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单晶镍基合金的组织结构、蠕变行为及高温氧化特征

王春涛  
【摘要】:通过差热曲线分析和组织形貌观察,确定出合金的热处理工艺;利用有限元方法对热处理期间的组织演化进行了分析;通过X-ray衍射峰的拟合,计算出合金的晶格错配度;根据内摩擦应力及蠕变曲线的测定,计算出稳态蠕变期间的表观激活能和表观应力指数,建立了综合蠕变方程。通过性能测试和SEM、TEM观察,研究了元素W、Co对合金组织与性能的影响,并分析了应力诱发细小γ′相自基体析出等现象。同时对合金的高温氧化特征进行了研究。 结果表明:合金经均匀化和高温固溶处理后,消除了枝晶臂/间γ′相的尺寸差别,使细小的γ′相弥散分布于γ基体中;一次时效后,γ′相呈立方体形貌长大,二次时效期间,应变能与界面能共同作用促使γ′相按‘台阶机制'生长,立方度增加,排列更加规则。室温条件下,试验合金的晶格错配度为:δ=-0.3121%。稳态蠕变期间,合金中位错运动的内摩擦应力随温度升高而降低,随外加应力的提高而增加;高应力范围内,合金内摩擦应力的温度敏感性较大。在外加应力和γ/γ′晶格错配应力共同作用下,γ基体通道中具有不同柏氏矢量的位错运动相遇,可发生位错反应,并在γ/γ′界面处形成位错网。合金在高温拉伸蠕变过程中,γ基体中的Al、Ta等γ′相形成元素成为浓度过饱和,并发生偏聚,可形成细小γ′相自基体中析出。元素W、Co含量各为4wt%的合金具有较好的蠕变性能,当W、Co含量各为6wt%时,合金在长期时效、及蠕变过程中,均可析出针状μ相,该相是导致合金具有较低蠕变性能的直接原因。 在高温氧化期间,合金表层发生元素的外氧化,近表层小颗粒氧化物为Al、Cr的氧化物,大颗粒内氧化物为Al_2O_3;内氧化物尺寸由表及里逐渐增大,形貌为针状或块状;内氧化层中基体相贫Al,且γ′相消失,使局部区域高温强度降低,是导致合金持久寿命降低的主要原因之一。


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