一种含4.2%Re单晶镍基合金的蠕变行为与组织演化规律

通过蠕变曲线测定及组织形貌观察,研究了一种含4.2%Re镍基单晶合金的蠕变行为和组织演化规律。结果表明:单晶合金在试验的温度和应力范围内,对施加应力和温度有明显的敏感性,并测算出合金在稳态蠕变期间的激活能和应力指数。在蠕变初期,合金中γ′相沿垂直于应力轴方向形成N-型筏状结构,蠕变断裂后在远离断口区域形成的筏状γ′相逐渐转变成扭曲形态,在近断口区域的筏状组织转变成与施加应力轴方向呈近45°角度倾斜。合金在稳态蠕变期间的变形机制是位错攀移越过γ′相,位错的攀移通过割阶沿位错线运动而逐步实现;而在蠕变后期,合金的变形机制是位错剪切筏状γ′相。     

一种高W单晶镍基合金的组织演化与蠕变行为

通过蠕变曲线测定及组织形貌观察,研究了一种9％W单晶镍基合金的组织演化与蠕变行为.结果表明,当在1040℃施加应力大于160MPa时,合金表现出明显的施加应力敏感性,在试验的温度范围内,合金具有较低的应变速率和较长的蠕变寿命,测定出合金的表观蠕变激活能为465kJ/mol.在蠕变初期,合金中γ'相沿垂直于应力轴方向,转变成N-型筏状结构,在稳态蠕变期间合金的变形机制是位错攀移越过筏状γ'相,而蠕变后期合金的变形机制是位错剪切进入筏状γ'相.蠕变断裂后,在试样不同区域筏状γ'相具有不同的形貌,在远离断口区域,筏状γ'相与应力轴方向垂直,而在近断口区域筏状γ'相尺寸及扭曲程度增加的原因是承受的应力及变形程度增大所致.     

一种含4.5%Re/3.0%Ru的单晶镍基合金的高温蠕变行为

通过对含4.5%Re/3.0%Ru单晶镍基合金进行高温蠕变性能测试,并采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对不同蠕变期间的试样进行组织形貌观察,研究了该合金的高温蠕变行为。结果表明,本实验所选用的单晶合金在高温蠕变期间具有良好的蠕变抗力,在1040℃/160MPa的蠕变寿命达到725h。高温蠕变初期,合金中γ′相沿垂直于应力轴方向转变成筏状结构,其稳态蠕变期间的变形机制是位错在基体中滑移和攀移越过筏状γ′相。高温蠕变后期,合金的变形机制是位错在基体中滑移和剪切筏状γ′相。位错的交替滑移使筏形γ′相扭曲,并在γ/γ′两相界面发生裂纹的萌生与扩展直至断裂,是合金在高温蠕变后期的断裂机制。     

一种含Re/Ru镍基单晶合金的蠕变行为及其机理

针对含Re/Ru单晶合金共晶组织中的高熔点元素和高推重比发动机材料的高承温能力等问题,研究了固溶温度和组织演化对其高温蠕变行为的影响。结果表明,在1328℃固溶处理的合金中仍存在粒状残余共晶,在1332℃固溶处理可将其消除,使合金在1100℃/140 MPa的蠕变寿命由321 h延长到476 h。在蠕变初期的合金中γ′相转变为N-型筏状组织,在蠕变后期位错剪切进入γ′相形成的位错锁,可抑制位错运动,使合金的蠕变抗力提高。但是高应变速率下位错的交替滑移使筏状γ′相扭折和形成亚晶,可降低合金的蠕变抗力,特别是筏状γ′相转变成“类块状”形态的逆向组织演化提高了应变速率,是合金高温蠕变较后期间的变形和损伤特征。其中,合金在1140℃寿命的大幅度降低,归因于γ′相的溶解使其尺寸减小和体积分数降低。     

一种单晶镍基合金蠕变期间位错网的形成与作用

对「００１」取向单晶镍基合金的恒温拉伸蠕变组织形貌的ＴＥＭ观察表明，蠕变初期，基体γ相八面体滑系中两组１／２〈１１０〉位错运动至同一晶面相遇，发生反应形成三维节点的位错网络；稳态期间，其体中运动位错可通过界面位错网攀移过筱状γ’相；蠕变形变的特征是运动位错在位错网损坏处切处筏状γ’相内。     

[110]取向DD3镍基单晶合金的组织结构及蠕变行为

通过蠕变曲线的测定及微观组织观察,研究了[110]取向镍基单晶合金的组织结构与蠕变行为。结果表明,经完全热处理后,合金中立方γ′相沿〈100〉取向规则排列;蠕变期间合金中形成筏状γ′相的取向与应力轴方向成45°角,蠕变后期在近断口区域筏状γ′相发生扭折。在1040℃、137MPa条件下,合金在稳态蠕变期间具有较高的应变速率和较短的蠕变寿命,而蠕变期间的变形特征是位错在γ基体通道中滑移和剪切筏状γ′相;其中,γ′相形成筏状结构后,沿与应力轴成45°角的基体通道承受最大剪切应力,使蠕变位错易于在基体通道中滑移,是使合金具有较大应变速率的主要原因。     

FGH95粉末镍基合金的组织结构与蠕变特征

通过蠕变曲线的测定及组织形貌的观察,研究了FGH95粉末镍基合金的蠕变行为及变形特征.结果表明:FGH95粉末镍基合金在试验的温度和应力范围内,具有明显的施加温度和应力敏感性,并测算出合金的蠕变激活能和应力指数.合金的组织结构由一次、二次、三次γ'相及弥散分布的碳化物组成,在粉末颗粒之间具有较宽的晶界.蠕变期间,在合金晶粒内的变形以单取向或双取向滑移方式进行,并在滑移迹线附近有细小碳化物析出,而较宽的晶界由于剧烈变形可发生碎化形成细小晶粒.合金在蠕变期间的微观变形机制是位错发生双取向滑移,其中(1/2)《110》位错在γ基体相中运动,《110》超位错存在于γ'相内,而层错的形成是由于《110》超位错分解为(1/3)《112》超肖克莱不全位错所致.     

一种4.5%Re镍基单晶合金在980℃蠕变期间的变形与损伤机制

通过蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了一种Re含量为4.5%Re(质量分数,下同)的镍基单晶合金的高温蠕变行为、变形和损伤机制。结果表明,4.5%Re合金在980℃/300MPa的蠕变寿命为169h。蠕变初期,合金中立方γ′相转变为垂直于应力轴的N型筏状结构。稳态蠕变期间,合金的变形机制为位错在基体中滑移和攀移越过筏状γ′相。蠕变后期,合金的变形机制为位错在基体中滑移和剪切进入筏状γ′相。由于γ基体通道较窄,位错在基体通道中滑移所需的阻力较大。剪切进入γ′相的110超位错可由{111}面交滑移至{100}面,形成K-W锁,从而抑制位错的滑移和交滑移,这是合金具有较好蠕变抗力的主要原因。主/次滑移位错的交替开动,可致使筏状γ′相扭曲,并促使裂纹在筏状γ/γ′两相界面萌生;裂纹沿垂直于应力轴方向扩展,直至断裂,这是合金的蠕变断裂机制。     

单晶镍基合金高温蠕变期间的组织结构及演化

通过测定［００１］取向单晶镍基合金的蠕变曲线，结合ＳＥＭ、ＴＥＭ观察表明，合金中组织结构的变化对蠕变抗力有明显影响。蠕变Ⅰ、Ⅱ阶段，蠕变的微观机制是位错的攀移；蠕变第三阶段，位错大量切入筏状γ相中，降低了合金的蠕变抗力，发现交替滑移使筏状γ相扭曲，致使γ／γ两相界面产生空穴或微裂纹，是蠕变断裂的直接原因。     

单晶镍基合金中γ,γ′两相的晶格常数及影响因素

通过对单晶镍基合金的组织形貌观察和XRD谱线分析,研究了元素铼对单晶合金晶格常数及错配度的影响。结果表明:2%Re镍基单晶合金经完全热处理后,其组织结构是由尺寸约为350～400nm的立方γ′相以共格方式嵌镶在γ基体相所组成;在γ,γ′两相镍基合金的XRD谱线中,衍射峰不对称的原因是由于γ,γ′两相衍射峰叠加所致。对不同合金在不同条件下XRD分离谱线的的分析表明,随元素Re含量增加,合金中γ,γ′两相在室温的晶格常数略有增大,而晶格错配度的绝对值减小。随温度提高,合金中γ,γ′两相的晶格常数及晶格错配度的绝对值增大,并进一步测算出合金中γ,γ′两相在不同温度区间的热膨胀系数。     

Ru对一种高W镍基单晶合金蠕变性能的影响

设计并制备了4%W/无Ru、6%W/无Ru以及6%W/2%Ru三种镍基单晶高温合金,通过蠕变性能测试、组织形貌观察、元素分布测定以及XRD谱线测定,研究Ru对一种高W镍基单晶合金蠕变性能的影响。结果表明,提高W含量会促进拓扑密堆相(TCP)析出,从而影响蠕变寿命,6%W/无Ru合金在1070℃/137 MPa条件下的蠕变寿命仅为58 h。元素Ru可改善元素W在γ/γ两相的浓度分布,高温蠕变期间元素Ru可抑制元素W由γ相向γ相扩散。6%W/2%Ru合金经高温蠕变无TCP相析出,其在1070℃/137 MPa条件下的蠕变寿命高达383 h。三种合金在高温蠕变期间,γ相均可形成垂直于应力轴方向的筏状结构,TCP相可破坏筏状结构的连续性,导致γ/γ两相扭折程度加剧,是6%W/无Ru合金蠕变寿命较低的主要原因。     

单晶镍基合金的热处理及对蠕变性能的影响

根据差热曲线分析制定出合金的热处理工艺,结合蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了固溶温度对一种含Re单晶镍基合金蠕变性能的影响.结果表明:铸态合金组织中存在明显的成分偏析,其中元素Cr,Co,Re富集于枝晶干,元素Al,Ta,W等富集于枝晶间.采用不同温度固溶处理,合金具有不同的蠕变寿命.当固溶温度提高到1320℃时,可使合金成分的均匀化程度提高,难溶元素得到充分扩散,降低合金的枝晶干/间成分偏析,并抑制合金中TCP相的析出,可显著提高合金的蠕变抗力.与1300℃固溶处理相比较,合金经1320℃高温固溶处理后,其在1072℃,137MPa条件下的蠕变寿命由37h提高到230h.     

一种提高DD3单晶高温合金蠕变性能的热处理工艺

根据DD3单晶高温合金的热分析和相分析结果,制定了新的热处理工艺.该优化工艺提高了合金的固溶处理温度,并增加了一级时效制度.研究了优化工艺热处理后DD3合金的蠕变及拉伸性能,对比分析了优化工艺和标准工艺处理后的组织、元素分布和力学性能.结果表明,优化后的热处理工艺改善了合金组织和元素的分布,显著提高了合金的蠕变性能.     

DD6单晶高温合金760℃的蠕变性能研究

研究了[001]、[011]和[111]取向760℃不同应力条件下的第二代单晶高温合金DD6的拉伸蠕变性能.结果表明:DD6合金具有明显的拉伸蠕变性能各向异性;在相同的试验条件下,蠕变寿命以[111]、[001]、[011]顺序依次减小;不同取向的稳态蠕变速率不同;三个取向的基体通道类型不同,不同类型基体通道的应力大小不一,小应变量下的蠕变变形主要集中在应力水平较高的基体通道.     

Anisotropic Creep Rupture Properties of a Nickel-base Single Crystal Superalloy at High Temperature

The creep rupture properties of a single crystal superalloy were tested at 975℃/255 MPa as a function of the deviation degrees from [001].The misorientation of the specimens away from [001] distributed approximately along a line between [001]-[011] and [001]-[111] boundaries in the triangle of the stereographic projection.Creep rupture lifetimes of the specimens were not sensitive to the misorientation until the deviation degree exceeded ～30 deg.Two steps of lattice rotation were found in all specimens during creep,first towards the [001]-[111] boundary,and then to [001] or [111] along the boundary.Single slip and strong asymmetric deformation were observed during the first stage of lattice rotation in specimens with large misorientation.The rotation mechanism was associated with the activated slip systems according to the calculated Schmid factors.The impact of lattice rotation on the rupture properties was also discussed.     

Effect of Threshold Stress on Anisotropic Creep Properties of Single Crystal Nickel-Base Superalloy SRR99

The influence of orientation on the creep properties of the nickel-base single crystal superalloy SRR99 was investigated at 760℃ and various levels of applied stress.It was found that the effect of anisotropy was strikingly prominent at this temperature.Deformation mechanisms of single crystals with three principal orientations at 760℃/790 MPa were explained according to detailed observations of dislocation arrangements by means of transmission electron microscopy (TEM).Liability to shearing γ' precipitates for [011] orientation and co-planar slip for [111] orientation resulted in poor creep strength and short stress rupture life.It was also found that the apparent primary creep strain could be measured when the applied stress was increased to 565 MPa.Modified power law equation was adopted and the concept of a threshold stress σ 0 which determines dislocation looping or shearing to be activated was then involved.Through detailed calculations,the threshold stress was obtained to further analyse the distribution of the applied stress and better rationalize the anisotropic creep behaviour in the stereographic triangle in combination with TEM observations.     

DD3单晶合金蠕变性能的实验研究

对三种不同试验条件下DD3合金的蠕变寿命、蠕变曲线、断口及不同蠕变阶段的显微组织和对应的筏化宽度进行了分析.结果表明:中温条件下应力对DD3合金蠕变寿命影响显著;较高温度时,温度或应力的增加均可促进微孔和韧窝的长大,此时的断裂模式为微孔聚集型断裂;蠕变过程是γ'相发生定向粗化、形成筏排和解筏的过程,筏化形成的快慢和解筏过程直接影响合金的蠕变寿命.