Re强化Ni基单晶合金微观机制的电子层次研究.pdf

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1、第36卷第4期兵器材料科学与工程Vol_36No．42013年7月0RDNANCEMATERIALSCIENCEANDENGINEERINGJuly，2013网络出版时间：2013—6—218：54网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／33．1331．TJ．20130621．0854．001．htmlRe强化Ni基单晶合金微观机制的电子层次研究孙跃军，尚勇，姜晓琳(辽宁工程技术大学材料科学与工程学院，辽宁阜新123000)摘要利用固体与分子经验电子理论(EET)，计算镍基单晶

2、合金的电子结构参数。根据计算结果，从电子层次探讨Re强化镍基合金的微观机理。结果表明：镍基合金中加入Re元素，基体和增强体的电子结构参数／2均不同程度增大，使与相的结构单元中原子键结合能力增强；使镍基合金与相的原子状态数均增大，增加了基体和增强相的稳定性；与^y相界面的原子状态组数增加，进而提高了合金的蠕变强度。关键词Re；镍基单晶高温合金；EET；电子结构参数中图分类号TB35文献标志码A文章编号1004—244X(2013)04—0026—04Electroniclevelinvestigationofstre

3、ngtheningmechanismofReonNi-basesinglecrystalsuperalloySUNYuejun，SHANGYong，JIANGXiaolin(SchoolofMaterialsScienceandEngineering，LiaoningTechnicalUniversity，Fuxin123000，China)AbstractElectronicstructureparametersofphaseandphaseinterfacewerecalculatedbyEETmethod．B

4、asedonthecalculationresults，thestrengtheningmechanismofReonNi—basedsinglecrystalsuperalloywasdiscussed．TheresultsshowthatwiththeadditionofRe，then、andO'Nofandincrease．Forthephaseinterface，theadditionofReincreasestheoof

5、interface．Alltheseincreasethemicrostruetur

6、estabilityandthecreepstrengthofthealloy．KeywordsRe；Ni—basesinglecrystalsuperalloy；EET；electronicstructureparameterRe是镍基单晶合金中的重要强化元素，合金中每加入质量分数为3％的Re，承温能力便提高30℃，合金1镍基合金特征相的计算模型也相应提升一代，目前应用的三代单晶合金中的Re含1．1y相的晶胞结构量达到6％⋯。D．Blavette等研究表明]，Re主要进入^y相是镍基单晶高温合金的基体相，是合金元

7、素基体，形成尺寸约为1Ha的短程有序Re原子集团，在镍中的固溶体，具体结构见图1。降低了合金元素的扩散速率，有效地阻碍位错运动，此根据图l，相中的成键Ni原子按距离可分为外，约有20％的Re进入并强化了相。G．L．Ericksonb]Ni一Ni：，Ni，一Ni3和Ni，一Ni3大类，其余成键原子与上述和A．F．Giamei研究发现，Re能提高相的组织稳定3类等同。按EET理论，若两个原子距离较远时，该键性。D．Blavette_2对含Re镍基合金力学特性的研究结可以忽略，因此Ni。一Ni键可以忽略。相中成键的原果表

8、明，单晶合金中加入Re可显著提高合金的蠕变强子及键距方程，见表1。度，同时，能较大程度改善合金的疲劳性能b。Re强化镍基单晶合金的微观机理也引起了广大材料研究者的关注。TaoZhu应用第一原理计算研究了Re对和^y以及^y～的影响，结果表明，Re提高了合金原子结合能，同时也影响了位错沿"ll'y界面的运动。XuZhang_7也应用第一原理研究了含Re合金中空位的形成与迁移，结果表明，Re促进Al空位的形成，但是抑制Ni空位的形成。应用EET理论从电子层次上研究了Re对o—Ni原子镍基合金原子结合强度及界面电子密度差

9、的影响，从电子层次探讨了Re的强化机理，以期为后续合金的强图1相的晶胞模型化以及设计和开发提供一些参考。Fig．1Crystalstructureofphase收稿日期：2012—12—17；修回日期：2013—0l—l3作者简介：孙跃军，男，博士届0教授；从事金属材料强韧化及计算材料学研究。E-mail：sunyuejunO001@163．corn。第4期