠕变变形组织和位错形态的影响。结果表明,与无Ru合金相比,含Ru合金γ′尺寸更为细小,γ相通道更窄,γ/γ′两相中对TCP相析出有重要影响的Re、Mo和Cr元素分配更加均匀。Ru通过降低γ′相和γ相通道尺寸,降低γ/γ′界面平均位错间距,抑制蠕变加载过程中TCP相析出,显著提高合金的高温蠕变性能。本文研究结果对认识单晶合金高温蠕变过程中Ru的强化机理方面具有理论指导意义。     

固溶时效处理工艺对一种四代镍基单晶高温合金组织、性能的影响

研究了固溶时效处理对一研制的Re、Ru含量分别为4.0%(质量分数)的第四代镍基单晶高温合金DD476的组织及持久性能的影响。铸态试样存在明显的成分偏析,由于Al、Ti元素较少,枝晶间的γ/γ’共晶组织含量偏低。固溶处理过程中,共晶组织在1310℃下基本消除,但直到1340℃才完全消除枝晶干和枝晶间的差异且此时除了Re其他元素偏析有明显的改善。四代单晶的优势在于提高了合金在高温下的力学性能尤其是持久性能,固溶时效后单晶合金在950℃/300MPa下持久寿命约为二代单晶的两倍,而在1150℃/100MPa下持久寿命与二代单晶MC2相比更是提高了10倍以上。整个固溶时效处理过程中没有出现TCP相,合金中Ru元素的添加可能是抑制TCP相析出的主要原因。     

Ta对一种抗热腐蚀镍基单晶高温合金长时热暴露组织和蠕变性能的影响

为进一步提高燃机叶片的服役温度,获得综合性能更优的镍基单晶高温合金,本工作研究了Ta含量对镍基单晶高温合金在900℃长时热暴露过程中组织损伤和性能退化规律的影响。利用SEM和TEM-EDS分析了Ta含量对抗热腐蚀镍基单晶高温合金微观组织及900℃、275 MPa蠕变性能的影响。通过对比相同热暴露时间的不同Ta含量合金(2Ta、5Ta和8Ta)组织发现,随Ta含量的增加,γ’相尺寸无明显变化,但立方度有所提高,γ基体中的三次γ’相数量减少。随Ta含量由2%增加到5%,除热暴露4000 h时2种合金γ’相体积分数较为接近外,其余热暴露时间下5Ta合金的γ’相体积分数均高于2Ta合金;Ta含量进一步增加至8%,热暴露不同时间后γ’相体积分数均有所增加。随热暴露时间的延长,3种合金的900℃、275 MPa蠕变性能变化趋势存在差异：2Ta合金热暴露0～4000 h无明显变化,热暴露8000 h后性能明显降低;5Ta和8Ta合金的持久寿命均随热暴露时间的延长先升高后降低,分别在热暴露500和2000 h时达到峰值。随Ta含量的增加,合金稳态蠕变速率不断降低、蠕变寿命明显延长、峰值蠕变寿命向后推移...     

Effects of Re and Ru Additions on Solidification Partition Coefficients and Solidification Characteristic Temperatures of Nickel Base Single Crystal Superalloys

采用双区加热和液态金属冷却相结合的定向凝固方法,制备出4种Re和Ru含量不同的平界面态镍基单晶高温合金,精确测定了近平衡凝固时合金中各元素的平衡分配系数和合金的凝固特征温度。结果表明:Re的添加将显著降低重偏析元素Re、W和Ta的偏析程度,使液相线温度先降低后升高,而固相线温度始终降低;Ru的添加对偏析的影响较小,并略微降低合金的液相线和固相线温度。同时,根据平衡分配系数和凝固特征温度可预测非平衡凝固态单晶合金的元素偏析和凝固缺陷形成倾向。     

Re和Ru对镍基单晶高温合金组织偏析的影响

通过对4种不同Re（3%—6%,质量分数,下同）和Ru（0%和3%）含量的镍基单晶高温合金铸态和热处理态组织的观察和成分分析,研究了Re和Ru对元素偏析以及热处理过程中组织演化的影响.结果表明,Re和Ru均会加剧铸态试样中的元素偏析,但经过固溶处理后,Ru对合金元素的残余偏析的影响不大.随着Re含量的增加和Ru的加入,热处理态组织中γ’相尺寸减小,形貌的立方程度明显增加.电子探针（EPMA）对成分的测量结果显示,Al,Ia和Ni偏析于γ;沉淀相,Re和Cr强烈地偏析于γ相,而Ru和W向γ相的偏析程度则相对较低.Re含量的增加明显增大了Re₁Cr,Co和W等元素向γ相的偏析,而Ru的加入则使得这些TCP相形成元素向γ相的偏析程度略有降低.     

无铼镍基单晶高温合金的显微组织表征

采用螺旋选晶法制备一种新型无铼镍基单晶高温合金,研究金相腐蚀剂对合金显微组织的影响,以及合金元素的偏析和合金的显微组织。运用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电子探针(EPMA)、X射线衍射(XRD)、电化学萃取、电化学工作站以及图像处理软件Image pro plus(IPP)等技术方法,对镍基单晶高温合金进行表征和研究。结果表明:镍基单晶高温合金铸态组织由γ基体相、γ'强化相以及γ/γ'共晶相组成;不同的金相腐蚀剂会形成不同的显微形貌,这是由γ基体相和γ'强化相在相应腐蚀溶液中的自腐蚀电位决定的,对于γ'相体积分数的评估,应当选用腐蚀掉γ'相的图片用于计算;铸态镍基单晶高温合金偏析严重,Cr、Co、W元素偏析于枝晶干,Al、Ta元素偏析于枝晶间。