不同取向镍基单晶高温合金的蠕变参数及其与蠕变行为的关系研究

通过蠕变性能的测试和内摩擦应力的测定,研究了[001]、[011]和[111]取向镍基单晶高温合金分别沿[001]、[011]和[111]取向在高温/低应力条件下拉伸蠕变至稳态阶段的有效蠕变参数及其与蠕变性能和变形机制之间的关系。结果表明,随着温度的升高和外加应力的降低,3种取向合金的内摩擦应力降低。在相同条件下,3种取向合金的内摩擦应力顺序为σ_(i[001])σ_(i[111])σ_(i[011])。蠕变前后[011]和[111]取向合金内相对于应力轴倾斜连贯的"屋脊"型基体通道是2种合金具有较低内摩擦应力和较差蠕变抗力的重要原因。[001]取向合金在1040℃/137 MPa条件下的有效蠕变激活能为Q_(e[001])=281.32 kJ/mol,表明其稳态阶段的变形机制为元素扩散控制的位错攀移。[011]取向合金的有效蠕变激活能为Q_(e[011])=146.87 kJ/mol,其较低的数值与其内部开放的基体通道对位错滑移较小的阻碍作用有关;[111]取向合金较[011]取向合金较高的有效蠕变激活能Q_(e[111])=182.61 kJ/mol与其内部片层状的γ′相和位错的交滑移有关。     

DD3合金蠕变寿命预测方法分析

基于金属高温蠕变理论,结合单晶镍基高温合金蠕变过程的微观特点,从蠕变曲线方程的选择、截断应变点的确定以及强化项和弱化项的影响等方面,对采用修正θ函数影射法提高DD3单晶镍基高温合金蠕变寿命预测精度的原因进行了研究.结果表明:θ函数及其修正式将蠕变视为应变强化和应变弱化过程的综合,符合单晶镍基高温合金蠕变过程的实质,从根本上保证了预测的精度;修正的θ函数比早期的θ函数减少一个待定参数,统一了截断应变的确定方法,不仅减少了计算量,而且降低了因参数确定所产生的误差对蠕变寿命预测精度的影响;采用修正的θ影射方法可以很好地描述DD3合金整个蠕变过程,其预测结果完全能够满足实际工程设计的需要.     

单晶Ni基合金蠕变初期的组织形貌及演化

通过测定单晶Ｎｉ基合金拉伸初始蠕变曲线及使用ＴＥＭ对平行于（１００）晶面，不同蠕变时间的试样，进行组织形貌观察．表明：受压应力的γ基体通道中位错运动运动阻力大，位错扩展多以交滑移方式进行，扩展距离短当受张应力通道中扩展位错环经交滑移进入压应力通道后，入口两侧；被“钉扎”，位错环可定向扩展成为类似双端“Ｆ－Ｒ”的位错组态；γ′相形成后，蠕变速率明显减小，初始蠕变服从Ａｎｄｒａｄｅ规律．     

单晶镍基高温合金蠕变曲线的预测

根据单晶镍基高温合金蠕变过程的微观机制，提出采用θ蠕变曲线方程对其进行蠕变曲线的预测.首先，应用该方法对1 100 ℃、150 MPa下的实测蠕变曲线进行拟合；然后，依据不同条件下的拟合结果求出方程中5个基本参数的数学表达式，再通过θ蠕变曲线方程对合金在1 100 ℃、120 MPa条件下的蠕变曲线进行预测.结果显示，该方程很好地再现了单晶镍基高温合金蠕变曲线的前两个阶段，其精度是以往预测方法所不能达到的.表明，用本方法预测单晶镍基高温合金的蠕变寿命具有实际意义，文中给出的θ蠕变曲线方程是可以信赖的.     

一种单晶合金的高温蠕变行为及其变形特征

通过测定一种单晶镍基合金的高温拉伸蠕变曲线及位错运动的内摩擦应力σ0,建立了综合蠕变方程,计算出稳态蠕变期间的表观蠕变激活能及相关参数.结果表明：在蠕变期间,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.蠕变后期,由于缩径使样品不同位置承受不同的有效的应力,导致筏状γ＇相具有不同的粗化特征,在近断口处,载荷的有效应力增大,使筏状γ＇相扭曲且粗化加剧.界面位错网对形变硬化和回复软化具有协调作用,并减缓位错切入γ＇相,因此有利于合金蠕变抗力的提高.     

一种单晶镍基合金的高温蠕变损伤

测定了[001]取向单晶镍基合金的蠕变曲线,并利用SEM和TEM对蠕变后期的微观组织结构进行了观察结果表明：蠕变第三阶段结构特征是大量位错切入筏状γ'相．降低了台金的蠕变抗力两个滑移系统交割产生滑移台阶,连续的交替滑移使筏状γ'相发生扭曲、并产生微裂纹是蠕变断裂的直接原因     

一种单晶镍基合金蠕变初期的位错组态

利用ＴＥＭ研究了单晶镍基合金平行于应力轴的（１００）晶面拉伸蠕变初期的位错组态,表明：形变特征是错在γ相八面体滑移系中运动,在基体通道中,１／２〈１１０〉型位错运动相遇,发生反应而增殖;由于（１００）晶面的基体通道受压应力,位错运动阻力大,密度小,位错运动多以交滑移和Ｏｒｏｗａｎ弓入方式进行;当受拉应力通道中弓出的位错环经交滑移进入压应力通道后,入口两侧被钉扎,位错可定向弓入成为形貌类似于双端Ｆ－     

单晶Ni基合金高温蠕变期间γ'相定向粗化驱动力的有限元分析

为研究γ‘相定向粗化现象,采用有限元方法（ＦＥＭ）计算了单晶Ｎｉ基γ和γ’双相合金有／无外加勒荷时的热错配应力及应变能密度。结果表明：外加载荷改变了γ和γ‘相内的ｖｏｎＭｉｓｅｓ应力及应变能密度分布。与弹性应变相联系的共格应变能变化是γ’相定向粗化的驱动力,外加拉伸或拉缩应力,此起立方γ‘相不同界面晶格发生挤压或扩张应变,晶格的挤压应变可排斥γ’相中原子半径较大的Ａｌ,Ｔａ等溶质元素;扩张的晶格可     

[011]取向镍基单晶合金高温蠕变期间γ′相定向粗化行为研究

研究了980 ℃, 200 MPa拉伸蠕变期间[011]取向镍基单晶高温合金中γ'相的演化方式.采用有限元方法计算了单晶合金在有/无外加载荷时Von Mises应力及弹性应变能密度在γ和γ'两相中的分布.结果表明:沿[011]取向施加拉伸应力时,与应力轴呈45°角基体通道(roof)的Von Mises应力远高于与应力轴平行的基体通道(gable)中的Von Mises应力,两通道中应变能密度的差异驱动γ'相形成元素从变形较大的通道向变形较小的通道扩散,而γ相形成元素反向扩散,导致γ'相沿[010]和[100]取向扩散生长,形成垂直于[001]方向且与应力轴倾斜成45°角的层片状筏形组织.     

固溶温度对镍基单晶合金蠕变性能的影响

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高W镍基单晶合金蠕变性能的影响。结果表明：铸态合金中存在明显的枝晶成分偏析,其中元素Al、Ta、W富集于枝晶干,元素Mo、Cr、Co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1 325℃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,可降低合金中枝晶干/间的成分偏析,并显著提高合金的蠕变抗力。与1 310℃固溶处理相比,合金经1 325℃高温固溶处理后,在1 072℃、137 MPa条件下的蠕变寿命由35 h提高到48 h。