元素W对单晶镍基合金组织稳定性及蠕变性能的影响

论文摘要

采用Nv和Md法对不同W含量镍基合金进行优化成分设计及TCP相的析出倾向预测;通过合金制备、合金的热处理、X射线衍射分析,研究了元素W含量对合金TCP相析出倾向及晶格常数和错配度的影响;通过不同W含量单晶合金的制备、蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了元素W含量对镍基单晶合金组织稳定性及蠕变性能的影响。结论表明:当合金中Mo、W、Ta、Al等元素加入量与总加入量的比值大于60%,有TCP相析出;确定出:采用Md和Nv法进行高W镍基合金成分设计时的Md＞0.98、Nv＞2.10有TCP相析出。经1040℃时效50h后,合金中的TCP相沿{111}晶面呈片状析出,在不同晶面多组针状TCP相可相互垂直、或互成60°角排列,并确定出析出的TCP相为μ相。随W含量增加,合金中γ′、γ两相的晶格常数增加,晶格错配度由负值转变为正值;经完全热处理后,合金中γ′、γ两相具有较小的晶格错配度,经高温拉伸蠕变后,其γ基体相的晶格常数增大,使其错配度的绝对值增加。铸态合金中元素的偏析特征是:元素Al、Ta、W富集于枝晶干,元素Mo、Cr、Co等富集于枝晶间,经1325℃高温固溶处理可明显降低元素在合金中的偏析程度。合金中的组织缺陷可明显降低合金的蠕变寿命;提高固溶温度及元素W含量,以提高元素的均匀化程度和固溶强化效果,因此,可有效提高合金蠕变性能。在高温蠕变期间,单晶合金表现出较强的应力和温度敏感性;在实验的温度和应力范围内,计算出合金在稳态期间的蠕变激活能和应力指数分别为Q=426.96kJ/mol和n=4.38。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 高温合金的发展
• 1.1.1 铸造高温合金的发展
• 1.1.2 定向凝固及单晶合金
• 1.2 国内外镍基单晶合金的发展与现状
• 1.2.1 成分特征
• 1.2.2 相组成特征
• 1.2.3 单晶高温合金的发展趋势
• 1.3 镍基单晶合金的组织与性能
• 1.3.1 热处理特征
• 1.3.2 强化机制
• 1.3.3 持久变形
• 1.3.4 高温性能
• 1.4 本课题的目的、意义和内容
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料及样品制备
• 2.2 实验设备
• 2.3 实验内容及方法
• 2.3.1 合金成分设计及TCP相析出倾向预测
• 2.3.2 单晶合金枝晶臂/间的组织形貌及成分分析
• 2.3.3 单晶合金的制备及热处理工艺的确定
• 2.3.4 晶格常数及晶格错配度的计算
• 2.3.5 完全热处理态合金高温拉伸蠕变曲线的测定
• 2.3.6 单晶镍基合金的蠕变性能测试及组织形貌观察
• 第三章 实验结果与分析
• 3.1 合金成分设计及TCP相析出倾向预测
• 3.1.1 Nv法
• 3.1.2 Md法
• 3.1.3 不同W含量的合金成分设计及TCP相的析出倾向预测
• 3.2 镍基合金的制备及时效期间的组织演化
• 3.2.1 镍基合金的制备
• 3.2.2 含W合金中TCP相的析出倾向验证及分析
• 3.2.3 时效处理对镍基合金组织结构的影响
• 3.2.4 TCP相的形貌及结构表征
• 3.3 合金中γ′、γ两相的晶格常数及错配度
• 3.3.1 利用X射线衍射分析计算晶格错配度
• 3.3.2 元素W含量对镍基合金晶格常数及错配度的影响
• 3.3.3 处理工艺对合金中γ′,γ,两相晶格常数和错配度的影响
• 3.4 镍基单晶合金的制备及热处理对组织结构的影响
• 3.4.1 镍基单晶合金的制备及枝晶形貌
• 3.4.2 镍基单晶合金的DSC曲线及分析
• 3.4.3 热处理对镍基单晶合金组织结构的影响
• 3.4.4 热处理对枝晶间/臂成分均匀化的作用
• 3.5 单晶合金的拉伸蠕变行为
• 3.5.1 镍基单晶合金的拉伸蠕变特征
• 3.5.2 拉伸蠕变方程与蠕变激活能
• 3.5.3 单晶合金在拉伸蠕变期间的组织演化
• 3.5.4 单晶合金在蠕变期间的变形特征
• 3.5.5 稳态蠕变期间位错攀移的理论分析
• 3.6 单晶合金蠕变寿命的影响因素
• 3.6.1 热处理对合金蠕变寿命的影响
• 3.6.2 W含量对单晶合金蠕变寿命的影响
• 3.6.3 组织缺陷对合金蠕变寿命及组织演化的影响
• 第四章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢