DD6单晶合金热机械载荷下微观组织演化实验研究

发布时间：2018-04-06 22:09

  本文选题：DD6单晶合金　切入点：中温脆性　出处：《武汉理工大学》2015年硕士论文

【摘要】：镍基单晶高温合金是通过定向凝固技术制备的,它按照预定的取向生长形成单一柱状晶,完全消除了晶界,因此具有优异的高温强度、蠕变抗力和良好的抗氧化和耐腐蚀等综合性能,被广泛应用于航空航天、舰船等领域,目前几乎成为所有先进航空发动机涡轮叶片的首选材料。镍基单晶合金优异的力学性能与其微观组织结构及其演化过程是密不可分的,因此研究单晶合金特殊γ/γ′两相共格组织结构及其在不同温度下的演化具有科学内涵和工程应用价值。本文以我国自主研制的第二代单晶合金DD6为对象开展了实验研究,通过室温、650℃、850℃和1020℃条件下的拉伸试验得到不同温度下的应力-应变曲线和力学性能,并利用SEM、TEM和EDS等先进微观测试手段和对比分析方法,研究了DD6单晶合金的初始微观组织结构、元素分布特点以及其在不同温度的组织演化特点和微观变形机制,探讨了合金断裂形式和γ′相高温筏化机理。DD6单晶合金拉伸真实应力-应变曲线表明,室温时出现明显的加工硬化现象,随温度升高合金动态回复加快,而在高温时发生动态再结晶过程。通过力学性能测试结果可以看到,650℃时抗拉强度和屈服强度最高,分别达到1020MPa和854MPa,但此时塑性最低,断面收缩率为2.7%,仅为室温的1/6;随着温度升高,屈服强度显著降低,塑性得到恢复。合金表现出中温脆性现象,中温位错发生交滑移是屈服强度反常温度升高的主要原因,而动态应变时效(锯齿状屈服)和滑移面的减聚导致合金出现塑性低谷。微观观测结果显示,经标准热处理之后DD6单晶合金组织为立方态的γ′相以共格方式镶嵌在γ基体中,并沿100取向有序规则地排列。合金中γ′相平均尺寸为0.45μm,体积分数达到70%左右,γ′相和γ基体晶格错配度为-0.45%。合金元素在两相中分布不均匀,Co、Cr、W、Mo等合金元素主要溶入γ基体,对基体起到固溶强化作用;而Al、Ti与Ni形成Ni3(Al,Ti)金属间化合物,是γ′相主要组成成分,另外Ta也是形成γ′相的重要元素。元素的定向扩散导致1020℃时具有负错配度的DD6单晶合金γ′相发生N型筏化。DD6单晶合金室温和650℃时变形机制为位错剪切γ′相,合金具有类解理或解理断裂特征;高温时,合金变形方式为位错绕过γ′相,合金断口具有大小不一的等轴韧窝,表现为微孔聚集型断裂;850℃时合金变形机制为位错剪切γ′相向绕过γ′相转变,合金断口同时具有解理和韧窝断裂特征。
[Abstract]:Nickel-based single crystal superalloy was prepared by directional solidification technique. It formed a single columnar crystal in accordance with the predetermined orientation and completely eliminated the grain boundary, so it has excellent high temperature strength.Creep resistance, good oxidation resistance and corrosion resistance are widely used in aerospace, ship and other fields. At present, they are the preferred materials for all advanced aero-engine turbine blades.The excellent mechanical properties of Ni-base single crystal alloy are closely related to its microstructure and evolution process.Therefore, it has scientific connotation and engineering application value to study the special 纬 / 纬 'two-phase coherent structure of single crystal alloy and its evolution at different temperatures.In this paper, the second generation single crystal alloy DD6, which has been developed independently in China, has been studied experimentally. The stress-strain curves and mechanical properties at different temperatures have been obtained by tensile tests at room temperature of 650 鈩，

本文编号：1719106