不同取向某种镍基单晶合金的蠕变行为及影响因素

发布时间：2017-09-04 10:42

  本文关键词：不同取向某种镍基单晶合金的蠕变行为及影响因素

  更多相关文章： 镍基单晶合金 蠕变 微观组织 变形机制 预压缩 蠕变抗力

【摘要】：本文通过对不同取向某种镍基单晶合金的蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了不同取向单晶合金的蠕变行为及影响因素；通过对不同取向合金进行横向预应力处理,研究了预先筏形化对合金蠕变行为的影响；通过微观形貌观察和位错组态的衍衬分析,研究了[001]取向合金在中温蠕变期间的变形机制。得出主要结论如下：不同取向单晶合金经完全热处理后,其组织结构为立方γ'相以共格方式镶嵌在γ基体,并沿100取向规则排列。其中,[011]取向合金中存在与[011]应力轴成45°角的‘'roof"基体通道(γr(010)和γr(o01),及与应力轴平行的"gable"基体通道Yg(100)。而[111]取向合金中存在与[111]取向成55°角的"semi-roof"基体通道γsr(001)、γsr(010)和γsr(100)。在室温==1040℃温度范围内,合金中γ'/γ两相具有负的错配度,且随温度提高,合金的错配度增大。在1040℃/137MPa稳态蠕变期间,[001]取向合金中γ'相沿垂直于拉伸应力轴方向形成类筛网片层状筏形组织,γ基体相充填在筏状γ'相之间；[011]取向合金中γ'相沿[001]方向形成了一维类纤维筏状组织,7r(0011基体通道消失,而γr(010)和γg(100)基体通道得以保留；[111]取向合金中γ'相沿(010)晶面在二维形成片层状筏形组织,γsr(010)基体通道得以保留。在施加载荷的高温蠕变期间,不同晶面的晶格扩张和收缩是合金中γ,相形态演化的重要原因。在1040℃/137MPa稳态蠕变期间,不同取向单晶合金的变形机制均为位错在基体通道中运动。其中,位错攀移是[001]取向合金的主要变形机制,位错在7r(010)基体通道中滑移是[011]取向合金的主要变形机制,位错在γsT(010)基体通道中滑移和交滑移是[111]取向合金的主要变形机制。高温稳态蠕变期间,不同取向合金的内摩擦应力顺序为σi[001]σi[111]σi[011],合金的蠕变抗力顺序为[001][111][011]。其中,[001]取向合金的有效蠕变激活能为Qe[001]= 281.32kJ/mol,稳态蠕变期间的变形机制为扩散控制的位错攀移,合金中γ'相沿(001)晶面形成的类筛网片层状筏形组织对位错运动具有阻碍作用,是使其具有较大蠕变抗力的主要原因。[011]和[111]取向单晶合金的有效蠕变激活能分别为Qe[011]=146.87kJ/mol和Qe[111]=182.61kJ/mol,位错在基体通道中滑移和交滑移具有较小的阻力是合金具有较低蠕变抗力的主要原因。[001]取向单晶合金在760℃/760MPa和800℃/650MPa稳态蠕变期间,切入γ'相的位错可发生分解,形成“a/3112不全位错+超点阵内禀层错(SISF)+a/6112不全位错”的位错组态。其中,a/3112超肖克莱不全位错可扩展进入γ'相内,而a/6112肖克莱不全位错可滞留在γ'/γ两相界面,SISF存在于两不全位错之间；测定出合金在800℃的层错能是89.9mJ/m2,650MPa为该温度下a/3112不全位错切入γ'相的门槛应力。[001]取向单晶合金在760℃和800℃蠕变期间,剪切进入γ'相的a110超位错可由{111}面交滑移至{100}面,形成具有非平面芯结构的K-W位错锁,是合金具有较好蠕变抗力的原因之一：而在850℃/500MPa蠕变期间,剪切进入γ'相的a110超位错可分解,形成“(a/2)110不全位错+反相畴界(APB)”的位错组态,高温热激活可促使K-W锁中的位错重新激活,交滑移至{111}面,是合金在850℃蠕变期间K-W锁消失的主要原因。[001]取向单晶合金在1040℃/180MPa沿[100]取向预压缩处理38h,γ'相转变成与[100]取向平行的类纤维筏状组织。有/无预压缩该取向合金在980℃/200MPa稳态蠕变期间的变形机制是位错在基体通道中滑移和攀移。与未预压缩合金相比,预压缩合金的微观组织结构有利于位错在基体通道中运动,是预压缩合金具有较低蠕变抗力的主要原因。[011]取向单晶合金在1040℃/180MPa沿[100]取向预压缩38h,γ'相沿[100]取向形成类纤维筏状组织,可明显提高合金的蠕变抗力,其中,合金在1040℃/137MPa和850℃/400MPa的蠕变寿命分别提高约123%和15倍。预压缩合金中筏状γ'相之间存在的瓶颈状基体通道及“迷宫式”的组织结构,可提高位错运动的阻力,是预压缩[011]取向合金具有较好蠕变抗力的主要原因。与未预压缩合金相比,预压缩处理使合金枝晶干/间区域的γ'相尺寸增大,γ基体通道尺寸减小,可增大位错攀移距离,减小位错弓出的几率。此外,蠕变期间,预压缩合金中可开动更多的滑移系,其较强的应变硬化效果是预压缩合金具有较好蠕变抗力的重要原因。
【关键词】：镍基单晶合金 蠕变 微观组织 变形机制 预压缩 蠕变抗力
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG132.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-31
• 1.1 高温合金概述13-14
• 1.2 镍基单晶合金概述14-16
• 1.3 镍基单晶合金的强化特点16-17
• 1.3.1 固溶强化16-17
• 1.3.2 第二相强化17
• 1.4 镍基单晶合金的组织与性能17-20
• 1.4.1 合金的相组成17-18
• 1.4.2 微观组织结构的不均匀性18-20
• 1.5 镍基单晶合金的蠕变行为20-27
• 1.5.1 合金的蠕变特征20-21
• 1.5.2 蠕变期间的变形机制21-23
• 1.5.3 蠕变各向异性23-25
• 1.5.4 蠕变期间位错网的形成与作用25-27
• 1.6 蠕变期间γ'相的组织演化27-29
• 1.6.1 γ'相的形筏27
• 1.6.2 γ'相形筏的影响因素27-28
• 1.6.3 γ'相形筏的驱动力28-29
• 1.7 本课题的研究目的、意义及研究内容29-31
• 第2章 不同取向单晶合金的组织演化与内摩擦应力31-45
• 2.1 引言31-32
• 2.2 实验材料及方法32-33
• 2.2.1 不同取向单晶合金的制备32
• 2.2.2 组织形貌观察32
• 2.2.3 X-ray衍射谱线测定及γ'/γ相晶格常数测算32
• 2.2.4 内摩擦应力的测量32-33
• 2.3 实验结果与分析33-41
• 2.3.1 不同取向单晶合金的枝晶形态33-34
• 2.3.2 不同取向单晶合金的组织结构34-36
• 2.3.3 不同温度的晶格常数和错配度36-38
• 2.3.4 不同取向单晶合金蠕变期间的组织演化38-40
• 2.3.5 稳态蠕变期间的内摩擦应力40-41
• 2.4 讨论41-44
• 2.4.1 γ'相形态演化的理论分析41-43
• 2.4.2 组织结构对内摩擦应力的影响43-44
• 2.5 本章小结44-45
• 第3章 不同取向单晶合金的蠕变行为45-69
• 3.1 引言45
• 3.2 实验材料及方法45-46
• 3.2.1 实验材料45-46
• 3.2.2 蠕变性能测试46
• 3.2.3 组织形貌观察46
• 3.3 实验结果与分析46-58
• 3.3.1 [001]取向合金的蠕变特征46-50
• 3.3.2 [011]取向合金的蠕变特征50-51
• 3.3.3 [111]取向合金的蠕变特征51-52
• 3.3.4 晶体取向对蠕变抗力的影响52-54
• 3.3.5 不同取向单晶合金的变形特征54-58
• 3.4 不同取向单晶合金蠕变抗力的理论分析58-63
• 3.4.1 不同取向单晶合金蠕变抗力的影响因素58-60
• 3.4.2 [001]取向合金变形机制的理论分析60-61
• 3.4.3 [011]取向合金变形机制的理论分析61-62
• 3.4.4 [111]取向合金变形机制的理论分析62-63
• 3.4.5 不同取向合金蠕变抗力的理论分析63
• 3.5 蠕变方程及相关参数63-68
• 3.5.1 稳态蠕变期间的表观蠕变参数63-66
• 3.5.2 有效蠕变参数66-67
• 3.5.3 有效蠕变参数与变形机制的依赖关系67-68
• 3.6 本章小结68-69
• 第4章 中温蠕变期间的变形机制69-80
• 4.1 引言69-70
• 4.2 实验材料及方法70
• 4.2.1 实验材料70
• 4.2.2 蠕变性能测试和组织形貌观察70
• 4.3 实验结果与分析70-75
• 4.3.1 合金的蠕变特征70-71
• 4.3.2 稳态蠕变期间的变形特征71-72
• 4.3.3 位错组态的衍衬分析72-75
• 4.4 讨论75-79
• 4.4.1 变形机制的理论分析75-78
• 4.4.2 蠕变期间形成的K-W锁78-79
• 4.5 本章小结79-80
• 第5章 横向预压缩对[001]取向合金蠕变行为的影响80-95
• 5.1 引言80-81
• 5.2 实验材料及方法81-82
• 5.2.1 实验材料81
• 5.2.2 预压缩设备和工艺81-82
• 5.2.3 蠕变性能测试和组织形貌观察82
• 5.3 实验结果与分析82-90
• 5.3.1 压缩蠕变曲线82-83
• 5.3.2 预压缩处理合金的组织结构83-84
• 5.3.3 预压缩对蠕变行为的影响84-86
• 5.3.4 蠕变期间的组织演化86-89
• 5.3.5 稳态蠕变期间的变形机制89-90
• 5.4 讨论90-94
• 5.4.1 γ'相形态演化的理论分析90-92
• 5.4.2 组织演化驱动力的理论分析92-93
• 5.4.3 横向预压缩对蠕变性能的影响93-94
• 5.5 本章小结94-95
• 第6章 横向预压缩对[011]取向合金蠕变行为的影响95-112
• 6.1 引言95
• 6.2 实验材料及方法95-96
• 6.2.1 实验材料95
• 6.2.2 预压缩设备和工艺95-96
• 6.2.3 蠕变性能测试和组织形貌观察96
• 6.3 实验结果与分析96-104
• 6.3.1 合金组织结构的不均匀性96-97
• 6.3.2 预压缩合金的组织结构97-99
• 6.3.3 预压缩对蠕变行为的影响99-100
• 6.3.4 不同状态合金在蠕变期间的组织演化100-103
• 6.3.5 稳态蠕变期间的变形机制103-104
• 6.4 讨论104-110
• 6.4.1 预压缩处理期间元素的定向扩散104-106
• 6.4.2 蠕变期间γ'相的形态演化106-107
• 6.4.3 组织结构对蠕变行为的影响107-110
• 6.4.4 可开动滑移系对合金蠕变行为的影响110
• 6.5 本章小结110-112
• 第7章 结论112-114
• 参考文献114-124
• 附录A 预压缩及蠕变期间γ'/γ两相界面面积的变化124-126
• 在学研究成果126-128
• 致谢128

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 曹娟;;基于细观位错机理的单晶合金高温力学性能模拟[J];航空发动机;2012年03期

2 赵玉祥;涡轮叶片用单晶合金[J];机械工程材料;1985年05期

3 张毅;抗蠕变耐高温的发动机用单晶合金[J];上海钢研;1996年03期

4 曾军;丁智平;方建辉;白晓鹏;;基于微观胞元的镍基单晶合金应力松弛数值模拟[J];湖南工业大学学报;2013年04期

5 朱鸥;李玉龙;张燕;曹玮;雷力明;;国外航空发动机用单晶合金体系成分特点及演变[J];材料导报;2014年S1期

6 孙跃军;张军;于勇;;一种镍基单晶合金的凝固行为[J];热加工工艺;2010年19期

7 陈石卿;俄罗斯对两种镍基单晶合金的对比研究[J];航空制造工程;1996年10期

8 田素贵,周惠华,张静华,徐永波,杨洪才;一种单晶Ni基合金的组织结构与力学性能[J];沈阳工业大学学报;1997年02期

9 陈石卿;高蠕变强度的单晶合金[J];上海钢研;2002年02期

10 孙跃军;尚勇;姜晓琳;;一种镍基单晶合金在不同温度下的蠕变变形机理[J];兵器材料科学与工程;2012年06期

中国重要会议论文全文数据库 前8条

1 施惠基;马显锋;;各向异性镍基单晶合金高温疲劳实验和损伤机理分析[A];第十三届全国实验力学学术会议论文摘要集[C];2012年

2 张华锋;杨启法;郑剑平;张征;李鑫;赵俊;;Mo-3Nb合金单晶高温内压蠕变性能研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

3 李影;;高温下DD6单晶合金低周期疲劳寿命预测[A];全国第八届热疲劳学术会议论文集[C];2004年

4 魏丽;马岳;宫声凯;;热处理对一种Ni_3Al基单晶合金组织的影响[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

5 成阳;马岳;李树索;宫声凯;;一种含铼Ni_3Al-Mo基单晶合金组织稳定性研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

6 张炫;金涛;赵乃仁;王志辉;孙晓峰;管恒荣;胡壮麒;;一种镍基单晶合金拉伸流变行为及断裂机制的研究[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年

7 李明;宋尽霞;李树索;;B和C含量对Ni_3Al基单晶合金IC6SX长期时效的影响[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

8 周媛;毛唯;李晓红;;BNi82CrSiB钎料钎焊DD6单晶合金接头组织及力学性能研究[A];第四届数控机床与自动化技术高层论坛论文集[C];2013年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 孙乃荣;一种低铼镍基高温单晶合金的热处理组织和高温性能优化研究[D];上海交通大学;2014年

2 苏勇;不同取向某种镍基单晶合金的蠕变行为及影响因素[D];沈阳工业大学;2015年

3 卿华;镍基单晶合金力学特性及其在冷却涡轮叶片上的应用分析[D];南京航空航天大学;2007年

4 于兴福;一种无铼镍基单晶合金的蠕变行为及影响因素[D];沈阳工业大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 段惠琳;XRF法在DD6单晶合金成分分析中的应用研究[D];南昌航空大学;2015年

2 吴静;一种4.5%Re/3%Ru镍基单晶合金的组织结构和蠕变行为[D];沈阳工业大学;2016年

3 李秋阳;一种含2%Ru的单晶镍基合金的组织与性能[D];沈阳工业大学;2016年

4 汤海斌;结构几何突变对单晶合金疲劳行为影响研究[D];南京航空航天大学;2015年

5 徐凯;新型低铼镍基单晶合金设计、制备及微结构研究[D];江苏大学;2016年

6 马凤飞;镍基单晶合金的屈服准则及叶片疲劳寿命[D];哈尔滨工程大学;2012年

7 于莉丽;不同取向镍基单晶合金的蠕变行为与微观变形机制[D];沈阳工业大学;2010年

8 李明;基于微观单胞模型的镍基单晶合金低周疲劳寿命灰色预测[D];湖南工业大学;2012年

9 张幸明;镍基单晶合金磨削的表面完整性研究[D];东北大学;2013年

10 杜洪强;预压缩处理对镍基单晶合金组织与性能的影响[D];沈阳工业大学;2007年

，

本文编号：791057