新型镍基单晶高温合金的组织结构定量表征及性能演变研究

发布时间：2021-12-11 03:32

　　镍基单晶高温合金以其优异的高温性能以及组织稳定性,被广泛用做先进航空发动机涡轮叶片的首选材料,其研发与制造水平是衡量国民经济发展和国防安全的国家核心竞争力的重要体现。我国长期依靠经验积累和循环试错的研发模式,往往导致周期较长且成本较高,近年来提出的“材料基因组计划”,基于对大量材料样品进行不同尺度下多种参数的高通量表征,建立材料数据库,不仅能够为材料性能与结构数据库提供数字化数据,而且还能够验证所用理论与模型的正确性,缩短新材料研发周期。因此,研究新型单晶高温合金的组织结构定量表征方法以及成分、组织结构、性能相关关系,不仅能够为工艺和应用研究奠定基础,还可以为建立丰富的材料数据库提供数据支撑。本文采用金相显微镜、扫描电镜（SEM）、电子探针（EPMA）、纳米压痕仪以及持久试验机等设备,通过定量金相表征技术表征γ′相、γ基体、碳化物以及（γ+γ′）共晶的组织参数,结合材料成分分布以及宏、微观力学性能,研究了热处理、W元素对单晶高温合金成分、组织及性能演变规律的影响,并初步建立了单晶高温合金枝晶的三维重构方法,结果表明:1)热处理有效降低了合金的枝晶偏析,对Hf、Ta、W元素影响最大,偏析... 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

某航空发动机各部件使用材料示意图

中北大学学位论文速发展阶段，但随后在实际使用中发现，在向心力的作用下，横向晶界往往产中，导致裂纹萌生和扩展，因此发展出消除这种横向晶界的定向凝固高温合金 60 年代中期，单晶高温合金伴随着定向凝固高温合金几乎同时诞生，现已发代（日本声称已研制出第六代）。在研制的第一代单晶合金中去掉了晶界强化B、Zr、Hf，同时不含 Re，第二代和第三代单晶合金分别以含 3%和 6%Re 为主四代和第五代又加入 Ru或者其他Pt 族元素。单晶高温合金以使用温度划分代使用温度提高了约 25℃[4]，图 1.3 显示了不同铸造高温合金承温能力。镍基单晶高温合金在高温下优异的力学性能和组织稳定性得益于其成分和显研究合金不同状态下的微观结构演变，了解演变规律，可以深入研究合金的强有助于进一步提升合金的性能。因此，有必要对合金微观结构、成分以及与性关系进行研究。

图 1.3 高温合金承温能力对比[6]基单晶高温合金特点 镍基单晶高温合金的成分组成镍基高温合金具有高度合金化，构成元素在元素周期表中的分布呈一定规 所示。这些合金元素通常可以分为三类：第一类为固溶强化元素，主要为的第Ⅴ族、第Ⅵ族、第Ⅷ族元素，如 Fe、Co、Cr、Mo、W、V 等。它们 γ 相中，这些元素的原子半径与 Ni 较为接近；第二类为沉淀强化元素，、第Ⅳ族、第Ⅴ族元素，如 Al、Ti、Nb、Ta 等。它们具有较大的原子半径相的形成；第三类为晶界强化元素，主要为第Ⅱ族、第Ⅲ族、第Ⅳ族元素，r 及稀土元素等。它们的原子半径与 Ni 相差较大，倾向于聚集在 γ 相边界。


本文编号：3533935