周亮——预压缩对[001]镍基单晶合金的蠕变影响3

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1、1绪论21.1镍基单晶合金的应用和发展现状21.2镍基合金的强化特点31.2.1固溶强化31.2.2第二相强化61.2.3g¢相析出沉淀强化71.3镍基高温合金的组织性能81.4单晶镍基合金蠕变特征111.4.1位错蠕变理论111.4.2单晶镍基合金g和g¢相中元素的分布特征131.4.3单晶镍基合金蠕变期间g¢相的定向粗化131.4.4单晶合金在蠕变过程中的组织演化141.5预压缩对单晶镍基合金蠕变的影响151.6本文研究的意义、目的和内容161研究热处理对合金枝晶形貌及成分偏析的影响；162试验材料和实验方法162.1试验材料162.2试样制备172.3试验设备182.4实验内容

2、与方法182.4.1热处理对合金枝晶形貌及成分偏析的影响182.4.2拉压蠕变期间的组织演化182.4.3预先压应力处理期间合金的组织演化规律182.4.4拉伸蠕变性能测试，及持久寿命对比182.4.5P-型结构合金在拉伸蠕变期间的组织演化规律183实验结果与分析193.1热处理对合金枝晶形貌及成分偏析的影响193.1.1定向凝固单晶合金的组织形貌193.1.2枝晶臂/间合金元素的偏析203.1.3热处理对合金组织形貌的影响规律213.2拉/压蠕变期间的组织演化223.2.1拉伸蠕变期间的组织演化223.2.2压缩蠕变期间的组织演化233.2.3由拉/压蠕变期间的组织演化规律确定预压

3、缩处理工艺243.3预压缩处理后合金的拉伸蠕变性能及寿命对比253.3.1拉伸蠕变性能测试253.3.2拉伸蠕变期间的激活能及相关参数283.3.3不同结构合金持久寿命的对比293.4P-型结构合金在拉伸蠕变期间的组织演化303.4.1组织演化规律303.5P-型结构合金在拉伸蠕变期间的变形特征324结论331绪论1.1镍基单晶合金的应用和发展现状高温合金通常是指以铁、钴、镍为基,在600℃以上高温及一定应力作用下，可长期工作的一类金属材料，由于具有良好的高温性能，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，可广泛应用于航空、航天、舰船、发电、机床、石油和化工等工业领域，在航空发动机上主要用于制作热端

4、部件，如涡轮工作叶片、导向叶片、涡轮盘、燃烧室和气压机等部件。可以说，高温合金的发展决定了航空涡轮发动机的发展，也决定了航空工业的发展[1]。高温合金在高温下具有较高力学性能、抗氧化和抗热腐蚀性能的合金[2]。高温合金按基体成分可分为镍基高温合金、铁镍基高温合金和钴基高温合金，其中镍基高温合金发展最快，使用也最广，铁镍基高温合金次之。按强化方式分为固溶强化合金和析出强化合金（或称时效沉淀强化合金）等。按成型方式和生产工艺分为变形合金、铸造合金、粉末冶金合金和机械合金化合金[3]。镍基单晶高温合金是近20年来，在少数发达国家中采用单晶技术生产的新型材料，该材料用做航空发动机叶片，可显著

5、提高发动机的工作温度和发动机功率，对航空工业产品的更新换代具有重要意义[4]。单晶的特点是无晶界，不存在高温晶界弱化、纵向晶界裂纹等问题。而其合金化的特点是不加入晶界强化元素，合金成分简单，大大提高了合金的初溶温度，可采用更高的固溶处理温度，有效的调整g¢强化相的形貌、体积分数和尺寸分布，与铸造和定向凝固合金比较，单晶合金具有更高的抗热疲劳、机械疲劳、抗氧化及抗蠕变性能，显著提高了合金的工作温度。镍基单晶合金由沉淀(强化)相g¢和g基体相两相材料组成，其中g¢相占65%体积，呈立方颗粒均匀分布在基体中。单晶镍基合金基体中共格析出的高体积分数g¢相，在一定范围内具有随温度升高，屈服强度

6、也升高，屈服应力存在着一个应力峰值。屈服应力的大小和反常温度效应以及拉/压不对称性都与晶体取向有关。屈服应力对应变速率不敏感，而与形变量有关。单晶镍基合金也具有相似的反常屈服强度。镍基单晶高温合金因其良好的高温力学性能和卓越的高温蠕变性能已成为制造航空发动机热端部件的重要材料，且正在研究并设法将其应用于航天飞机和地面发动机等更加广泛的领域。单晶合金的发展经历了三代，第一代是以PWA1480单晶合金为代表，包括Rene-N4，SRR99，CMSX-2等[5]；随着合金设计理论水平的提高和生产工艺的改进，相继出现耐温能力比第1代单晶合金分别大约高30℃和60℃的第2代单晶合金和第3代单晶

7、合金；第二代以PWA1484单晶合金为代表，包括CMSX-4，Rene-N5等，其特点是加入3%的Re，进一步提高了持久强度；第三代合金中的Re含量高达6%，包括Rene-N6和CMSX-10。Re在合金中的作用[5]，主要是溶入合金的g基体，形成短程有序的Re原子团[7]。这种原子团的强化作用远高于单独的溶质原子，能有效的阻止位错运动，抑制g¢强化相的粗化速率。在两个第三代单晶合金中，都加有微量的C、B、Hf元素，C的加入有助于脱氧，提高合金纯净度，而且