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镍基单晶合金组织演化及对晶格错配度的影响

材料研究学报 doi:10.3321/j.issn:1005-3093.2007.03.001

通过对不同状态单晶镍基合金进行组织形貌的观察和X-ray衍射分析,研究了组织演化对合金中γ'、γ两相晶格常数和错配度的影响.结果表明:铸态单晶合金不同区域中γ'相的形貌和尺寸有较大的差别,致使γ、γ'两相的晶格常数及错配度较大;将合金高温固溶处理和空冷后,均匀且细小的立方γ'相自γ基体中析出,使合金中γ'、γ两相的晶格常数及错配度减小;经完全热处理后,立方γ'相均匀长大,并保持共格界面,使γ'、γ两相的晶格常数及错配度略有增加.合金经有或无应力时效后,γ'相发生定向粗化,并在两相之间出现界面位错,使合金中γ'、γ两相的晶格常数及错配度增加.其中,由于外加应力的作用,致使塑性较好的γ相晶格常数增加的幅度大于γ'相.

关键词: 金属材料 , 单晶镍基合金 , 组织演化 , 晶格常数 , 错配度

W含量对单晶镍基合金组织与性能的影响

田素贵 , 杜洪强 , 王春涛 , 孟凡来 , 水丽 , 胡壮麒

航空材料学报 doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2006.03.004

通过对两种成分单晶镍基合金进行蠕变曲线测定,长期时效处理及组织形貌观察,研究了元素W含量对单晶合金组织与性能的影响.结果表明:在Ni-A1-Cr-Ta-Co-x%W-5.5%Mo系单晶合金中,4wt%W合金在982℃,200MPa条件下,具有较长的蠕变寿命,随W含量增加到6wt%,合金的蠕变寿命明显降低.高W合金在有/无应力时效期间,析出针状μ相,使合金基体出现难溶元素的贫化区,是导致合金蠕变寿命降低的主要原因.其中μ相在(001)晶面沿<110>方向呈相互平行、或垂直的针状形貌析出,沿{111}晶面呈片状方式生长,且与γ′相相邻.

关键词: 单晶镍基合金 , 元素W , 蠕变 , 时效 , TCP相

元素W,Co对Ni-Al合金层错能的影响

于兴福 , 田素贵 , 杜洪强 , 王明罡 , 孟凡来

稀有金属材料与工程

运用置换原子计算层错能的热力学模型,计算了Ni-Al-W,Ni-Al-Co合金的层错能.分析了W,Co元素对Ni-6Al合金,Al元素对Ni-5W,Ni-5Co合金层错能的影响.结果表明:随温度升高,合金的层错能提高.随着W,Co质量分数提高,Ni-6Al-xW,Ni-6Al-xCo合金的层错能均提高;随元素Al质量分数的增加,Ni-5Co,Ni-5W合金层错能降低.

关键词: 层错能 , 热力学计算 , Ni-Al-W(Co)合金

一种无铼二代镍基单晶高温合金蠕变机制研究

于兴福 , 杜洪强 , 田素贵 , 宁英 , 王铁军 , 崔树森

稀有金属材料与工程

通过对一种镍基单晶合金中温高应力条件下的蠕变曲线的测定和微观组织及断裂后合金中位错组态的衍衬分析,研究中温高应力条件下单晶合金的组织演化及变形特征.结果表明:在中温高应力条件下,该合金的蠕变激活能Q为(462±20) kJ/mol,表观应力指数na＝4.34.表明在试验温度和应力范围内,合金具有较好的蠕变抗力.位错组态衍衬分析表明,蠕变期间切入γ相内的<110>超位错既可在{100}立方体滑移系中运动,也可在{111}八面体滑移系中运动；位错在运动中相遇发生位错反应,形成的超位错可交滑移至{100}立方体滑移面.位于2个不同{100}六面体滑移面的位错在运动中相遇,可发生位错反应,生成的位错可在{111}八面体滑移系中运动.

关键词: 单晶镍基合金 , 蠕变 , 组织演化 , 变形特征 , 位错

预压缩镍基单晶合金拉伸蠕变期间的组织演化

于兴福 , 田素贵 , 杜洪强 , 王明罡 , 尚丽娟 , 崔树森

金属学报

采用预压应力处理使镍基单晶合金中的γ’相转变成P-型筏状结构, 通过拉伸蠕变曲线测定和组织形貌观察, 研究了该合金拉伸蠕变中的组织演化. 结果表明: 在拉伸蠕变初期, 合金中的P-型筏状γ’相转变为N-型筏状结构. 由于高温拉应力导致γ’/γ两相中元素平衡浓度发生变化及P--型筏状γ’相的不均匀粗化, 促使P-型筏状γ’相发生分解出现沟槽; 沟槽区域溶质元素化学位的提高引起的元素定向扩散是γ’相逐渐溶断成类立方体结构的主要原因. 切应力分量使立方γ’相与应力轴垂直界面的晶格收缩可排斥较大半径的Al和Ta原子, 拉伸张应力使平行于应力轴界面的晶格扩张可诱捕较大半径的Al和Ta原子, 是促使γ’相定向生长成为N--型筏状的主要原因. 其中, 在拉应力作用下类立方γ’相不同界面的应变能密度变化是元素扩散及γ’相定向粗化的驱动力.

关键词: 单晶镍基合金 , P-type rafted structure , creep , microstructure evolution

NiCoCrAlYSi涂层对镍基单晶合金高温氧化特性的影响

杜洪强 , 田素贵 , 于兴福 , 卢旭东 , 王启民

稀有金属材料与工程

通过对有/无NiCoCrAlYSi涂层镍基单晶合金高温氧化后的组织结构观察与分析、及等温循环氧化质量变化动力学曲线测定,研究了有/无涂层合金的高温氧化特性.结果表明:在高温氧化期间,无涂层合金表层发生明显的氧化和内氧化,在异形大颗粒内氧化物附近出现贫Al区,使区内y'相消失;元素贫化区尺寸随时间的变化服从抛物线规律;无涂层合金经不同温度循环氧化具有不同的动力学特征,1040℃循环氧化表现的较大增减重波动幅度的原因是元素Al和Cr的交替选择性氧化:涂层合金经不同温度循环氧化后无明显失重特征,该涂层可有效改善合金的抗氧化性能.

关键词: 镍基单晶合金 , NiCoCrAlYSi涂层 , 高温氧化 , 循环氧化

一种单晶合金的高温蠕变行为及其变形特征

王春涛 , 田素贵 , 王明罡 , 于兴福 , 杜洪强 , 孟凡来

材料与冶金学报 doi:10.3969/j.issn.1671-6620.2006.02.013

通过测定一种单晶镍基合金的高温拉伸蠕变曲线及位错运动的内摩擦应力σ0,建立了综合蠕变方程,计算出稳态蠕变期间的表观蠕变激活能及相关参数.结果表明:在蠕变期间,位错运动的内摩擦应力σ0,随外加应力的提高略有提高,随温度的升高而明显降低.蠕变后期,由于缩径使样品不同位置承受不同的有效的应力,导致筏状γ'相具有不同的粗化特征,在近断口处,载荷的有效应力增大,使筏状γ'相扭曲且粗化加剧.界面位错网对形变硬化和回复软化具有协调作用,并减缓位错切入γ'相,因此有利于合金蠕变抗力的提高.

关键词: 单晶镍基合金 , 内摩擦应力 , 蠕变 , 变形特征 , 位错网

预压缩镍基单晶合金拉伸蠕变期间的组织演化

于兴福 , 田素贵 , 杜洪强 , 王明罡 , 尚丽娟 , 崔树森

金属学报 doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2008.08.013

采用预压应力处理使镍基单晶合金中的γ'相转变成P-型筏状结构,通过拉伸蠕变曲线测定和组织形貌观察,研究了该合金拉伸蠕变中的组织演化.结果表明:在拉伸蠕变初期,合金中的P-型筏状γ'相转变为N-型筏状结构.由于高温拉应力导致γ'/γ两相中元素平衡浓度发生变化及P-型筏状γ'相的不均匀粗化,促使P-型筏状γ'相发生分解出现沟槽;沟槽区域溶质元素化学位的提高引起的元素定向扩散是γ'相逐渐溶断成类立方体结构的主要原因.切应力分量使立方,γ'相与应力轴垂直界面的晶格收缩可排斥较大半径的Al和Ta原子,拉伸张应力使平行于应力轴界面的品格扩张可诱捕较大半径的Al和Ta原子,是促使γ'相定向生长成为N-型筏状的主要原因.其中,在拉应力作用下类立方,γ'相不同界面的应变能密度变化是元素扩散及γ'相定向粗化的驱动力.

关键词: 单晶镍基合金 , P-型筏状结构 , 蠕变 , 组织演化 , 扩散驱动力