不同抽拉速率下DD6单晶高温合金的组织、性能研究
发布时间：2021-08-26 02:13
镍基单晶高温合金是一种重要的结构材料,广泛应用于航空发动机热端部件制造,尤其是涡轮叶片。单晶高温合金尽管采用先进的制备工艺和热处理工艺,消除了晶界,高温性能大幅提高,但是高温合金中仍存在不同程度的显微疏松、固溶微孔缺陷。微观孔洞使得基体的连续性遭到破坏,在加载过程中,很容易造成应力集中,会对高温合金的力学性能和使用寿命产生严重危害。因此急需开展单晶合金中微观孔洞的形成机理及控制方法研究,为实现优质单晶高温合金叶片制备进行技术储备。本课题以我国自主研发的一种含2%Re的第二代单晶高温合金为研究对象,运用快速凝固法制备单晶高温合金试棒,研究抽拉速率对单晶凝固组织的影响规律,抽拉速率选了三种,分别为30μm/s、80μm/s和150μm/s。随后进行高温固溶,研究固溶温度、时间对固溶微孔及合金元素偏析的影响规律。接着开展标准热处理及长期时效,研究长期时效温度对组织稳定性的影响。最后进行热等静压,高温低周疲劳,分析热处理、等静压制度对合金组织尤其是疲劳性能的影响规律,力图为该合金的应用提供技术支持。主要结论如下:（1）随着抽拉速度增加,一、二次枝晶间距减小,显微疏松先降低后升高,共晶含量增加,...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高温合金在工业中的主要应用[6]
露龋?芄辉诮细呶露确段Ы?泄倘芎褪毙Т?恚?其高温强度比等轴晶和定向柱晶高温合金大幅度提高，大幅提高了材料的高温力学性能，为现代先进航空发动机和燃气轮机工业奠定了基矗近些年来，科研工作者也在积极寻找镍基高温合金的替代材料，如定向共晶合金、先进陶瓷材料、金属间化合物等[8-10]，但是，往往因某些致命缺陷迟迟难以工业应用。在寻求到性能更为先进和更为可靠的热端材料之前，单晶高温合金因其卓越的综合性能，在今后相当长一段时期内仍将是航空发动机的核心材料[11]。高温合金的发展历程如图1.2所示[12]。图1-2高温合金的发展历程Fig.1-2Thedevelopmentofsuperalloys
第一章绪论6随着单晶高温合金朝着高代次发展，TCP相形成的趋势增强，主要是由于Re元素的存在加快了TCP相的形成动力学。TCP相的形成主要受电子因素控制，因此，可以通过计算合金中的电子空位数NV值来预测TCP相的形成碳化物相：主要包括MC、M6C、M23C6、M7C3，这里的M代表金属原子，如Ti、Ta、Nb、W、V、Mo、Hf等。MC碳化物一般高温下从液相中析出，常常出现在枝晶间，一次MC的形态主要分为八面体状、汉字状和结节状等，与基体没有确定的取向关系。M23C6属于复杂面心立方结构，每个单胞中含有116个原子，其中金属原子92个，碳原子24个。主要形成于后续热处理或长期服役过程中亚稳MC碳化物的分解，尤其是在富Cr的合金中。M6C具有复杂面心立方结构，单胞内有96个金属原子和16个碳原子，成分变化范围较宽。图1-3MC型碳化物形貌[12]Fig.1-3MorphologyofMCtypecarbide单晶高温合金主要合金元素的作用[6]：Co：主要固溶于γ相，降低基体的堆垛层错能，使得扩展位错运动困难，难以收缩为全位错，使交滑移变得困难，提高了合金的强度。另外，Co的加入还能够提高Cr、W、Mo等元素在基体中的溶解度，增强固溶强化作用[19]。Cr：主要进入γ相，使得γ相发生晶格畸变，产生弹性应力场强化，提高固溶强度，而且还能降低堆垛层错能，提升持久强度。Cr还有一个非常重要的作用就是形成致密的富有低阳离子空位的Cr2O3氧化物薄膜，提高合金的抗氧化及耐腐蚀性能。但含量过多会导致TCP相的出现[20]。Mo：大多固溶于γ基体中，原子半径较大，引起晶格畸变，使得屈服强度增加[21]。与Cr相似，过量的添加会引起TCP相的形成，降低高温强度。高温下，
【参考文献】：
期刊论文
[1]2000 h高温时效对DD6合金组织的影响[J]. 吴庆辉,刘维维,张剑,贾玉亮,骆宇时. 热加工工艺. 2017(14)
[2]基于Thermo-Calc和JMatPro模拟计算的新型镍基合金设计[J]. 王鲁,杨钢,刘正东,刘宁. 材料热处理学报. 2017(04)
[3]一种镍基单晶高温合金与SiO2基陶瓷型芯的界面反应研究[J]. 张俊,黄嘉鹏,尚根峰,汪航. 铸造技术. 2017(04)
[4]镍基单晶高温合金缩松缺陷研究[J]. 高斯峰,肖俊峰,南晴,唐文书,张炯,李永君. 热加工工艺. 2016(19)
[5]热等静压对第二代DD6单晶高温合金高温高周疲劳性能的影响[J]. 骆宇时,郭会明,赵云松,张剑. 机械工程材料. 2016(07)
[6]SiO2-ZrO2陶瓷型芯与DZ125,DD5和DD6三种铸造高温合金的界面反应[J]. 王丽丽,李嘉荣,唐定中,刘世忠. 材料工程. 2016(03)
[7]高温合金叶片单晶凝固技术的新发展[J]. 马德新. 金属学报. 2015(10)
[8]Hf对第二代镍基单晶高温合金DD11高温低应力持久性能的影响[J]. 赵云松,张剑,骆宇时,唐定中,冯强. 金属学报. 2015(10)
[9]国外航空发动机用单晶合金体系成分特点及演变[J]. 朱鸥,李玉龙,张燕,曹玮,雷力明. 材料导报. 2014(S1)
[10]热等静压温度对第三代单晶高温合金DD10组织的影响[J]. 曹腊梅,刘丽君,陈晶阳,薛明. 材料工程. 2013(06)
本文编号：3363337
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高温合金在工业中的主要应用[6]
露龋?芄辉诮细呶露确段Ы?泄倘芎褪毙Т?恚?其高温强度比等轴晶和定向柱晶高温合金大幅度提高，大幅提高了材料的高温力学性能，为现代先进航空发动机和燃气轮机工业奠定了基矗近些年来，科研工作者也在积极寻找镍基高温合金的替代材料，如定向共晶合金、先进陶瓷材料、金属间化合物等[8-10]，但是，往往因某些致命缺陷迟迟难以工业应用。在寻求到性能更为先进和更为可靠的热端材料之前，单晶高温合金因其卓越的综合性能，在今后相当长一段时期内仍将是航空发动机的核心材料[11]。高温合金的发展历程如图1.2所示[12]。图1-2高温合金的发展历程Fig.1-2Thedevelopmentofsuperalloys
第一章绪论6随着单晶高温合金朝着高代次发展，TCP相形成的趋势增强，主要是由于Re元素的存在加快了TCP相的形成动力学。TCP相的形成主要受电子因素控制，因此，可以通过计算合金中的电子空位数NV值来预测TCP相的形成碳化物相：主要包括MC、M6C、M23C6、M7C3，这里的M代表金属原子，如Ti、Ta、Nb、W、V、Mo、Hf等。MC碳化物一般高温下从液相中析出，常常出现在枝晶间，一次MC的形态主要分为八面体状、汉字状和结节状等，与基体没有确定的取向关系。M23C6属于复杂面心立方结构，每个单胞中含有116个原子，其中金属原子92个，碳原子24个。主要形成于后续热处理或长期服役过程中亚稳MC碳化物的分解，尤其是在富Cr的合金中。M6C具有复杂面心立方结构，单胞内有96个金属原子和16个碳原子，成分变化范围较宽。图1-3MC型碳化物形貌[12]Fig.1-3MorphologyofMCtypecarbide单晶高温合金主要合金元素的作用[6]：Co：主要固溶于γ相，降低基体的堆垛层错能，使得扩展位错运动困难，难以收缩为全位错，使交滑移变得困难，提高了合金的强度。另外，Co的加入还能够提高Cr、W、Mo等元素在基体中的溶解度，增强固溶强化作用[19]。Cr：主要进入γ相，使得γ相发生晶格畸变，产生弹性应力场强化，提高固溶强度，而且还能降低堆垛层错能，提升持久强度。Cr还有一个非常重要的作用就是形成致密的富有低阳离子空位的Cr2O3氧化物薄膜，提高合金的抗氧化及耐腐蚀性能。但含量过多会导致TCP相的出现[20]。Mo：大多固溶于γ基体中，原子半径较大，引起晶格畸变，使得屈服强度增加[21]。与Cr相似，过量的添加会引起TCP相的形成，降低高温强度。高温下，
【参考文献】：
期刊论文
[1]2000 h高温时效对DD6合金组织的影响[J]. 吴庆辉,刘维维,张剑,贾玉亮,骆宇时. 热加工工艺. 2017(14)
[2]基于Thermo-Calc和JMatPro模拟计算的新型镍基合金设计[J]. 王鲁,杨钢,刘正东,刘宁. 材料热处理学报. 2017(04)
[3]一种镍基单晶高温合金与SiO2基陶瓷型芯的界面反应研究[J]. 张俊,黄嘉鹏,尚根峰,汪航. 铸造技术. 2017(04)
[4]镍基单晶高温合金缩松缺陷研究[J]. 高斯峰,肖俊峰,南晴,唐文书,张炯,李永君. 热加工工艺. 2016(19)
[5]热等静压对第二代DD6单晶高温合金高温高周疲劳性能的影响[J]. 骆宇时,郭会明,赵云松,张剑. 机械工程材料. 2016(07)
[6]SiO2-ZrO2陶瓷型芯与DZ125,DD5和DD6三种铸造高温合金的界面反应[J]. 王丽丽,李嘉荣,唐定中,刘世忠. 材料工程. 2016(03)
[7]高温合金叶片单晶凝固技术的新发展[J]. 马德新. 金属学报. 2015(10)
[8]Hf对第二代镍基单晶高温合金DD11高温低应力持久性能的影响[J]. 赵云松,张剑,骆宇时,唐定中,冯强. 金属学报. 2015(10)
[9]国外航空发动机用单晶合金体系成分特点及演变[J]. 朱鸥,李玉龙,张燕,曹玮,雷力明. 材料导报. 2014(S1)
[10]热等静压温度对第三代单晶高温合金DD10组织的影响[J]. 曹腊梅,刘丽君,陈晶阳,薛明. 材料工程. 2013(06)
本文编号：3363337
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3363337.html
