含ru镍基单晶高温合金的显微组织和拉伸性能研究

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1、第33卷第6期航空材料学报V01．33．N0．62013年12月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSDeeember2O13含Ru镍基单晶高温合金的显微组织和拉伸性能研究谷怀鹏，刘丽君，曹腊梅，薛明，汤鑫，曹雪(北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室，北京100095)摘要：采用扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)和拉伸性能测试等手段，研究含Ru镍基单晶高温合金的显微组织、偏析行为和拉伸性能。结果表明：铸态下，Re，w强烈偏析于枝晶干而Ta，Al在枝晶间偏聚，Ru及其他元素分布趋于均匀。热处理后，Re，w偏析程度有所减轻；合金枝晶干和枝晶间处的相

2、均呈立方状，体积分数分别为63％和71％，平均尺寸分别为0．40m和0．54m。拉伸性能结果表明，随着拉伸温度升高，合金抗拉强度和屈服强度先升高后降低，在760~C时达到最大值，但断后伸长率最小，为8．8％。合金在25℃，760~C和98WC下的断裂机制分别为类解理断裂、滑移分离剪切断裂和韧窝-类解理复合断裂。关键词：单晶高温合金；Ru；热处理；显微组织；拉伸性能doi：10．3969／j．issn．1005—5053．2013．6．004中图分类号：TG132．32；V252．1文献标识码：A文章编号：1005-5053(2013)06—0020—07镍基单晶高温合金因具有较高的承温

3、能力和优了不同含量Ru对单晶合金拉伸性能的影响。本异的综合性能而成为先进航空发动机的关键材工作研究了一种含Ru镍基单晶高温合金的显微料。近几十年来，镍基单晶高温合金已发展至第组织和拉伸性能，同时通过观察断口形貌，确定了四代，其中，定向凝固工艺的发展产生了第一代单晶合金的拉伸断裂机制。高温合金；随后通过成分调整，添加Re元素以及提高难熔元素(W，Mo，Ta等)含量形成第二、三代单1实验材料与方法晶高温合金。第三代合金在获得较高的承温能力和蠕变强度的同时，产生了新的组织问题，即更易采用螺旋选晶法在定向凝固炉上制备单晶试形成TCP有害相E3]。TCP相富含难熔元素，该相析棒，其尺寸为+15m

4、mX160mm。利用劳厄背散射法出会使基体中的难熔元素含量降低，弱化了这些元测定试棒的结晶取向，选取偏离[001]方向小于10。素的固溶强化效果。此外，TCP相为脆性相，容易成的单晶试棒。合金化学成分列于表1中。为裂纹源和裂纹扩展的快速通道，最终严重恶化合表1实验合金的化学成分(质量分数％)金的高温蠕变性能。在此基础上，研究者发现，Table1Chemicalcompositionofexperimental添加Ru元素可以改善合金的组织稳定性，从而产alloy(massfraction／％)生以Ru为成分特征的第四代单晶合金。研究表CrMoWReRuTaAlTiNi明，Ru可提高单晶

5、高温合金的液相线温度、组织稳4．0】．】5．04．03．55．O6．O0．5Ba】．定性和高温蠕变性能’。目前，国内外对Ru元素改善合金组织稳定性为防止合金在高温固溶热处理时出现初熔，固的机制还存在争议’，研究集中在Ru元素改善溶处理分阶段进行。合金首先在低温下进行预处组织稳定性和蠕变性能机制等方面，鲜有其理，提高其初熔温度，然后进行高温处理，具体的固对拉伸性能影响的文献报道，仅刘丽荣等¨研究溶热处理制度为：l310℃／2h+1320oC／2h+1330℃／2h+1340℃／8h，空冷。随后进行1149℃／4h，空冷收稿13期：2012-12—28；修订日期：2013—0l一18和87

6、1℃／24h，空冷的二级时效热处理。合金试棒作者简介：谷怀鹏(1978一)男，硕士，主要从事铸造高温合热处理后，参照HB5l43～1996和HB5195—1996金和工艺研究，(E—mail)shandongl21144@163．com。标准，分别进行室温、760oC和980oC下的拉伸性能第6期含Ru镍基单晶高温合金的显微组织和拉伸性能研究25于均匀。固溶处理后，Re和w偏析程度减轻，偏析[9]CARROLLLJ，FENGQ，MANSFIELDJF，eta1．Ele—系数分别由0．24和0。54增大至0．46和0．84。mentalpartitioninginRu·-containi

7、ngnickel--basesinglecrystalsuperalloys[J]．MaterialsScienceandEngineering(2)完全热处理后，合金枝晶干和枝晶间处的(A)，2007，457(1／2)：292—299．^v相均为立方形状，其体积分数和平均尺寸分别为[1O]陈晶阳，胡聘聘，冯强，等．Ru对镍基单晶热暴露组63％，71％和0．40vm，0．541xm。织演变及持久性能的影响[J]．稀有金属材料与工程，(3)拉伸性