一种第三代镍基单晶高温合金蠕变各向异性的研究
发布时间：2022-02-08 22:04
本文主要采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和电子背散射衍射技术（EBSD）等方法对一种第三代镍基单晶高温合金DD33在高温低应力及中温高应力条件下的蠕变各向异性进行了系统研究,得到了晶体取向对单晶合金蠕变性能的影响规律,并从位错组态及其运动方式的差异揭示了不同条件下第三代单晶高温合金蠕变各向异性的本质原因。同时,对比研究了样品标距段尺寸变化（棒状试样/片状试样）对DD33合金持久各向异性的影响。研究发现:在1100℃/150MPa条件下,[001]、[011]和[111]取向试样的蠕变性能略有差异,蠕变寿命依[001]、[011]和[111]取向顺序递减。蠕变过程中,各取向试样中均形成了筏化组织。[001]取向试样形成与应力轴垂直的N型筏化组织,[011]取向试样形成与应力轴呈45°的双向筏化组织,而[111]取向试样的筏化组织存在多个筏化方向。不同形貌的筏化组织相比,N型筏化组织对位错运动的阻碍效果最好。在蠕变稳态阶段,各取向试样的γ/γ’界面上均形成了位错网。[001]取向试样为致密的方形位错网,[011]取向试样为长宽差异很大的矩形位错网,[111]取...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省211工程院校985工程院校
【文章页数】：183 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１＿１?Ｒｏｌｌｓ－Ｒｏｙｃｅ公司民用航空发动机涡轮进口温度（ＴＥＴ）的演变「】??Ｆｉｇ．?１－１?Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｕｒｂｉｎｅ?ｅｎｔｒｙ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?（ＴＥＴ）?ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ?ｏｆ?Ｒｏｌｌｓ－Ｒｏｙｃｅ’?
高温合金的技术发展与燃气涡轮发动机密不可分。随着发动机推力和推重比??的增大，涡轮进口温度（ＴＥＴ）不断提高，要求相应高温合金的力学性能不断提??高。图１－１显示１９４０年至今Ｒｏｌｌｓ－Ｒｏｙｃｅ公司民用航空发动机涡轮进口温度的演??变［７］。而图１－２提供了自２０世纪４０年代高温合金问世以来合金的发展历程［４］。??可以看出为了满足不断提高的涡轮发动机进口温度的要求，高温合金先后经历了??锻造合金、常规铸造合金、定向凝固合金和单晶高温合金等发展阶段［４￥。??２３００?Ｉ???ｐｐｎｎ?：?Ｕｎｃｏｏｌｅｄ???Ｃｏｏｌｅｄ?？??ｔｕｒｂｉｎｅ?ｔｕｒｂｉｎｅ??２１００?－?ｂｌａｄｅｓ?ｂｌａｄｅｓ?Ｔｈｅｒｍａｌ??ｂａｒｒｉｅｒ?＾??２０００?￣?ｃｏａｔｉｎｇｓ??１９〇〇－?＾Ｅｎｇｉｎｅ?ＴＥＴ?Ｔｒｅｎｔ?５００，?９００??§?１８００?．園?Ｍａｔｅｒｉａｌ?ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ?Ｔｒｅｎｔ?７００，８００?＾?＾??Ｈ?１７００?－?关?ＲＢ２１１－５２４－Ｇ??＾?１６００?－?ＲＢ２１１－５＾４－Ｂ４?ＲＢ２１１＇５３ＳＢ４??１?１５００?－?＾ＲＢ２１１－５２４＇０２??关?ＲＢ２１１－２２Ｃ??１３００?＿?＼?ＳＣ?ｃａｓｔ??１２００?＇?＾?—?ＤＳｏａｓ，?ａｌｌｏｙｓ?却??１１?〇
展出完全消除晶界的单晶高温合金，性能改善更为显著，使用温度较定向柱晶高??温合金又提高了?３０?Ｘ，成为先进航空发动机叶片的最佳材料。三种不同凝固条??件的镍基高温合金叶片［９］如图１－３所示。??－伽＾善??Ｅｑｕｉａｘｅｄ?ｃｒｙｓｔａｌ?ＢＫｇ?Ｓｉｎｇｌｅ?ｃｒｙｓｔａｌ??■■?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?■Ｈｊｌ?Ｃｏｌｕｍｎａｒ?ｃｒｙｓｔａｌ??％翁－舊??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??图１－３涡轮叶片：⑷等轴晶；（ｂ）柱状晶；（ｃ）单晶＾??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｕｒｂｉｎｅ?ｂｌａｄｅｓ?ｏｆ?ｅｑｕｉａｘｅｄ?ｃｒｙｓｔａｌ?（ａ），?ｃｏｌｕｍｎａｒ?ｃｒｙｓｔａｌ?（ｂ）?ａｎｄ?ｓｉｎｇｌｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?（ｃ）??ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ１９１??ＧｅＵ等１１（）］在２０世纪８０年代首次提出了研制镍基单晶高温合金的准则：即??去除晶界强化元素Ｃ、Ｂ、Ｚｒ和Ｈｆ，以提高合金的初熔温度；增加Ｔａ含量，提??高固溶温度，增加Ｙ＇体积分数，从而提高合金的蠕变断裂性能。根据该准则发展??出的单晶合金ＰＷＡ１４８０，其承温能力较定向柱晶合金ＰＷＡ１４２２高２５？５０°Ｃ，制??成的涡轮叶片被用于ＪＴ９Ｄ－７Ｒ４和ＰＷ２０３７等６种军用及民用航空发动机［１１］。此??后，单晶高温合金发展突飞猛进，进入一个高速发展的时期。以ＰＷＡ１４８０、Ｒｅｎｄ??Ｎ４、ＣＭＳＸ－２、ＳＲＲ９９和ＡＭＩ等为代表的合金就是第一代镍基单晶高温合金。??随着合金设计理论水平和铸造工艺的协调发展
【参考文献】：
期刊论文
[1]Stress dependence of the creep behaviors and mechanisms of a third-generation Ni-based single crystal superalloy[J]. Quanzhao Yue,Lin Liu,Wenchao Yang,Chuang He,Dejian Sun,Taiwen Huang,Jun Zhang,Hengzhi Fu. Journal of Materials Science & Technology. 2019(05)
[2]单晶镍基合金的层错能及其对蠕变机制的影响[J]. 闫化锦,田素贵,朱新杰,于慧臣,舒德龙,张宝帅. 材料工程. 2018(10)
[3]单晶高温合金拉伸性能薄壁效应及各向异性的影响[J]. 赵金乾,史振学. 真空. 2018(03)
[4]DD499单晶合金持久性能薄壁效应[J]. 余昌奎,于金江,仉凤江,石峰,孙晓峰. 铸造. 2014(05)
[5]一种镍基单晶高温合金的蠕变各向异性[J]. 贾玉贤,金涛,刘金来,孙晓峰,胡壮麒. 金属学报. 2009(11)
[6]施载方向对定向凝固镍基高温合金高温蠕变行为的影响[J]. 袁超,郭建亭,王铁利,杨洪才,王淑荷,张皓. 金属学报. 1998(07)
[7]一种定向凝固高温合金的薄壁效应研究[J]. 张宏炜,陈荣章. 金属学报. 1997(04)
[8]铝和钛对一种35镍15铬型铁基高温合金组织结构和力学性能的影响[J]. 郭建亭. 金属学报. 1978(03)
本文编号：3615834
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省211工程院校985工程院校
【文章页数】：183 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１＿１?Ｒｏｌｌｓ－Ｒｏｙｃｅ公司民用航空发动机涡轮进口温度（ＴＥＴ）的演变「】??Ｆｉｇ．?１－１?Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｕｒｂｉｎｅ?ｅｎｔｒｙ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?（ＴＥＴ）?ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ?ｏｆ?Ｒｏｌｌｓ－Ｒｏｙｃｅ’?
高温合金的技术发展与燃气涡轮发动机密不可分。随着发动机推力和推重比??的增大，涡轮进口温度（ＴＥＴ）不断提高，要求相应高温合金的力学性能不断提??高。图１－１显示１９４０年至今Ｒｏｌｌｓ－Ｒｏｙｃｅ公司民用航空发动机涡轮进口温度的演??变［７］。而图１－２提供了自２０世纪４０年代高温合金问世以来合金的发展历程［４］。??可以看出为了满足不断提高的涡轮发动机进口温度的要求，高温合金先后经历了??锻造合金、常规铸造合金、定向凝固合金和单晶高温合金等发展阶段［４￥。??２３００?Ｉ???ｐｐｎｎ?：?Ｕｎｃｏｏｌｅｄ???Ｃｏｏｌｅｄ?？??ｔｕｒｂｉｎｅ?ｔｕｒｂｉｎｅ??２１００?－?ｂｌａｄｅｓ?ｂｌａｄｅｓ?Ｔｈｅｒｍａｌ??ｂａｒｒｉｅｒ?＾??２０００?￣?ｃｏａｔｉｎｇｓ??１９〇〇－?＾Ｅｎｇｉｎｅ?ＴＥＴ?Ｔｒｅｎｔ?５００，?９００??§?１８００?．園?Ｍａｔｅｒｉａｌ?ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ?Ｔｒｅｎｔ?７００，８００?＾?＾??Ｈ?１７００?－?关?ＲＢ２１１－５２４－Ｇ??＾?１６００?－?ＲＢ２１１－５＾４－Ｂ４?ＲＢ２１１＇５３ＳＢ４??１?１５００?－?＾ＲＢ２１１－５２４＇０２??关?ＲＢ２１１－２２Ｃ??１３００?＿?＼?ＳＣ?ｃａｓｔ??１２００?＇?＾?—?ＤＳｏａｓ，?ａｌｌｏｙｓ?却??１１?〇
展出完全消除晶界的单晶高温合金，性能改善更为显著，使用温度较定向柱晶高??温合金又提高了?３０?Ｘ，成为先进航空发动机叶片的最佳材料。三种不同凝固条??件的镍基高温合金叶片［９］如图１－３所示。??－伽＾善??Ｅｑｕｉａｘｅｄ?ｃｒｙｓｔａｌ?ＢＫｇ?Ｓｉｎｇｌｅ?ｃｒｙｓｔａｌ??■■?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?■Ｈｊｌ?Ｃｏｌｕｍｎａｒ?ｃｒｙｓｔａｌ??％翁－舊??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??图１－３涡轮叶片：⑷等轴晶；（ｂ）柱状晶；（ｃ）单晶＾??Ｆｉｇ．?１－３?Ｔｕｒｂｉｎｅ?ｂｌａｄｅｓ?ｏｆ?ｅｑｕｉａｘｅｄ?ｃｒｙｓｔａｌ?（ａ），?ｃｏｌｕｍｎａｒ?ｃｒｙｓｔａｌ?（ｂ）?ａｎｄ?ｓｉｎｇｌｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?（ｃ）??ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ１９１??ＧｅＵ等１１（）］在２０世纪８０年代首次提出了研制镍基单晶高温合金的准则：即??去除晶界强化元素Ｃ、Ｂ、Ｚｒ和Ｈｆ，以提高合金的初熔温度；增加Ｔａ含量，提??高固溶温度，增加Ｙ＇体积分数，从而提高合金的蠕变断裂性能。根据该准则发展??出的单晶合金ＰＷＡ１４８０，其承温能力较定向柱晶合金ＰＷＡ１４２２高２５？５０°Ｃ，制??成的涡轮叶片被用于ＪＴ９Ｄ－７Ｒ４和ＰＷ２０３７等６种军用及民用航空发动机［１１］。此??后，单晶高温合金发展突飞猛进，进入一个高速发展的时期。以ＰＷＡ１４８０、Ｒｅｎｄ??Ｎ４、ＣＭＳＸ－２、ＳＲＲ９９和ＡＭＩ等为代表的合金就是第一代镍基单晶高温合金。??随着合金设计理论水平和铸造工艺的协调发展
【参考文献】：
期刊论文
[1]Stress dependence of the creep behaviors and mechanisms of a third-generation Ni-based single crystal superalloy[J]. Quanzhao Yue,Lin Liu,Wenchao Yang,Chuang He,Dejian Sun,Taiwen Huang,Jun Zhang,Hengzhi Fu. Journal of Materials Science & Technology. 2019(05)
[2]单晶镍基合金的层错能及其对蠕变机制的影响[J]. 闫化锦,田素贵,朱新杰,于慧臣,舒德龙,张宝帅. 材料工程. 2018(10)
[3]单晶高温合金拉伸性能薄壁效应及各向异性的影响[J]. 赵金乾,史振学. 真空. 2018(03)
[4]DD499单晶合金持久性能薄壁效应[J]. 余昌奎,于金江,仉凤江,石峰,孙晓峰. 铸造. 2014(05)
[5]一种镍基单晶高温合金的蠕变各向异性[J]. 贾玉贤,金涛,刘金来,孙晓峰,胡壮麒. 金属学报. 2009(11)
[6]施载方向对定向凝固镍基高温合金高温蠕变行为的影响[J]. 袁超,郭建亭,王铁利,杨洪才,王淑荷,张皓. 金属学报. 1998(07)
[7]一种定向凝固高温合金的薄壁效应研究[J]. 张宏炜,陈荣章. 金属学报. 1997(04)
[8]铝和钛对一种35镍15铬型铁基高温合金组织结构和力学性能的影响[J]. 郭建亭. 金属学报. 1978(03)
本文编号：3615834
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